等温淬火球铁(ADI)及其应用

S 应被严格限制，以保证球化成功，防止过 多的夹杂物产生和球化衰退。P促进脆性，为有 害元素。Mo 、Ni 、 Mn 、Cu 是由强变弱的促进 硬度的元素。Mn 应低于普通球墨铸铁，因为Mn 有显著的偏析倾向，致使石墨分布不均匀。Cu 可 以部分消除 Mn 的不利影响，在使用Cu 后，Mn 含量可放宽至0.5％。加入合金元素Cu 、Mo 、Ni 、Nb可以提高淬透性及力学性能。干扰元素Ti 、 Sn 、 Sb 、V 等破坏球形，要用稀土元素中和， 但Ce过多反球化，应加以控制。
1.2.3 等温淬火时间和奥氏体含碳量 在生产等淬球铁过程中，等淬时的长短起着主要作 用。在铁素体生核期，奥氏体接受铁素体生核与生长排 出的碳份，使得奥氏体中碳份由淬火时的0.8%-1.1%， 增加至1.2%-1.6%。这一碳份还不够使奥氏体在室温稳 定，还要在等温液中继续保温；在铁素体生长期，生长 的铁素体将更多的碳推入剩余奥氏体，使奥氏体碳浓度 增至1.8%-2.2%。这一碳浓度无论从热力学和动力学都 是稳定的。
1.1.3 铸造工艺 采用先进的成形方法和科学的浇冒口设计技 术，防止铸件产生缩孔、缩松、气孔、夹渣等隐 藏性缺陷。孔洞和显微缩松体积＜1％。只有提 供完善的原始铸件，才能保证等淬球铁高性能的 稳定性和可靠性。 铸铁水平连铸和金属型铸造是制造等淬球铁 原件先进的成形方法，这种方法铸件冷却快，石 墨球数又多、又圆整，不易产生铸造缺陷。
互相合作
共同发展
共同进步
等温淬火球铁（ADI）及其应用
等温淬火球墨铸铁（Austempering Ductile Iron)是将球墨铸铁加热至奥氏体温度（850－ 950℃）保温（1－2h）至奥氏体为碳所饱和， 然后急冷至使铸件不生成珠光体并高于马氏体 开始形成温度（Ms）, 在此温度（250－380℃ ）保持足够长的时间（1.5-3.5h）生成针状铁素 体和高碳奥氏体（称为奥氏铁素体）的热处理 态铸铁。等温淬火球墨铸铁简称等淬球铁（ ADI），国内也有称为奥氏体球铁，贝氏体球 铁，奥贝球铁。
1.2.2 奥氏体化加热时间 主要取决于基体组织的奥氏体化温度， 珠光体量和Si含量。奥氏体化温度越高，珠光 体量越多，Si含量越少则转变速度越快。以铁 素体为基体的奥氏体化速度主要受奥氏体内C 的扩散支配。综合考虑工件的壁厚、奥氏体内 C的饱和度和均匀化、合金元素的含量，在1 －2h之间选取。
等淬球铁是20世纪70年代末期芬兰，英国和 中国分别研究成功的。由于等淬球铁具有较高 的强度（＞1000MPa）与韧性（δ＞10％，无缺 口冲击值＞100J），强度和韧性的综合覆盖面大 ，引起工程界的性趣并开展了深入的研究。当 时由于球墨铸铁大规模生产质量稳定性和热处 理设备的限制，起步阶段发展较慢。最近几年 ，由于球墨铸铁生产技术的进步，等淬球铁优 异的性能的吸引和较高的利润刺激，应用在扩 大，产量在增加，以年15％的速度发展，目前 世界年等温淬火设备与方法 用箱式电炉，把加热到完全奥氏体的铸件 移到硝酸－亚硝酸盐淬火池里冷却保温，盐池 有较高的急冷度，而且可以加入一定数量的水 并搅拌，提高急冷度和均冷度。这种方法可以 用于任何等淬球铁产品。这种设备一次投资大 ，但操作方便，生产率高。它的问题是铸件从 空气移入盐中时的高温环境，表面容易被脱碳 、氧化。因此用封闭式炉子、从装炉－移炉－ 取件－清洗的机械化成为设计的要求。
1.2.1 奥氏体化加热温度 选择原则是：为工件的原始基体组织 能够完全转变为奥氏体提供充分动力。一般 等温淬火时的奥氏体化温度为850－950℃， 若奥氏体化温度低，则奥氏体中碳量均匀化 需要的时间长；若奥氏体化温度过高，则奥 氏体晶粒粗大，机械性能降低。可根据对最 终金相组织和机械性能的要求分别选取，如 图1、图2 。
1.1.2 球化和孕育 要控制原始组织，球化率＞80％，球化1－2级 ；石墨大小6－8级，球数要多＞150－200个／mm ,形状圆整，分布均匀；共晶体要均匀、细密。基 体以铁素体占多数，尽量减少珠光体。孕育要充分 ，采用倒包孕育、随流孕育等晚期孕育，以产生足 够的石墨核心，保证球化效果，防止渗碳体产生， 碳化物和非金属夹杂物总和＜0.5%。在球化处理后 15min内浇注完，防止球化衰退。每1个铸件都应附 铸金相试块，用于检查球化级别。
低强度等淬球铁（850－1000MPa)中稳定奥氏体含 碳量不低于1.8%。高强度等淬球铁（1250－1600MPa)中 稳定奥氏体含碳量高于1.8%。等温保持时间短，不但奥 氏铁素体少，大量未转变的奥氏体因其碳含量少，致使 在空冷时有一部分转变为马氏体。等温保持时间过长， 高碳奥氏体将分解为贝氏体型铁素体和碳化物。一般 等 温淬火时间在45－120min之间选择。
1.2 等温淬火热处理工艺
等淬球铁热处理分为 3个阶段 ： （1）在850－950℃保温使基体全部转变为碳饱和奥氏体 ； （2）快速冷却到250－380℃等温淬火温度范围，使其不 能转变为珠光体而开始向奥氏铁素体转变； （3）在等温淬火 温 度 范 围 保 温，使基体组织转变为 针状铁素体和含碳1.8%-2.2%的稳定奥氏体。 要根据机械性能要求、铸件的形状和断面尺寸、化 学成分来设计等温淬火工艺参数和参数组合。
1.2.4 等温淬火温度 经奥氏体化加热和保温后，将工件迅速（＜10s） 放入一定温度 的硝酸盐液中进行等温转变，一般认为 等淬温度为 250－380℃。等温淬火温度对机械性能的 影响，如图3－图6。 工程上，可以通过调整 奥氏体化加热温度，等温 淬火时间，等温淬火 温 度，达到所要求的性能组合。
1. 等温淬火球铁的制作 1.1 球铁原（As cast）件的制作
1.1.1 化学成分 等淬球铁基本 化学成分与普通球 墨铸铁（QT400-15,QT450-10, QT500-7） 近似，Si偏高， Mn要低，微量元素和加 入的合金元素，要注意控制。各元素的 质量分数为：
C 3.4%-3.8% , Si 2.2%-2.65% , Mn＜0.35% , Cu 0.2%-0.7% , Ni 0.2%-1.2% , Mo 0.1%-0.3% , Mg＜0.04% , Ce＜0.02% , P＜0.02% , S＜0.03% , Sn＜0.01% , Sb＜0.01% , Ti＜0.03% , Al＜ 0.04% 。