0 前言
等溫淬火球鐵(ADI)比普通球鐵、鑄鋼、鍛鋼的綜合力學性能高，具有優(yōu)異的耐磨性、抗疲
勞性、斷裂韌度、減震性，同時噪聲較低。自20世紀70年代以來， 等溫淬火球鐵不斷得到發(fā)展應用，被譽為近三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)轉為具：0-高強度的貝氏體和高韌性的殘余奧氏體來實現(xiàn)的。因此，熱處理技術是生產高性能ADI的關鍵。生產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，根據零件的技術要求，可配加合適的合金元素。對需要機加工的ADI零件一般先進行粗加工，尤其是生產高強度、高硬度的ADI件，熱處理后硬度高，應先行粗加工，熱處理后進行精密加工。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
由于爐內工件實際溫度很難測量，一般用加熱爐內氣氛溫度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，故不應采用過快的加熱速度。生產過程中以平均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間。尤其對于壁厚不均勻件或厚大件，應采用階段加熱工藝。在芬蘭、瑞典等國，ADI熱處理均是采用此種加熱方式。他們在預熱爐內將零件加熱到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行保溫。由預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，同時還要考慮實際操作情況，如：① 連續(xù)加熱方式加熱速度較快時， 應適當提高奧氏體化加熱溫度；② 零件厚大或裝爐量多時，也應提高奧氏體化加熱溫度；⑧ 考慮合金元素對奧氏體轉變溫度的影響；④ 提高奧氏體化加熱溫度，可提高奧氏體含c量，x,i-獲得高強度的下貝氏體有利，但應防止奧氏體晶粒長大。綜合權衡，奧氏體化加熱溫度一般采用850-950 ℃ .
 
I．3 奧氏~N'f-ls保溫時間
奧氏體化保溫時間過短， 不能完全轉變。而保溫時間過長，則可能晶粒長大，降低力學性能。應根據加熱方式，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間。如在加熱過程已保溫預熱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，適當增加。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取值。
l-4 等溫淬火溫度與等溫時間
等淬溫度對力學性能影響較大。一般說來，隨等淬溫度的提高， 降低， 升高，因此，要求高強度為主的力學性能時， 選擇等淬溫度230-310℃ ； 要求強度韌度綜合性能較好時選擇等淬溫度310-350 ℃ ；要求高韌性為主的力學性能時，等淬溫度350-400 c【=。等溫時間對性能的影響程度比等淬溫度小，但時間過短，奧氏體轉變不完全，在隨后的出爐冷卻過程中， 不穩(wěn)定的殘留奧氏體繼續(xù)轉變?yōu)轳R氏體，強度低，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的等溫時間試驗力學性能， 圖4示出了230 ℃ 、290℃ 、370 ℃ 等淬時，力學性能隨等溫時間的變化情況。由圖4可知，等溫時間小于I．5 h，無論何種等淬溫度，性能均不理想，不宜采用。最佳等溫時間為I．5-4 h(或I．5-2 h)，延長等溫時間不僅對提高性能沒有效果，而且增加能耗和工時。
1．5 等溫淬火介質
淬火介質有油、氣體、鹽液等，應根據淬火溫度和冷卻速度的要求選擇淬火介質。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，所以采用油介質淬火時， 一般適合下貝氏體ADI件生產。目前國外已有采用氣體等淬的設備，~13Ipsen公司將鹽浴爐與氣體等溫淬火爐相結合來提高生產率。因采用一定溫度的保護性氣體作為淬火介質，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，處理厚大工件時存在淬適性問題。鹽液是當前國內外最常的的ADI淬火介質， 混合鹽液的溫度控制范圍較寬，操作簡易，適合生產不同牌號的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220oC， 應用溫度范．圍280-550 ℃ 。(2) 硝酸納(NaNO3)50％ +亞硝酸鉀(KN02)50％ ，熔點143℃ ，應用溫度范圍160-550 ℃ 。
2 高性能ADI的熱處理
ADI材料同一般工程材料一樣， 韌性與強度是相反的對應關系，強度好，則韌性差。ADI的強度及綜合力學性能高于球鐵、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標準規(guī)定的強度與伸長率對應數(shù)據。
 
要想獲得高性能的ADI， 首先應控制好球鐵鑄件質量，其次是調整熱處理工藝規(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)基體組織應以鐵素體為主。厚大件的金相組織應檢測工件中心部位，或相應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，熱處理后才能達到預期效果。另外，為提高淬透性和零件的總體性能，需進行有效的合金處理。如加入Mo、Cu、Ni等合金元素，但總量(質量分數(shù))一般不超過1．5％ 。同時，還必須嚴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生。細小的石墨球和殘留奧氏體， 還有利于提高ADI的韌性。ADI的強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。而化學成分對A—DI的強度性能影響較小， 一般要求C、si高，Mr啪質量分數(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)可以強化熱處理效果，提高強度和耐磨性。
2．1 高韌性ADI的熱處理
熱處理是保證高韌性力學性能的關鍵， 應根據球鐵鑄件的化學成分、金相組織、壁厚、每次裝爐量及熱處理設備等具體情況， 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，應適當延長保溫時間；⑧ 等淬溫度350-400 oC(要求8在8％ 以上時，選等淬溫度≥ 370 ℃ ； 要求韌性與強度的良好配合時， 選等淬溫度330-370 oC )， 波動范圍控制在±8 ℃ 內；⑤ 等淬時間1．5-3 h(工件厚大，不含合金元素或含量較低時，應延長等淬時間)。獲得高韌性ADI最關鍵的是控制好等溫淬火溫度和時間。德黑蘭大學Nili Ahmadabadi~ 驗得出了伸長率與等淬溫度及時間的關系。試樣化學成分(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 ℃ 、時間大于2 h后伸長率會降低，故等淬溫度應控制在35O～375 ℃ ，等淬時間控制：t~E2 h左右。
2．2 高強度ADI的熱處理
高強度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，強度下降。低于850 ℃ ，有可能使奧氏體轉變不完全，則強度更低。
奧氏體化保溫時間以1．5-2 h為宜， 時間過長，也可能使奧氏體晶粒長大；時間過短，工件內外溫度不均勻， 厚壁處奧氏體未轉變或轉變不完全。奧氏體化保溫時間應根據工件壁厚及每次裝爐處理量的具體情況而定。高強度ADI等淬溫度以230-290 oC為宜，等淬時間一般取1．5-3 h。過長的等溫時間，強度變化不大，反而增加能耗和工時；過短的等溫時間，
奧氏體轉變不完全，達不到提高強度的目的。等淬時間還應根據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，應盡量控制溫度的波動。在前10 min溫度波動范圍~E~15 ℃ 以內，10 mint agE~8 ℃ 以內。
3 結束語
等溫淬火球鐵具有優(yōu)良的綜合力學性能，在獲得優(yōu)質鑄件后，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的關鍵是采用合適的等淬溫度(350-400 oC )。ADI的強度與伸長率成反比關系， 提高ADI強度的主要途徑是采用較低的等淬溫度(230-290 oC )，除此之外，還應十分注意控制等溫溫度的波動范圍在±8 oC以內。