高牌号等温淬火球铁(ADI)的生产实践及探讨

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1、高牌号等温淬火球铁（ADI）的生产实践及探讨张军（湖北省机电研究设计院铸造所武汉430070）摘要：阐述高牌号ADI的性能特点及影响因素，探讨提高综合力学性能的主要措施，为其更加广泛的采用奠定了基础。关键词：等温淬火球铁ADI等温淬火球铁（ADI）已公认具有良好的力学性能，其抗拉强度可达1600MPa以上，但伸长率不及铁素体球铁及高韧性钢，需探求在保证足够强度的前提下，进一步提高伸长率，以获得更优良的力学性能和使用性能。1、ADI的性能特点[1]ADI主要特性：⑴密度/抗拉强度比值小。ADI材料的抗拉强度能达到1500MPa以上，单位强度的重量低于球铁、锻钢、铸铝、铸铜等，是一

2、种重量轻而强度高的材料；⑵ADI的屈服强度、抗疲劳性、减震性、噪音比比球铁及钢好，耐磨性仅次于605硬镍钢，低温下的断裂韧性比钢好；（3）同等机械性能下，ADI件重量比铸钢件轻10%，其密度仅为7.1g/cm3。2、影响高牌号ADI性能的主要因素2.1化学成分[2、3]化学成分是获得优质球铁铸件的基本因素，ADI须严格控制合适的化学成分。坚持高C、Si，低P、S原则。足够的C和Si在球化剂的作用下，才能产生多、均、细的石墨球，但C过高将导致石墨漂浮，Si过高增大低温脆性和热处理时的奥氏体化温度，应控制C=3.5～3.9%，Si=2.4～2.7%。P、S是有害元素，宜控制越低越好

3、，才能稳定ADI的综合性能。对于高牌号的ADI，可以提高Mn含量，同时根据需要加入合金元素Cu、Ni、Mo、V、Cr等。2.2铁液的熔制和处理获得优质铸态球铁件，除合适的化学成分外，合理的熔制及处理至关重要。ADI要求稳定化学成分和铁液温度，宜采用电炉熔炼。铁液出炉处理温度和浇注温度应依据铸件大小、壁厚和环境气温而定。过高的熔炼温度，增加碳元素烧损，球化处理时反应过快，使球化剂氧化烧损大，导致球化不良。过高的浇注温度使铸型中球铁结晶凝固外壳层较薄，易被以后结晶的石墨化膨胀力挤破，而降低内部压力，导致缩松。对薄壁小件，冬季气温较低，应提高铁液温度30～50℃。球化孕育处理时，保证

4、球铁中含有适量的残留镁和稀土量，形成足够多的晶核，石墨球大小均匀。2.3热处理工艺[4]不同的热处理工艺参数，获得不同的基体组织，决定ADI的最终力学性能。ADI热处理工艺主要包括奥氏体化加热与保温，等温淬火与保温两个阶段。奥氏体化加热与保温--非合金化ADI的完全奥氏体化温度约860℃，考虑测量点（炉内空间）的温度高于工件表面及中心20-50℃，故适宜的奥氏体化温度为880～930℃。合金化ADI，由于合金元素（Cu、Ni、Mo、Cr等）降低了奥氏体转变临界温度，可适当降低奥氏体化加热温度。[4]奥氏体化保温时间应根据炉内工件的装载量、壁厚及炉内的温度均化程度而定，以使每个工

5、件厚大断面完全转变为奥氏体为准。一般为1～3小时。等温淬火温度--在贝氏体形成的温度范围（230～500℃）内进行等温淬火，该转变温度范围内的下限，获得下贝氏体和残留奥氏体，强度、硬度高，而延伸率低，上限获得上贝氏体，强度、硬度低，而延伸率高。表1为我院所做产品的等温淬火与力学性能、基体组织的检测数据。等淬保温时间过短则奥氏体转变为贝氏体的数量少，残余奥氏体过多，组织性能不高。过长则使富碳奥氏体长大，析出的碳形成过多碳化物（Fe3C、MoC、NiC、（Cr，Fe）3C等），集结于晶界，降低力学性能。一般保温时间1-2小时为宜。表1等温淬火温度与力学性能、基体组织检测数据Tab.

6、1TestvaluesofisothermalquenchingtemperaturerelationtomechanicalPropertiesandmatrixstructure序号等温淬火抗拉强度伸长率硬度基体组织温度（℃）T（h）σb(MPa)δ(%)HRC1230216521.853下贝氏体+残余奥氏体227021596445.5下贝氏体+残余奥氏体33101.512637.635混合贝氏体+残余奥氏体43501104012.832上贝氏体+残余奥氏体53700.897013.529上贝氏体+残余奥氏体3提高ADI综合性能的主要措施3.1采用优质炉料及强化管理选用高C

7、低P、S、Si的生铁，并严格控制铸件中导致偏析及干扰球化的有害元素含量：Ti＜0.05%，Te＜0.05%，Sb＜0.01%，Bi＜0.002%，Pb＜0.002%，As＜0.02%。加强炉料管理，不同成分的生铁及回炉铁、废钢、铁合金等原辅材料应分堆存放，以便进行准确的配料计算。3.2优化熔炼及合理控制ADI宜采用中频或工频电炉熔炼，力求稳定化学成份和铁液出炉温度，减少合金元素的烧损和铁液的杂质与气体含量。熔化完毕经炉前快速检测原铁液的C、Si含量。如果C、Si不符应及时调整，合格后方可出炉