等溫淬火球墨鑄鐵的特性、生產技術及應用
一、等溫淬火球鐵(ADI)的幾個基本認識及性能特點
1. 幾個基本認識
1)等溫淬火球鐵是把健全的球墨鑄鐵件進行等溫熱處理，以獲得優異的綜合力學性能，因此其前提是健全的球墨鑄鐵件。
2)合金元素對球鐵力學性能有重要影響，但對等溫淬火球鐵(ADI)沒影響。等淬的目的是就是利用熱處理技術改變鑄鐵的基體組織，提高力學性能，節省合金元素。加入合金元素的目的是提高淬透性。
3)球鐵原始基體組織對等淬球鐵的力學性能沒影響，但對變形有影響，因鐵素體和珠光體變形量是不一樣的，其線性增長量是鑄態基體組織和等溫溫度的函數(見下圖)。
為了提高加工刀具壽命和控制變形，美國通用汽車公司在生產ADI后橋齒輪時，鑄件經退火以獲得100%的鐵素體。試驗表明，在試樣熱透后保溫15分鐘，已足以使基體完全奧氏體化。
4)球化率、球數對ADI沖擊、疲勞等動態力學性能影響很大，強度愈高，影響愈顯著。因此，對球化率及石墨球數的要求比普通球鐵高，球化率要求90%以上(見表1、表2)。
表1 石墨球化分級對稀土球墨鑄鐵疲勞極限和小能量多沖性能的影響
石墨球化分級對稀土球墨鑄鐵疲勞極限和小能量多沖性能的影響
表2 石墨球大小、球數對等溫淬火球墨鑄鐵彎曲疲勞強度的影響
石墨球大小、球數對等溫淬火球墨鑄鐵彎曲疲勞強度的影響
5)等溫淬火球鐵各牌號主要靠不同等溫溫度獲得，與化學成分關系不大，即同一成分球鐵用不同等溫淬火溫度可生產不同牌號ADI。化學成分主要決定于鑄件大小，壁厚和結構。
6)等溫淬火球鐵的某些組織也可通過加入合金元素、空氣中強化冷卻獲得，但因需要加入大量的Ni、Mo、Cu等合金元素，成本太高且不穩定，因此不加以討論，主要討論經鹽浴等溫淬火處理的ADI。
2. 性能特點
等溫淬火球墨鑄鐵具有以下性能特點：
(1)強度高、塑性好。在同等伸長率情況下，ADI的抗拉強度是普通球鐵的2倍,而在同等抗拉強度情況下,伸長率是普通球鐵兩倍以上,ADI抗拉強度也優于調質處理的碳鋼,與低合金鋼相當。
(2)質量輕。表3是一些材料的單位抗拉強度所需零件重量(w/y)。
表3 幾種材質的w/y
幾種材質的w/y
(3)彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度等動載性能高。旋轉彎曲疲勞強度可達400～500MPa，與調質處理低合金鋼相當;接觸疲勞強度可達1600～2100MPa，比低合金鋼氮化處理的接觸疲勞強度高。
(4)吸振性好。ADI由于彈性模量低，加上基體中存在石墨球，能迅速吸收振動并增大噪聲阻尼，使部件的運行更安靜和平穩。
(5)極好的耐磨、抗磨性。試驗表明，硬度為45～48HRC的等溫淬火球鐵齒輪，其壽命比具有馬氏體組織、硬度為58～62HRC的鍛鋼齒輪更長。CADI(含碳化物18%)的耐磨性能勝過許多高合金耐磨鑄鐵(AR)，其無缺口沖擊韌性則是耐磨鑄鐵的2～10倍，適宜用于要求優異耐磨性能和足夠韌性的場合。
(6)表面強化效果顯著。試驗和生產實踐均證明，ADI具有很好的表面強化效果，能顯著提高構件的疲勞強度。例如2007年11月7日修訂的ASTM897M各牌號典型性能中，通過概率50%單齒彎曲疲勞強度噴丸的比不噴丸的提高50%左右(見表4)。
表4 噴丸對單齒彎曲疲勞的影響
噴丸對單齒彎曲疲勞的影響
曲軸經圓角滾壓后彎曲疲勞強度也顯著提高。據美國聯合收割機的一項研究報告，型號為202重載貨車V-8柴油機ADI曲軸，滾壓前后彎曲疲勞強度分別為414MPa和986MPa，提高138%;而普通球鐵曲軸滾壓后的彎曲疲勞強度只提高50～60%左右。
此外，ADI的力學性能根據等溫淬火工藝的不同，可以在較大范圍內變化，以滿足零件在不同工作條件的要求。
1. 幾個基本認識
1)等溫淬火球鐵是把健全的球墨鑄鐵件進行等溫熱處理，以獲得優異的綜合力學性能，因此其前提是健全的球墨鑄鐵件。
2)合金元素對球鐵力學性能有重要影響，但對等溫淬火球鐵(ADI)沒影響。等淬的目的是就是利用熱處理技術改變鑄鐵的基體組織，提高力學性能，節省合金元素。加入合金元素的目的是提高淬透性。
3)球鐵原始基體組織對等淬球鐵的力學性能沒影響，但對變形有影響，因鐵素體和珠光體變形量是不一樣的，其線性增長量是鑄態基體組織和等溫溫度的函數(見下圖)。
為了提高加工刀具壽命和控制變形，美國通用汽車公司在生產ADI后橋齒輪時，鑄件經退火以獲得100%的鐵素體。試驗表明，在試樣熱透后保溫15分鐘，已足以使基體完全奧氏體化。
4)球化率、球數對ADI沖擊、疲勞等動態力學性能影響很大，強度愈高，影響愈顯著。因此，對球化率及石墨球數的要求比普通球鐵高，球化率要求90%以上(見表1、表2)。
表1 石墨球化分級對稀土球墨鑄鐵疲勞極限和小能量多沖性能的影響
石墨球化分級對稀土球墨鑄鐵疲勞極限和小能量多沖性能的影響
表2 石墨球大小、球數對等溫淬火球墨鑄鐵彎曲疲勞強度的影響
石墨球大小、球數對等溫淬火球墨鑄鐵彎曲疲勞強度的影響
5)等溫淬火球鐵各牌號主要靠不同等溫溫度獲得，與化學成分關系不大，即同一成分球鐵用不同等溫淬火溫度可生產不同牌號ADI。化學成分主要決定于鑄件大小，壁厚和結構。
6)等溫淬火球鐵的某些組織也可通過加入合金元素、空氣中強化冷卻獲得，但因需要加入大量的Ni、Mo、Cu等合金元素，成本太高且不穩定，因此不加以討論，主要討論經鹽浴等溫淬火處理的ADI。
2. 性能特點
等溫淬火球墨鑄鐵具有以下性能特點：
(1)強度高、塑性好。在同等伸長率情況下，ADI的抗拉強度是普通球鐵的2倍,而在同等抗拉強度情況下,伸長率是普通球鐵兩倍以上,ADI抗拉強度也優于調質處理的碳鋼,與低合金鋼相當。
(2)質量輕。表3是一些材料的單位抗拉強度所需零件重量(w/y)。
表3 幾種材質的w/y
幾種材質的w/y
(3)彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度等動載性能高。旋轉彎曲疲勞強度可達400～500MPa，與調質處理低合金鋼相當;接觸疲勞強度可達1600～2100MPa，比低合金鋼氮化處理的接觸疲勞強度高。
(4)吸振性好。ADI由于彈性模量低，加上基體中存在石墨球，能迅速吸收振動并增大噪聲阻尼，使部件的運行更安靜和平穩。
(5)極好的耐磨、抗磨性。試驗表明，硬度為45～48HRC的等溫淬火球鐵齒輪，其壽命比具有馬氏體組織、硬度為58～62HRC的鍛鋼齒輪更長。CADI(含碳化物18%)的耐磨性能勝過許多高合金耐磨鑄鐵(AR)，其無缺口沖擊韌性則是耐磨鑄鐵的2～10倍，適宜用于要求優異耐磨性能和足夠韌性的場合。
(6)表面強化效果顯著。試驗和生產實踐均證明，ADI具有很好的表面強化效果，能顯著提高構件的疲勞強度。例如2007年11月7日修訂的ASTM897M各牌號典型性能中，通過概率50%單齒彎曲疲勞強度噴丸的比不噴丸的提高50%左右(見表4)。
表4 噴丸對單齒彎曲疲勞的影響
噴丸對單齒彎曲疲勞的影響
曲軸經圓角滾壓后彎曲疲勞強度也顯著提高。據美國聯合收割機的一項研究報告，型號為202重載貨車V-8柴油機ADI曲軸，滾壓前后彎曲疲勞強度分別為414MPa和986MPa，提高138%;而普通球鐵曲軸滾壓后的彎曲疲勞強度只提高50～60%左右。
此外，ADI的力學性能根據等溫淬火工藝的不同，可以在較大范圍內變化，以滿足零件在不同工作條件的要求。
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