0 前言
等溫淬火球鐵(ADI)比普通球鐵、鑄鋼、鍛鋼的綜合力學(xué)性能高，具有優(yōu)異的耐磨性、抗疲
勞性、斷裂韌度、減震性，同時(shí)噪聲較低。自20世紀(jì)70年代以來， 等溫淬火球鐵不斷得到發(fā)展應(yīng)用，被譽(yù)為近三d-年來鑄冶方面最重要的成就之一。ADI的優(yōu)良l生能是通過將普通球鐵熱處理，使基體組織中的鐵素體(珠光體)轉(zhuǎn)為具：0-高強(qiáng)度的貝氏體和高韌性的殘余奧氏體來實(shí)現(xiàn)的。因此，熱處理技術(shù)是生產(chǎn)高性能ADI的關(guān)鍵。生產(chǎn)ADI的工藝流程為： 鑄造球鐵鑄件一粗加212一高溫奧氏體化加熱一等溫淬火一清洗一精加工一成品。在鑄造球鐵鑄件時(shí)，根據(jù)零件的技術(shù)要求，可配加合適的合金元素。對需要機(jī)加工的ADI零件一般先進(jìn)行粗加工，尤其是生產(chǎn)高強(qiáng)度、高硬度的ADI件，熱處理后硬度高，應(yīng)先行粗加工，熱處理后進(jìn)行精密加工。高韌性ADI件的硬度與珠光體球鐵接近，可在熱處理后進(jìn)行粗、精加工。為減少熱處理工件重量與節(jié)能，也可先粗加工。
1 ADII~J常規(guī)熱處理
1．1 奧氏體化加熱方式
由于爐內(nèi)工件實(shí)際溫度很難測量，一般用加熱爐內(nèi)氣氛溫度T g來反映奧氏體化加熱溫度。加熱過程T 小于T g，溫差(△ T =T g-T )隨加熱速度提高而增大，故不應(yīng)采用過快的加熱速度。生產(chǎn)過程中以平均5 ℃ ·rain 左右為宜。圖1、圖2的等溫淬火工藝采用了兩種常用的奧氏體化加熱方式。

 
圖1為連續(xù)加熱工藝，只適用于壁厚均勻且較小的工件，或加熱速度較慢的爐子。圖2為階段加熱工藝，效果較好，：~E500-650 ℃ 保溫1-1．5 h，使△ T 較小，工件表面與心部溫度趨于一致，再升溫到奧氏體化溫度，△ 仍不大， 容易確定奧氏體保溫時(shí)間。尤其對于壁厚不均勻件或厚大件，應(yīng)采用階段加熱工藝。在芬蘭、瑞典等國，ADI熱處理均是采用此種加熱方式。他們在預(yù)熱爐內(nèi)將零件加熱到5oo～65O ℃ 保溫， 然后再送入另一臺高溫爐繼續(xù)升溫到奧氏體化溫度進(jìn)行保溫。由預(yù)熱爐一奧氏體化爐一等溫淬火爐， 連續(xù)作業(yè)，可大幅度提高生產(chǎn)率。
1．2 奧氏體化加熱溫度
如圖3，隨si量增加，奧氏體化溫度提高。球鐵的c、Si量較高，奧氏體轉(zhuǎn)變的三相區(qū)域較大，要完全奧氏體化，必須控制加熱溫度在Ac- 以上，同時(shí)還要考慮實(shí)際操作情況，如：① 連續(xù)加熱方式加熱速度較快時(shí)， 應(yīng)適當(dāng)提高奧氏體化加熱溫度；② 零件厚大或裝爐量多時(shí)，也應(yīng)提高奧氏體化加熱溫度；⑧ 考慮合金元素對奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響；④ 提高奧氏體化加熱溫度，可提高奧氏體含c量，x,i-獲得高強(qiáng)度的下貝氏體有利，但應(yīng)防止奧氏體晶粒長大。綜合權(quán)衡，奧氏體化加熱溫度一般采用850-950 ℃ .
 
I．3 奧氏~N'f-ls保溫時(shí)間
奧氏體化保溫時(shí)間過短， 不能完全轉(zhuǎn)變。而保溫時(shí)間過長，則可能晶粒長大，降低力學(xué)性能。應(yīng)根據(jù)加熱方式，工件厚度及每次裝爐處理量的具體情況確定奧氏體化保溫時(shí)間。如在加熱過程已保溫預(yù)熱1～1．5 h，則奧氏體化保溫采用1～2 h，厚大件及裝爐處理量大時(shí)，適當(dāng)增加。如連續(xù)加熱，則奧氏體化保溫采用2～2．5 h，厚大件及裝爐處理量大時(shí)取值。
l-4 等溫淬火溫度與等溫時(shí)間
等淬溫度對力學(xué)性能影響較大。一般說來，隨等淬溫度的提高， 降低， 升高，因此，要求高強(qiáng)度為主的力學(xué)性能時(shí)， 選擇等淬溫度230-310℃ ； 要求強(qiáng)度韌度綜合性能較好時(shí)選擇等淬溫度310-350 ℃ ；要求高韌性為主的力學(xué)性能時(shí)，等淬溫度350-400 c【=。等溫時(shí)間對性能的影響程度比等淬溫度小，但時(shí)間過短，奧氏體轉(zhuǎn)變不完全，在隨后的出爐冷卻過程中， 不穩(wěn)定的殘留奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，強(qiáng)度低，伸長率低，而硬度高。加拿大R．D．F0r一一rest介紹了淬火溫度230 oC、260 oC、290 oC、315 ℃ 、345 ℃ 、355 ℃ 、370 ℃ 、385 ℃ 分別用0．5-8 h的等溫時(shí)間試驗(yàn)力學(xué)性能， 圖4示出了230 ℃ 、290℃ 、370 ℃ 等淬時(shí)，力學(xué)性能隨等溫時(shí)間的變化情況。由圖4可知，等溫時(shí)間小于I．5 h，無論何種等淬溫度，性能均不理想，不宜采用。最佳等溫時(shí)間為I．5-4 h(或I．5-2 h)，延長等溫時(shí)間不僅對提高性能沒有效果，而且增加能耗和工時(shí)。
1．5 等溫淬火介質(zhì)
淬火介質(zhì)有油、氣體、鹽液等，應(yīng)根據(jù)淬火溫度和冷卻速度的要求選擇淬火介質(zhì)。ADI的等溫淬火溫度通常在22O～45O ℃ 之間。油對工件的腐蝕性較小， 便于爐外循環(huán)冷卻， 淬火溫度易于控制，但油溫一般不能長期512／t~ E280 c【=以上，所以采用油介質(zhì)淬火時(shí)， 一般適合下貝氏體ADI件生產(chǎn)。目前國外已有采用氣體等淬的設(shè)備，~13Ipsen公司將鹽浴爐與氣體等溫淬火爐相結(jié)合來提高生產(chǎn)率。因采用一定溫度的保護(hù)性氣體作為淬火介質(zhì)，具有較好的防腐蝕和氧化作用，且對環(huán)境污染小， 但氣體對工件的冷卻速度較油及鹽液低，因
此，處理厚大工件時(shí)存在淬適性問題。鹽液是當(dāng)前國內(nèi)外最常的的ADI淬火介質(zhì)， 混合鹽液的溫度控制范圍較寬，操作簡易，適合生產(chǎn)不同牌號的A—DI件，但鹽液腐蝕性大，易污染環(huán)境，工件淬火后需清洗。常用的兩種混合鹽液為：(1) 硝酸鈉(NaNO3)50％ +硝酸(KN03)50％ ， 熔點(diǎn)220oC， 應(yīng)用溫度范．圍280-550 ℃ 。(2) 硝酸納(NaNO3)50％ +亞硝酸鉀(KN02)50％ ，熔點(diǎn)143℃ ，應(yīng)用溫度范圍160-550 ℃ 。
2 高性能ADI的熱處理
ADI材料同一般工程材料一樣， 韌性與強(qiáng)度是相反的對應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)度好，則韌性差。ADI的強(qiáng)度及綜合力學(xué)性能高于球鐵、鑄鋼及表面處理鍛鋼件，但韌性不及鐵素體球鐵及鋼件，圖5是美國(ASTM )與歐洲(CEN )ADI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度與伸長率對應(yīng)數(shù)據(jù)。
 
要想獲得高性能的ADI， 首先應(yīng)控制好球鐵鑄件質(zhì)量，其次是調(diào)整熱處理工藝規(guī)范。對于高韌性的ADI， 要求鑄件的球化率1-2級，石墨大／Jx5-7~ ，石墨球數(shù)多于150個·mE～，鑄態(tài)基體組織應(yīng)以鐵素體為主。厚大件的金相組織應(yīng)檢測工件中心部位，或相應(yīng)厚度的單鑄試塊中心部位，只有工件外層與中心的金相組織均符合要求，熱處理后才能達(dá)到預(yù)期效果。另外，為提高淬透性和零件的總體性能，需進(jìn)行有效的合金處理。如加入Mo、Cu、Ni等合金元素，但總量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))一般不超過1．5％ 。同時(shí)，還必須嚴(yán)格控制球鐵五個常規(guī)元素的成分波動，并要求 (P)不超過O．035％ ， (svI~超過O．Ol5％ 。對于高強(qiáng)度的ADI， 要求球鐵中石墨球數(shù)多而勻。隨著石墨球數(shù)的增多和均勻化，可減少晶界處的大塊殘留奧氏體， 有利于防止疲勞裂紋的產(chǎn)生。細(xì)小的石墨球和殘留奧氏體， 還有利于提高ADI的韌性。ADI的強(qiáng)度主要依賴于石墨球和基體組織，基體組織依靠熱處理手段獲得。而化學(xué)成分對A—DI的強(qiáng)度性能影響較小， 一般要求C、si高，Mr啪質(zhì)量分?jǐn)?shù)取0．2％-0．4％ ，P、s盡量低。另外，少量加入l～2種合金元素(如Mo、Cu、Ni、V、Ti等)可以強(qiáng)化熱處理效果，提高強(qiáng)度和耐磨性。
2．1 高韌性ADI的熱處理
熱處理是保證高韌性力學(xué)性能的關(guān)鍵， 應(yīng)根據(jù)球鐵鑄件的化學(xué)成分、金相組織、壁厚、每次裝爐量及熱處理設(shè)備等具體情況， 綜合考慮后確定熱處理規(guī)范。需注意，這些情況是隨機(jī)變化的。通常，高韌性ADII~熱處理要求：① 工件加熱速度以5 oC ／ min％~2宜，并采用階段加熱法；② 奧氏體化溫度880-920 ℃ ，如工件厚大，含si量高，鑄態(tài)珠光體與滲碳體較多， 取較高的奧氏體化溫度；⑧ 奧氏體化保溫時(shí)間1-2 h。如采用連續(xù)加熱或工件厚大、鑄態(tài)滲碳體較多，應(yīng)適當(dāng)延長保溫時(shí)間；⑧ 等淬溫度350-400 oC(要求8在8％ 以上時(shí)，選等淬溫度≥ 370 ℃ ； 要求韌性與強(qiáng)度的良好配合時(shí)， 選等淬溫度330-370 oC )， 波動范圍控制在±8 ℃ 內(nèi)；⑤ 等淬時(shí)間1．5-3 h(工件厚大，不含合金元素或含量較低時(shí)，應(yīng)延長等淬時(shí)間)。獲得高韌性ADI最關(guān)鍵的是控制好等溫淬火溫度和時(shí)間。德黑蘭大學(xué)Nili Ahmadabadi~ 驗(yàn)得出了伸長率與等淬溫度及時(shí)間的關(guān)系。試樣化學(xué)成分(t4-B／ ％ )：3．4 c、2．5 si、0．45 Mn、1．5 Ni、0．6 Cu、0．02 P、0．02 S、0．04 Mg；900 oC×1．5 h奧氏體化；等淬溫度3 15 ℃ 和4o0 ℃ 的伸長率很低。只：；0-：i~350 ℃ 、375 ℃ 才能獲得高伸長率。若等淬時(shí)間少于1．5 h，不論何種等淬溫度，伸長率均低。但等淬溫度375 ℃ 、時(shí)間大于2 h后伸長率會降低，故等淬溫度應(yīng)控制在35O～375 ℃ ，等淬時(shí)間控制：t~E2 h左右。
2．2 高強(qiáng)度ADI的熱處理
高強(qiáng)度ADI的奧氏體化溫度以850-900 ℃ 為宜，過高的奧氏體化溫度，使奧氏體組織粗大，白亮區(qū)增多，等淬后獲得的針狀鐵素體較少，強(qiáng)度下降。低于850 ℃ ，有可能使奧氏體轉(zhuǎn)變不完全，則強(qiáng)度更低。
奧氏體化保溫時(shí)間以1．5-2 h為宜， 時(shí)間過長，也可能使奧氏體晶粒長大；時(shí)間過短，工件內(nèi)外溫度不均勻， 厚壁處奧氏體未轉(zhuǎn)變或轉(zhuǎn)變不完全。奧氏體化保溫時(shí)間應(yīng)根據(jù)工件壁厚及每次裝爐處理量的具體情況而定。高強(qiáng)度ADI等淬溫度以230-290 oC為宜，等淬時(shí)間一般取1．5-3 h。過長的等溫時(shí)間，強(qiáng)度變化不大，反而增加能耗和工時(shí)；過短的等溫時(shí)間，
奧氏體轉(zhuǎn)變不完全，達(dá)不到提高強(qiáng)度的目的。等淬時(shí)間還應(yīng)根據(jù)工件的壁厚和每次處理量而定。等淬過程中，為了獲得所要求的ADI組織，應(yīng)盡量控制溫度的波動。在前10 min溫度波動范圍~E~15 ℃ 以內(nèi)，10 mint agE~8 ℃ 以內(nèi)。
3 結(jié)束語
等溫淬火球鐵具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，在獲得優(yōu)質(zhì)鑄件后，ADI的性能取決于等溫淬火熱處理的工藝規(guī)范。獲得高韌性ADI的關(guān)鍵是采用合適的等淬溫度(350-400 oC )。ADI的強(qiáng)度與伸長率成反比關(guān)系， 提高ADI強(qiáng)度的主要途徑是采用較低的等淬溫度(230-290 oC )，除此之外，還應(yīng)十分注意控制等溫溫度的波動范圍在±8 oC以內(nèi)。