曾藝成-等溫淬火球鐵(201505)

1、ADI的特性、生產(chǎn)的特性、生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用曾藝成內(nèi)容提要內(nèi)容提要一、一、ADIADI的幾個基本認(rèn)識及性能特點的幾個基本認(rèn)識及性能特點二、二、如何獲得健全的球鐵坯件如何獲得健全的球鐵坯件三、制定好合適的等溫淬火工藝三、制定好合適的等溫淬火工藝四、等溫淬火球鐵的應(yīng)用四、等溫淬火球鐵的應(yīng)用一一. ADIADI的幾個基本認(rèn)識及性能特點的幾個基本認(rèn)識及性能特點1. 幾個基本認(rèn)識（1）等溫淬火球鐵是把健全的球墨鑄鐵件進(jìn)行等溫?zé)崽幚恚垣@得優(yōu)異的綜合力學(xué)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(xué)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(shù)改變鑄鐵

2、的基體組織，提高力學(xué)性能，節(jié)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(xué)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(tài)基體組織和等溫溫度的函數(shù)（見下圖）。（4）球化率、球數(shù)對ADI沖擊、疲勞等動態(tài)力學(xué)性能影響很大，強(qiáng)度愈高，影響愈顯著。因此，對球化率及石墨球數(shù)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表2 石墨球大小、球數(shù)對等溫淬火球墨鑄鐵彎曲疲勞強(qiáng)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(xué)成分關(guān)系不大，即同一成分球鐵用不同等

3、溫淬火溫度可生產(chǎn)不同牌號ADI。化學(xué)成分主要決定于鑄件大小，壁厚和結(jié)構(gòu)。 （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(qiáng)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(wěn)定，因此不加以討論，主要討論經(jīng)鹽浴等溫淬火處理的ADI。 2. 性能特點（1）強(qiáng)度高、塑性好。在同等伸長率情況下，ADI的抗拉強(qiáng)度是普通球鐵的2倍,而在同等抗拉強(qiáng)度情況下,伸長率是普通球鐵兩倍以上,ADI抗拉強(qiáng)度也優(yōu)于調(diào)質(zhì)處理的碳鋼,與低合金鋼相當(dāng)。（2）質(zhì)量輕。表3是一些材料的單位抗拉強(qiáng)度所需零件重量（w/y）。 表3 幾種材質(zhì)的w/y（3）彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度等動載性能高。旋轉(zhuǎn)彎曲疲

4、勞強(qiáng)度可達(dá)400500MPa，與調(diào)質(zhì)處理低合金鋼相當(dāng)；接觸疲勞強(qiáng)度可達(dá)16002100MPa，比低合金鋼氮化處理的接觸疲勞強(qiáng)度高。材料鋁合金(普通)鋁合金(高強(qiáng)度)ADI普通球鐵20CrMnTi調(diào)質(zhì)ZnAl合金普通鍛鋼密度/抗拉強(qiáng)度0.0220.0950.00560.00440.00840.0100.0180.00720.0170.0110.014（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(wěn)。（5）極好的耐磨、抗磨性。試驗表明，硬度為4548HRC的等溫淬火球鐵齒輪，其壽命比具有馬氏體組織、硬度為5862HRC的鍛鋼齒輪更長

5、。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210倍，適宜用于要求優(yōu)異耐磨性能和足夠韌性的場合。（6）表面強(qiáng)化效果顯著。試驗和生產(chǎn)實踐均證明，ADI具有很好的表面強(qiáng)化效果，能顯著提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)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(qiáng)度噴丸的比不噴丸的提高50%左右。 此外，ADI的力學(xué)性能根據(jù)等溫淬火工藝的不同，可以在較大范圍內(nèi)變化，以滿足零件在不同工作條件的要求。球鐵等級7509001050120014001600不噴丸（MPa）325350365350335320噴丸（MPa）6

6、50700770700665630二二. 如何獲得健全的球鐵坯件如何獲得健全的球鐵坯件球化率（%）球數(shù)/（個/mm2）磷共晶碳化物縮松珠光體/鐵素體90100514.34.5CSiMnPSTiK13.60.22.50.20.30.020.0150.031Jdp=2.9（Tr）1/2+18.2（Mn）+25.3（Mo）+6.0（Cu）+28.6（MoCu）+38.6（MoNi）+13.6（MnNi）+50.9（MoCuNi）-82.2式中，Jdp臨界淬透性距離（珠光體淬透性判據(jù)）（mm）； Tr奧氏體化溫度（）。 合金元素以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計。 壁厚mm92537507584120150加入合金元素%

7、不需要0.2Mo0.35Mo1.0Cu或0.5Mo0.41Ni 1.0Ni0.38Mo 或 0.25Mo0.81Cu 0.50Cu1.0Ni0.25Mo0.75Cu1.0Ni0.36Mo0.75Cu1.0Ni0.36Mo0.75Cu中心5%珠光體試樣部位RmA邊部950MPa9.7%中心895MPa8.2%注: 150樣塊的性能2. 抓好球鐵生產(chǎn)中主要工藝環(huán)節(jié)（1）采用好的原、輔材料，特別是優(yōu)質(zhì)鑄造生鐵和廢鋼等金屬材料PSSnSbTiAlAsBiBPbSeTeA0.020.020.020.0020.0400.0500.020.0020.0020.0020.0300.0200.1表8 國外等溫淬

8、火球墨鑄鐵（ADI）坯件允許硫、磷及微量元素最大含量（）表9優(yōu)質(zhì)生鐵及高純生鐵的化學(xué)成份P S Mn Sn Sb Ti Al As Bi Pb Cu Cr K1 Px 承德保通承德保通 0.022 0.005 0.021 0.00005 0.0005 0.01 0.00745 0.001 0.00001 0.0005 0.00285 0.020 0.22 0.53河北龍鳳河北龍鳳山山0.018- 0.035 0.014- 0.017 0.052- 0.046 0.0005 0.0005 0.010- 0.015 0.007- 0.0058 0.0006 0.00005 0.0005 0 . 0

9、 0 9 6 -0.0089 0.0094 0.23 0.56濟(jì)南庚辰濟(jì)南庚辰0 . 0 2 4 -0.035 0.02 0.1 0.0011 0.0003 0.027 0.0011 0 . 0 0 0 1 -0.0002 0.0002 0.007 0.003 0.38 0.763山西建邦山西建邦0 . 0 1 8 -0.035 0.014 0.06 0.0005 0.001 0.019 0.005 0.0005 0.00005 0.0005 0.0110.0052 0.26 0.638遼寧本溪遼寧本溪0.028- 0.038 0.012- 0.017 0.06- 0.09 0.0006 0.

10、0001 0.027- 0.045 0.004 0.011 0.002 0.004 0.0050.0121.13 0.717 遼寧罕王遼寧罕王0 . 0 2 5 -0.038 0.08- 0.018 0.07- 0.08 0.0005 0.0005 0.015- 0.021 0.005 0.0006 0.002 0.0005 0.005 0.0071 0.98 0.683河南林鋼河南林鋼 0.038 0.02 0.1 0.0005 0.005 0.02- 0.06 0.005 0.005 0.00005 0.0002 0.0050.0070.30 1.0河北春風(fēng)河北春風(fēng)0.031- 0.038

11、 0.015- 0.020 0.09- 0.13 0.001 0.001 0.02- 0.043 0.002 0.001 0.0005 0.001- 0.004 0.0010.0021.57 2.134河北友利河北友利 0.025-0.04 0.02- 0.03 0.01- 0.015 0.0017 0.001 0.02- 0.03 0.005 0.002 0.0012 0.001 0.00330.0290.98 1.37河北金豐河北金豐0.025- 0.028 0.017- 0.022 0.05- 0.06 0.0005 0.0005 0.019- 0.032 0.005 0.0005 0.

12、00005 0.0005 0.0055 0.014 0.32 0.64山西東誠山西東誠0 . 0 3 2 -0.04 0.028 0.12- 0.3 0.0005 0.001 0.047 0.002 0.0005 0.001 0.0005 0.0110.0030.73 1.35河南合鑫河南合鑫0.04- 0.41 0.014- 0.21 0.08- 0.092 0.0005 0.0005 0.038- 0.040 0.005 0.005 0.001 0.0005 0.0110.0094 0.78 1.14CSiMnPSCuMoCrTi高純生鐵3.671.840.120.017 0.008 0.

13、700.22 0.0510.008廢鋼增碳3.901.900.240.021 0.003 0.670.18 0.023表10 一汽鑄造公司奔騰1.8T曲軸原鐵液化學(xué)成分（2）獲得高溫低硫的原鐵液原鐵液硫量處理后硫量臨界殘留鎂量球化類別0.0040.0040.0220.02412級0.030.0420.0170.020.0380.04312級0.0640.0730.0160.0180.0510.05412級表11 原鐵液硫量球化對臨界殘留鎂量影響（3）獲得球化良好的鐵液（4）采用具有緊實、精確的鑄型及合理的鑄造工藝三、制定好合適的等溫淬火工藝三、制定好合適的等溫淬火工藝1. 淬火工藝（1）奧氏體

14、化溫度和時間，奧氏體化溫度一般選擇在完全奧氏體化溫度以上3050，多在850930之間，溫度與含硅量關(guān)系如下表所示。Si(%)溫度（）Si(%)溫度（）2.28102.88472.38152.98542.48213.08612.58273.18662.68333.28752.7840（2）等溫溫度和時間 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變溫度和時間直接影響等溫淬火球墨鑄鐵的力學(xué)性能。對于每種不同成分的球墨鑄鐵來說，其奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程是不相同的。應(yīng)具體選擇相應(yīng)的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的條件。 在等溫轉(zhuǎn)變過程中要求只有針狀鐵素體析出與生長，沒有碳化物析出。這是制定等溫處理工藝的關(guān)鍵。2. 各牌號等溫淬火球墨鑄鐵的等淬溫度、

15、時間及金相組織牌號750-500-11 900-650-091050-700-071200-850-041400-1100-011600-1300-00等淬溫度（）3803701034010320102901025010等淬時間（分）45609090120240富碳奧氏體量%22352515105ASTM各牌號與等淬溫度和時間的關(guān)系（參考）四、等溫淬火球鐵的應(yīng)用四、等溫淬火球鐵的應(yīng)用 國外ADI應(yīng)用市場中，汽車占了很大比重，約為ADI總產(chǎn)量的45%以上。北美2010年市場分配為：中重型卡車25%，輕型汽車20%，建筑礦山11%，農(nóng)機(jī)17%，鐵路12%，已由一般代用發(fā)展到按ADI的性能特點及服役

16、條件利用有限元分析等現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，達(dá)到減小零件壁厚、減輕重量、節(jié)能節(jié)材的目的。據(jù)美國AP公司介紹，他們公司處理的ADI件95%是經(jīng)改進(jìn)設(shè)計的，以下是經(jīng)改進(jìn)設(shè)計后用ADI生產(chǎn)代替鋁合金和鋼板沖壓件的典型例子。用ADI支架（右）替代了鋁合金支架（左）解決了一款車的舒適性（噪音小）問題左邊的ADI 輪轂替代了右側(cè)的金屬型鑄鋁輪轂降低了50%內(nèi)涵能源，重量減輕了4%ADI控制臂（右）替代沖壓鋼件（左），減重6%，性能測試超預(yù)期一款牧場播種器通過鋼板切割、沖壓、沖孔和焊接而成ADI牧場播種器為砂型的球墨鑄鐵毛坯、機(jī)加工后熱處理制成我國ADI應(yīng)用中，還是以抗磨、耐磨件為主。1. ADI（CADI）在抗磨耐磨零件上應(yīng)用取得突破ADI齒板ADI襯板CADI渣漿泵CADI篦子板2. 重型卡車底盤零件應(yīng)用逐步擴(kuò)大，產(chǎn)量逐年提高60噸自卸車前軸60噸載重