奥贝球铁ADI调研报告

奥贝球铁ADI的调研报告

一、什么是奥贝球铁（ADI）？

等温淬火球墨铸铁（Austempered ductile iron, ADI）通常称为奥贝球铁，是球墨铸铁经等温淬火工艺得到的奥氏体+贝氏体组织为主的高强度铸铁。

球墨铸铁：铁素体+珠光体+石墨球ADI：贝氏体（针状铁素体）+残余奥氏体

★球墨铸铁：球化率1-3级，球径大小：6-7级；

★ADI中，针状铁素体和残余奥氏体的组织粗细及比例决定了铸铁不同的力学性能。

二、奥贝球铁有哪些优异的性能？

2.1 优异的机械性能

★高强度。同样延伸率下，其强度是普通球墨铸铁的2倍；优于或者相当于碳钢、低合金钢的强度。

等温淬火热处理工艺

★高硬度。大大高于普通球墨铸铁，与中高碳钢相当。

★优越的耐磨性，优越的疲劳强度和断裂韧性，减震吸音性好等，这些特点使得ADI已经代替锰钢、合金钢等应用于车辆、工程机械上。

2.2 优越的材料性能

★比重小。因为含有一定量的石墨，密度约为7.1g/cm3，同样尺寸的零件较钢件轻10%左右。

★成本低。相比锻件、焊接件等，ADI材料具有优良的铸造性，能够制造出实际形状和尺寸更接近设计要求的无余量零件，既降低了材料成本，也节省了加工成本。

三、如何得到奥贝球铁，其原理如何？

3.1 普通球墨铸铁

选择合适的化学成分，熔炼→球化→孕育，得到普通球墨铸铁。

3.2 等温淬火工艺

★A→B：P+α-Fe→γ-Fe.

奥氏体化（＞A C1）：相变，碳的扩散；

★B→C：奥氏体均匀化，碳的扩散；

★C→D：淬火，避免得到珠光体

★D→E：γ-Fe→下贝氏体（针状铁素体）+A残（残余奥氏体）

等温淬火：温度、时间

★E→F：空冷。可能存在残余奥氏体的转化。

3.3分析

★设备条件：密闭进行，防止加热过程中铸件与外界反应，影响组织与性能；

加热炉与盐浴炉控制稳定：加热过程中铸件变化稳定、可预见，便于设计铸件尺寸。

★淬火介质：

常用的热处理淬火介质有：油、气体、熔盐等。

➢油：不能长时间在280度以上工作，不适用于ADI的制备；

➢气体：要求：防腐蚀、防氧化；冷却效率低；

➢熔盐：优点：温度控制范围宽，操作简单；缺点：腐蚀性、污染环境、铸件需要清洗；

常用的淬火介质：（1）55%硝酸钾+45%亚硝酸钠，熔点143℃，应用温度范围：160-550℃；

（2）50%硝酸钠+50%硝酸钾，熔点220℃，应用温度范围：280-550℃.

四、工艺关键点及其影响

4.1 化学成分

★化学成分对于ADI组织和性能的影响主要有以下三个方面：

（1）偏析；（2）等温处理时ADI组织对时间的敏感性；（3）淬透性；

★主要化学元素的影响作用简述及建议值：

碳元素：碳能稳定奥氏体；含碳量过高会造成石墨漂浮；建

议值：3.5-3.7%

硅元素：硅在等温淬火转变时抑制碳化物的析出而产生更多

的针状铁素体,并且在等温淬火球墨铸铁中含有更高的硅量可以改

善韧性和具有较宽的热处理工艺带。与此同时,当硅含量超过2.7%

时,会使铁素体脆化,石墨形态恶化,奥氏体含量下降,使韧性迅速降

低。因此,为了获得良好的力学性能,将含硅量定在2.3%-2.7%之间。

锰元素：一方面，增加淬透性；另一方面，正偏析，易形成碳化物。控制范围0.25-0.5%。

GBT 24733-2009国标推荐：

附：球铁熔炼作业指导书

4.2 热处理工艺

4.2.1 奥氏体化温度

奥氏体化温度必须保证铸件完全奥氏体化，一般选择A C1+70-80℃；国标建议785-950℃。

分析：在一定范围内，奥氏体化温度↑，碳的扩散速度↑，等温淬火后形成的残余奥氏体数量↑，若能形成稳定的残余奥氏体，抗拉强度和韧性↑；奥氏体化进一步提高，组织过于粗大，影响机械性能。

4.2.2 奥氏体化保温时间

目的：达到相平衡、碳饱和及铸件温度均匀；

奥氏体化时间太短，铸件组织不均匀；奥氏体化保温时间太长，组织粗大，影响力学性能。

一般1-2h。

4.2.3 等温淬火温度

分析：等温淬火温度较低时，残余奥氏体含碳量较低，空冷时形成马氏体；一定范围内，等温淬火温度升高，碳的扩散速度加快，形成的残余奥氏体及其含碳量逐渐增加，且铁素体组织变得粗大，抗拉强度下降；等温淬火温度继续增大后，残余奥氏体的含碳量较多，易形成碳化物。

结论：等温温度高，铸件硬度低、韧性好；等温温度低，铸件硬度高、耐磨性好。

根据需要选择不同的等温淬火温度。

4.2.4 等温淬火保温时间（工艺窗口）

第一阶段：等温时间短，残余奥氏体含碳量少≤1.6%，空冷时形成马氏体；

第二阶段：等温时间合适，残余奥氏体含碳量1.8-2.2%，形成稳定的残余奥氏体；

第三阶段：等温时间过长，残余奥氏体含碳量多，易有碳化物析出。

一般1-2h。

五、实例分析

5.1 案例一：

60、90、120min

5.2 案例二

60、120、180min 案例三：

案例四：

参考文献：

1、GBT 24733-2009 等温淬火球墨铸铁件

2、《金属热处理原理及工艺》王顺兴

3、《铸造合金及其熔炼》陆文华

4、高强高韧等温淬火球墨铸铁_ADI_的实验研究_公永建

5、ADI热处理工艺参数对其力学性能影响机理的研究_王伟

6、等温淬火球墨铸铁(ADI)生产工艺研究

7、等温淬火温度对ADI中残余奥氏体及其力学性能的影响.

8、等温淬火球墨铸铁_ADI_的新型热处理研究_刘海明.

9、化学成分和工艺因素对奥贝球墨铸铁力学性能和组织的影响_陈宗民

10、由球铁型材得到ADI的实验研究_李可青