球墨鑄鐵的強(qiáng)韌化處理
來(lái)源：新鄉(xiāng)市天馬工業(yè)爐有限公司 發(fā)布時(shí)間：2018-04-17 02:27 瀏覽次數(shù)：次
本文詳細(xì)論述了球墨鑄鐵的3種常用的強(qiáng)韌化處理工藝：
一是珠光體型強(qiáng)韌化處理，是正火獲得珠光體，以使球墨鑄鐵具有良好的綜合性能；
二是貝氏體型強(qiáng)韌化處理，是將球墨鑄鐵進(jìn)行等溫淬火，得到以針狀鐵素體和富碳奧氏體為主的混合組織，被稱作等溫淬火球墨鑄鐵(ADI)；
三是貝氏體、馬氏體和珠光體(BMP)復(fù)合強(qiáng)韌化處理，這是一種能使球鐵零件不同部位獲得不同性能的新工藝。
介紹了上述強(qiáng)韌化工藝應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、柴油機(jī)曲軸等零件的實(shí)例。 現(xiàn)代球墨鑄鐵是美國(guó)國(guó)際鎳公司(INCO)青年科技人員麥里斯(MillsKD)于1943年用鎳鎂合金作球化劑首先研究成功的。此后，INCO在保密狀態(tài)下花了5年時(shí)間進(jìn)行了系統(tǒng)的中間試驗(yàn)。1948年，INCO與Cooper-Bessemer公司簽訂了第一個(gè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同，標(biāo)志著現(xiàn)代球鐵開始工業(yè)化應(yīng)用。我國(guó)的球鐵研究工作最早開始于1948年，1950年中國(guó)科學(xué)院上海冶金陶瓷所周仁研究員和清華大學(xué)王遵明教授分別在上海、撫順進(jìn)行試驗(yàn)，研究成功了球墨鑄鐵。1964年底，我國(guó)研制成功了符合國(guó)情的稀土鎂球墨鑄鐵并在全國(guó)迅速推廣，從而促進(jìn)了球鐵生產(chǎn)的大普及和大提高。2008年，我國(guó)球墨鑄鐵的產(chǎn)量已達(dá)800多萬(wàn)t，占世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的1/3以上，球鐵件的產(chǎn)量及在鑄件中的比例迅速增長(zhǎng)。應(yīng)指出的是，沒有球墨鑄鐵的強(qiáng)韌化處理，就不能發(fā)揮球鐵材料的潛力。
球墨鑄鐵的強(qiáng)韌化熱處理工藝有很多種，下面簡(jiǎn)要介紹珠光體型強(qiáng)韌化、貝氏體型強(qiáng)韌化和BMP(貝氏體、馬氏體和珠光體)復(fù)合強(qiáng)韌化及其應(yīng)用。
1、珠光體型強(qiáng)韌化工藝
1.1、工藝 球墨鑄鐵的珠光體強(qiáng)化就是正火處理。球鐵件奧氏體化并保溫后，立即空冷(包括風(fēng)冷或霧冷)，使基體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，達(dá)到提高硬度、強(qiáng)度和耐磨的效果。眾所周知，球墨鑄鐵是以鐵、碳、硅為主的合金，其共析轉(zhuǎn)變有一個(gè)臨界溫度范圍，這個(gè)范圍是三相區(qū)，存在γ-Fe、α-Fe和G(石墨)。球墨鑄鐵由室溫加熱至出現(xiàn)奧氏體(γ-Fe)的溫度稱作加熱時(shí)臨界溫度范圍的下限，用ASC1表示；而全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體或鐵素體(α-Fe)最后消失的溫度稱作加熱時(shí)臨界溫度的上限，用AZC1表示。球墨鑄鐵的高溫完全奧氏體化正火是將工件加熱到AZC1+(30～50℃)保溫，使基體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體并使奧氏體均勻化，而后空冷。正火加熱溫度一般為900～940℃，過(guò)高的溫度不能增加珠光體數(shù)量，反而引起奧氏體晶粒粗大，使碳溶入奧氏體的數(shù)量過(guò)多，冷卻時(shí)容易在晶界析出網(wǎng)狀二次滲碳體，使球鐵件的強(qiáng)度和韌性變差。提高正火的冷卻速度可以增加珠光體量。當(dāng)奧氏體化溫度高于AZC1時(shí)，球墨鑄鐵組織會(huì)發(fā)生一系列的變化，奧氏體的平衡含碳量隨溫度上升而增加。奧氏體的增碳需要石墨碳的溶解和擴(kuò)散，因此奧氏體的含碳量也是隨時(shí)間的延續(xù)而逐步達(dá)到該溫度下的平衡值的。提高加熱速度和縮短保溫時(shí)間，可以使奧氏體的實(shí)際含碳量低于該溫度下的平衡碳量，得到低碳奧氏體。如果加熱速度很快，則原始組織將會(huì)影響奧氏體的實(shí)際含碳量。鐵素體基體的球墨鑄鐵在ASC1以上隨爐升溫時(shí)，吸收不多的碳量即可能轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂枯^低的奧氏體。珠光體基體的球墨鑄鐵，因其中碳的擴(kuò)散距離較短，很容易轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂枯^高的奧氏體。奧氏體化溫度、保溫時(shí)間及加熱速度甚至原始組織的不同，都會(huì)影響奧氏體的實(shí)際含碳量，使奧氏體的實(shí)際含碳量在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)變化。奧氏體的含碳量對(duì)它在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過(guò)程和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能有重要影響。據(jù)此原理，出現(xiàn)了部分奧氏體化正火和不平衡狀態(tài)快速正火，也就是低碳奧氏體化正火。這些工藝就是球墨鑄鐵的珠光體強(qiáng)韌化正火工藝，簡(jiǎn)稱珠光體型強(qiáng)韌化工藝。
1.2、部分奧氏體化正火 球墨鑄鐵的部分奧氏體化正火是將工件加熱到ASC1+(30～50℃)，保溫1～2h后空冷(包括風(fēng)冷和霧冷)。這個(gè)溫度范圍內(nèi)是三相區(qū)，有奧氏體、鐵素體、石墨，只有一部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，剩余的部分鐵素體則以分散形式分布。該工藝的特點(diǎn)是奧氏體化的溫度較低，基體中存在少量分散分布的鐵素體，具有較高的綜合力學(xué)性能。在共析轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，不同的溫度對(duì)應(yīng)著不同的鐵素體和奧氏體的平衡量。正火溫度愈接近AZC1，珠光體數(shù)量愈多，因此可以通過(guò)控制正火溫度來(lái)控制球墨鑄鐵的力學(xué)性能。部分奧氏體化正火的加熱保溫時(shí)間也有講究，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，使部分石墨溶解到奧氏體中，提高了奧氏體的含碳量，從而增加了奧氏體的穩(wěn)定性，使珠光體量增加，反之則減少珠光體量。
1.3、不平衡狀態(tài)快速正火 球墨鑄鐵的不平衡狀態(tài)快速正火就是低碳奧氏體化正火。球墨鑄鐵的總含碳量很高，由于碳以石墨形式析出，所以基體中的含碳量可能很低。球墨鑄鐵基體中的含碳量可類似于高碳鋼，也可類似于低碳鋼。同一化學(xué)成分的球墨鑄鐵，在不同的加熱和保溫條件下，奧氏體及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中的含碳量可在很大范圍內(nèi)變化。在鋼中，奧氏體化完成后，奧氏體的含碳量通常就是鋼的原始含碳量。而在球墨鑄鐵中，奧氏體化完成后，奧氏體中的平均含碳量還與加熱速度、加熱時(shí)間有關(guān)。不平衡狀態(tài)快速正火工藝是將球墨鑄鐵件加熱到稍低于ASC1的溫度保溫，即得到鐵素體；然后加熱到AZC1以上的溫度，不保溫立即出爐空冷、風(fēng)冷或噴霧冷。鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體的速度很快，不保溫即出爐冷卻，碳還來(lái)不及擴(kuò)散到奧氏體中，奧氏體仍保持較低的含碳量(不平衡狀態(tài))，達(dá)到低碳奧氏體化的效果。更先進(jìn)的工藝是球墨鑄鐵一步加熱快速正火，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是不保溫正火。球墨鑄鐵隨爐加熱時(shí)，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度將提高，從瞬時(shí)、局部平衡的觀點(diǎn)看，在鐵素體包圍石墨球的情況下形成的奧氏體可以保持低碳狀態(tài)。鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變速度遠(yuǎn)大于碳自石墨向基體擴(kuò)散的速度，也可以使奧氏體處于低碳狀態(tài)。當(dāng)奧氏體化達(dá)到所需的程度時(shí)，應(yīng)及時(shí)出爐快速冷卻，使球鐵獲得良好的強(qiáng)韌化效果。
1.4、球墨鑄鐵連桿的熱處理 連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件之一，其功用是將活塞承受的氣體壓力傳遞給曲軸，并使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)情況和受力狀態(tài)都比較復(fù)雜，因此對(duì)連桿的使用壽命、可靠性、安全性要求很高。如果連桿在使用中斷裂，會(huì)使整機(jī)損壞，甚至可能發(fā)生傷亡事故。筆者前工作單位無(wú)錫縣柴油機(jī)廠就是采用球墨鑄鐵制造單缸高速柴油機(jī)連桿的。
1.4.1、技術(shù)要求 材料為QT700-2球鐵，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)：3.6～4.0C；2.6～3.0Si；0.4～0.6Mn；<0.10P；<0.025S；0.03～0.045Mg；0.025～0.040RE。鑄態(tài)組織：石墨球化級(jí)別符合GB/T9441-2009的1級(jí)或2級(jí)，石墨球的數(shù)量不低于100個(gè)/mm2。熱處理后，基體組織為75%～90%珠光體，硬度230～270HBW，抗拉強(qiáng)度Rm≥700MPa，斷后伸長(zhǎng)率A≥2%，沖擊吸收能量αk≥15J/cm2。
1.4.2、熱處理工藝 采用部分奧氏體化正火。在箱式爐中裝入同一爐號(hào)的連桿，裝爐量為90～100件。加熱溫度視含Si量的高低而定，Si量高，加熱溫度高，反之則低。在球墨鑄鐵化學(xué)成分穩(wěn)定的情況下，加熱溫度可以固定不變。我們確定的加熱溫度為860～870℃，總加熱時(shí)間為3h，出爐后在45s內(nèi)散開空冷(不用風(fēng)冷或霧冷)，連桿不能相互疊在一起。即使在夏天高溫季節(jié)，也禁止風(fēng)冷或霧冷。因?yàn)檫B桿桿身截面不大，若采用風(fēng)冷或霧冷，會(huì)導(dǎo)致硬度不均勻。回火溫度根據(jù)正火后的硬度確定，應(yīng)避免在500℃回火，以免產(chǎn)生回火脆性。過(guò)高的回火溫度會(huì)使珠光體分解即鐵素體化，大大降低硬度。一般回火溫度不超過(guò)620℃。當(dāng)珠光體量超過(guò)90%時(shí)，可通過(guò)回火調(diào)整。 采用低碳奧氏體化正火工藝時(shí)，正火溫度應(yīng)提高到880℃，不保溫，空冷，總加熱時(shí)間為2h?；鼗鸸に囃?。
2、貝氏體型強(qiáng)韌化工藝 貝氏體強(qiáng)韌化工藝是將優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵件進(jìn)行等溫淬火，得到以針狀鐵素體和富碳奧氏體混合組織為主的球墨鑄鐵，稱為等溫淬火球墨鑄鐵(austemperedductileiron，ADI)。美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)將這種針狀鐵素體和富碳奧氏體混合組織命名為奧鐵體(ausferrite)。關(guān)于等溫淬火球鐵組織的命名問(wèn)題，我國(guó)曾有多種說(shuō)法，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24733-2009等溫淬火球墨鑄鐵件采用了奧鐵體(ausferrite)這一名稱。 球墨鑄鐵等溫淬火的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是貝氏體相變的過(guò)程。球鐵的等溫淬火源于鋼的等溫淬火。1977年芬蘭的JohanssonM宣布開發(fā)了一種性能優(yōu)異的奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵，并于1978年在第45屆國(guó)際鑄造年會(huì)上宣讀了論文，引起廣泛重視。他們還在英、美、法、德等13國(guó)申請(qǐng)了專利。在此前后，美國(guó)通用汽車公司也用貝氏體-馬氏體球鐵制造汽車后橋螺旋傘齒輪。其實(shí)我國(guó)是最早研究和應(yīng)用貝氏體球鐵的國(guó)家，早就對(duì)普通球鐵零件進(jìn)行等溫淬火以獲得下貝氏體組織。由于信息閉塞，等外國(guó)宣布獲得專利時(shí)，我國(guó)此前已有多家工廠堅(jiān)持用下貝氏體球鐵生產(chǎn)310軸承、拖拉機(jī)齒輪和汽車用螺旋傘齒輪。球鐵下貝氏體等溫淬火后，組織中必然殘留較多奧氏體，所以我國(guó)生產(chǎn)的就是奧氏體-貝氏體球鐵。無(wú)錫柴油機(jī)廠從1965年開始將等溫淬火球鐵(ADI)用于柴油機(jī)凸輪軸，至今仍有許多機(jī)型使用該材料的凸輪軸，ADI作為一種工程材料正日益受到人們的關(guān)注。 結(jié)束語(yǔ) 美國(guó)著名的ADI專家JohnRKeough關(guān)于球鐵鑄件質(zhì)量對(duì)ADI質(zhì)量的影響有過(guò)一段精辟透徹的論述：我們必須認(rèn)識(shí)到，等溫淬火能將一個(gè)好的球鐵件變得更卓越，但它卻不能把一個(gè)劣質(zhì)的球鐵件變好，ADI需要穩(wěn)定的、高質(zhì)量的球鐵鑄件。這句話不難理解，球墨鑄鐵件通過(guò)熱處理可以獲得高強(qiáng)度和高韌性，其基礎(chǔ)是優(yōu)質(zhì)的球鐵鑄件。
優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵件的定義為：石墨球數(shù)>100個(gè)/mm2；球化率>90%；碳化物和夾雜物<0.5%；顯微縮松和縮孔<1%；珠光體/鐵素體比例穩(wěn)定；化學(xué)成分穩(wěn)定。近年來(lái)，我國(guó)的球鐵產(chǎn)量、原材料的質(zhì)量、生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平、檢測(cè)技術(shù)與儀器、管理水平等都取得了較大的提高，但具備或者通過(guò)努力能穩(wěn)定生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)球鐵件的企業(yè)并不多，這是現(xiàn)狀。因此，根據(jù)零件的服役條件，對(duì)不同的球墨鑄鐵進(jìn)行不同的強(qiáng)韌化處理就顯得非常重要。我們的目標(biāo)是清楚的，就是把好的球鐵件，通過(guò)熱處理使其變得更加卓越。
一是珠光體型強(qiáng)韌化處理，是正火獲得珠光體，以使球墨鑄鐵具有良好的綜合性能；
二是貝氏體型強(qiáng)韌化處理，是將球墨鑄鐵進(jìn)行等溫淬火，得到以針狀鐵素體和富碳奧氏體為主的混合組織，被稱作等溫淬火球墨鑄鐵(ADI)；
三是貝氏體、馬氏體和珠光體(BMP)復(fù)合強(qiáng)韌化處理，這是一種能使球鐵零件不同部位獲得不同性能的新工藝。
介紹了上述強(qiáng)韌化工藝應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、柴油機(jī)曲軸等零件的實(shí)例。 現(xiàn)代球墨鑄鐵是美國(guó)國(guó)際鎳公司(INCO)青年科技人員麥里斯(MillsKD)于1943年用鎳鎂合金作球化劑首先研究成功的。此后，INCO在保密狀態(tài)下花了5年時(shí)間進(jìn)行了系統(tǒng)的中間試驗(yàn)。1948年，INCO與Cooper-Bessemer公司簽訂了第一個(gè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同，標(biāo)志著現(xiàn)代球鐵開始工業(yè)化應(yīng)用。我國(guó)的球鐵研究工作最早開始于1948年，1950年中國(guó)科學(xué)院上海冶金陶瓷所周仁研究員和清華大學(xué)王遵明教授分別在上海、撫順進(jìn)行試驗(yàn)，研究成功了球墨鑄鐵。1964年底，我國(guó)研制成功了符合國(guó)情的稀土鎂球墨鑄鐵并在全國(guó)迅速推廣，從而促進(jìn)了球鐵生產(chǎn)的大普及和大提高。2008年，我國(guó)球墨鑄鐵的產(chǎn)量已達(dá)800多萬(wàn)t，占世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的1/3以上，球鐵件的產(chǎn)量及在鑄件中的比例迅速增長(zhǎng)。應(yīng)指出的是，沒有球墨鑄鐵的強(qiáng)韌化處理，就不能發(fā)揮球鐵材料的潛力。
球墨鑄鐵的強(qiáng)韌化熱處理工藝有很多種，下面簡(jiǎn)要介紹珠光體型強(qiáng)韌化、貝氏體型強(qiáng)韌化和BMP(貝氏體、馬氏體和珠光體)復(fù)合強(qiáng)韌化及其應(yīng)用。
1、珠光體型強(qiáng)韌化工藝
1.1、工藝 球墨鑄鐵的珠光體強(qiáng)化就是正火處理。球鐵件奧氏體化并保溫后，立即空冷(包括風(fēng)冷或霧冷)，使基體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，達(dá)到提高硬度、強(qiáng)度和耐磨的效果。眾所周知，球墨鑄鐵是以鐵、碳、硅為主的合金，其共析轉(zhuǎn)變有一個(gè)臨界溫度范圍，這個(gè)范圍是三相區(qū)，存在γ-Fe、α-Fe和G(石墨)。球墨鑄鐵由室溫加熱至出現(xiàn)奧氏體(γ-Fe)的溫度稱作加熱時(shí)臨界溫度范圍的下限，用ASC1表示；而全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體或鐵素體(α-Fe)最后消失的溫度稱作加熱時(shí)臨界溫度的上限，用AZC1表示。球墨鑄鐵的高溫完全奧氏體化正火是將工件加熱到AZC1+(30～50℃)保溫，使基體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體并使奧氏體均勻化，而后空冷。正火加熱溫度一般為900～940℃，過(guò)高的溫度不能增加珠光體數(shù)量，反而引起奧氏體晶粒粗大，使碳溶入奧氏體的數(shù)量過(guò)多，冷卻時(shí)容易在晶界析出網(wǎng)狀二次滲碳體，使球鐵件的強(qiáng)度和韌性變差。提高正火的冷卻速度可以增加珠光體量。當(dāng)奧氏體化溫度高于AZC1時(shí)，球墨鑄鐵組織會(huì)發(fā)生一系列的變化，奧氏體的平衡含碳量隨溫度上升而增加。奧氏體的增碳需要石墨碳的溶解和擴(kuò)散，因此奧氏體的含碳量也是隨時(shí)間的延續(xù)而逐步達(dá)到該溫度下的平衡值的。提高加熱速度和縮短保溫時(shí)間，可以使奧氏體的實(shí)際含碳量低于該溫度下的平衡碳量，得到低碳奧氏體。如果加熱速度很快，則原始組織將會(huì)影響奧氏體的實(shí)際含碳量。鐵素體基體的球墨鑄鐵在ASC1以上隨爐升溫時(shí)，吸收不多的碳量即可能轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂枯^低的奧氏體。珠光體基體的球墨鑄鐵，因其中碳的擴(kuò)散距離較短，很容易轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂枯^高的奧氏體。奧氏體化溫度、保溫時(shí)間及加熱速度甚至原始組織的不同，都會(huì)影響奧氏體的實(shí)際含碳量，使奧氏體的實(shí)際含碳量在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)變化。奧氏體的含碳量對(duì)它在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過(guò)程和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能有重要影響。據(jù)此原理，出現(xiàn)了部分奧氏體化正火和不平衡狀態(tài)快速正火，也就是低碳奧氏體化正火。這些工藝就是球墨鑄鐵的珠光體強(qiáng)韌化正火工藝，簡(jiǎn)稱珠光體型強(qiáng)韌化工藝。
1.2、部分奧氏體化正火 球墨鑄鐵的部分奧氏體化正火是將工件加熱到ASC1+(30～50℃)，保溫1～2h后空冷(包括風(fēng)冷和霧冷)。這個(gè)溫度范圍內(nèi)是三相區(qū)，有奧氏體、鐵素體、石墨，只有一部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，剩余的部分鐵素體則以分散形式分布。該工藝的特點(diǎn)是奧氏體化的溫度較低，基體中存在少量分散分布的鐵素體，具有較高的綜合力學(xué)性能。在共析轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，不同的溫度對(duì)應(yīng)著不同的鐵素體和奧氏體的平衡量。正火溫度愈接近AZC1，珠光體數(shù)量愈多，因此可以通過(guò)控制正火溫度來(lái)控制球墨鑄鐵的力學(xué)性能。部分奧氏體化正火的加熱保溫時(shí)間也有講究，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，使部分石墨溶解到奧氏體中，提高了奧氏體的含碳量，從而增加了奧氏體的穩(wěn)定性，使珠光體量增加，反之則減少珠光體量。
1.3、不平衡狀態(tài)快速正火 球墨鑄鐵的不平衡狀態(tài)快速正火就是低碳奧氏體化正火。球墨鑄鐵的總含碳量很高，由于碳以石墨形式析出，所以基體中的含碳量可能很低。球墨鑄鐵基體中的含碳量可類似于高碳鋼，也可類似于低碳鋼。同一化學(xué)成分的球墨鑄鐵，在不同的加熱和保溫條件下，奧氏體及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中的含碳量可在很大范圍內(nèi)變化。在鋼中，奧氏體化完成后，奧氏體的含碳量通常就是鋼的原始含碳量。而在球墨鑄鐵中，奧氏體化完成后，奧氏體中的平均含碳量還與加熱速度、加熱時(shí)間有關(guān)。不平衡狀態(tài)快速正火工藝是將球墨鑄鐵件加熱到稍低于ASC1的溫度保溫，即得到鐵素體；然后加熱到AZC1以上的溫度，不保溫立即出爐空冷、風(fēng)冷或噴霧冷。鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體的速度很快，不保溫即出爐冷卻，碳還來(lái)不及擴(kuò)散到奧氏體中，奧氏體仍保持較低的含碳量(不平衡狀態(tài))，達(dá)到低碳奧氏體化的效果。更先進(jìn)的工藝是球墨鑄鐵一步加熱快速正火，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是不保溫正火。球墨鑄鐵隨爐加熱時(shí)，鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度將提高，從瞬時(shí)、局部平衡的觀點(diǎn)看，在鐵素體包圍石墨球的情況下形成的奧氏體可以保持低碳狀態(tài)。鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變速度遠(yuǎn)大于碳自石墨向基體擴(kuò)散的速度，也可以使奧氏體處于低碳狀態(tài)。當(dāng)奧氏體化達(dá)到所需的程度時(shí)，應(yīng)及時(shí)出爐快速冷卻，使球鐵獲得良好的強(qiáng)韌化效果。
1.4、球墨鑄鐵連桿的熱處理 連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件之一，其功用是將活塞承受的氣體壓力傳遞給曲軸，并使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)情況和受力狀態(tài)都比較復(fù)雜，因此對(duì)連桿的使用壽命、可靠性、安全性要求很高。如果連桿在使用中斷裂，會(huì)使整機(jī)損壞，甚至可能發(fā)生傷亡事故。筆者前工作單位無(wú)錫縣柴油機(jī)廠就是采用球墨鑄鐵制造單缸高速柴油機(jī)連桿的。
1.4.1、技術(shù)要求 材料為QT700-2球鐵，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)：3.6～4.0C；2.6～3.0Si；0.4～0.6Mn；<0.10P；<0.025S；0.03～0.045Mg；0.025～0.040RE。鑄態(tài)組織：石墨球化級(jí)別符合GB/T9441-2009的1級(jí)或2級(jí)，石墨球的數(shù)量不低于100個(gè)/mm2。熱處理后，基體組織為75%～90%珠光體，硬度230～270HBW，抗拉強(qiáng)度Rm≥700MPa，斷后伸長(zhǎng)率A≥2%，沖擊吸收能量αk≥15J/cm2。
1.4.2、熱處理工藝 采用部分奧氏體化正火。在箱式爐中裝入同一爐號(hào)的連桿，裝爐量為90～100件。加熱溫度視含Si量的高低而定，Si量高，加熱溫度高，反之則低。在球墨鑄鐵化學(xué)成分穩(wěn)定的情況下，加熱溫度可以固定不變。我們確定的加熱溫度為860～870℃，總加熱時(shí)間為3h，出爐后在45s內(nèi)散開空冷(不用風(fēng)冷或霧冷)，連桿不能相互疊在一起。即使在夏天高溫季節(jié)，也禁止風(fēng)冷或霧冷。因?yàn)檫B桿桿身截面不大，若采用風(fēng)冷或霧冷，會(huì)導(dǎo)致硬度不均勻。回火溫度根據(jù)正火后的硬度確定，應(yīng)避免在500℃回火，以免產(chǎn)生回火脆性。過(guò)高的回火溫度會(huì)使珠光體分解即鐵素體化，大大降低硬度。一般回火溫度不超過(guò)620℃。當(dāng)珠光體量超過(guò)90%時(shí)，可通過(guò)回火調(diào)整。 采用低碳奧氏體化正火工藝時(shí)，正火溫度應(yīng)提高到880℃，不保溫，空冷，總加熱時(shí)間為2h?；鼗鸸に囃?。
2、貝氏體型強(qiáng)韌化工藝 貝氏體強(qiáng)韌化工藝是將優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵件進(jìn)行等溫淬火，得到以針狀鐵素體和富碳奧氏體混合組織為主的球墨鑄鐵，稱為等溫淬火球墨鑄鐵(austemperedductileiron，ADI)。美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)將這種針狀鐵素體和富碳奧氏體混合組織命名為奧鐵體(ausferrite)。關(guān)于等溫淬火球鐵組織的命名問(wèn)題，我國(guó)曾有多種說(shuō)法，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T24733-2009等溫淬火球墨鑄鐵件采用了奧鐵體(ausferrite)這一名稱。 球墨鑄鐵等溫淬火的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是貝氏體相變的過(guò)程。球鐵的等溫淬火源于鋼的等溫淬火。1977年芬蘭的JohanssonM宣布開發(fā)了一種性能優(yōu)異的奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵，并于1978年在第45屆國(guó)際鑄造年會(huì)上宣讀了論文，引起廣泛重視。他們還在英、美、法、德等13國(guó)申請(qǐng)了專利。在此前后，美國(guó)通用汽車公司也用貝氏體-馬氏體球鐵制造汽車后橋螺旋傘齒輪。其實(shí)我國(guó)是最早研究和應(yīng)用貝氏體球鐵的國(guó)家，早就對(duì)普通球鐵零件進(jìn)行等溫淬火以獲得下貝氏體組織。由于信息閉塞，等外國(guó)宣布獲得專利時(shí)，我國(guó)此前已有多家工廠堅(jiān)持用下貝氏體球鐵生產(chǎn)310軸承、拖拉機(jī)齒輪和汽車用螺旋傘齒輪。球鐵下貝氏體等溫淬火后，組織中必然殘留較多奧氏體，所以我國(guó)生產(chǎn)的就是奧氏體-貝氏體球鐵。無(wú)錫柴油機(jī)廠從1965年開始將等溫淬火球鐵(ADI)用于柴油機(jī)凸輪軸，至今仍有許多機(jī)型使用該材料的凸輪軸，ADI作為一種工程材料正日益受到人們的關(guān)注。 結(jié)束語(yǔ) 美國(guó)著名的ADI專家JohnRKeough關(guān)于球鐵鑄件質(zhì)量對(duì)ADI質(zhì)量的影響有過(guò)一段精辟透徹的論述：我們必須認(rèn)識(shí)到，等溫淬火能將一個(gè)好的球鐵件變得更卓越，但它卻不能把一個(gè)劣質(zhì)的球鐵件變好，ADI需要穩(wěn)定的、高質(zhì)量的球鐵鑄件。這句話不難理解，球墨鑄鐵件通過(guò)熱處理可以獲得高強(qiáng)度和高韌性，其基礎(chǔ)是優(yōu)質(zhì)的球鐵鑄件。
優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵件的定義為：石墨球數(shù)>100個(gè)/mm2；球化率>90%；碳化物和夾雜物<0.5%；顯微縮松和縮孔<1%；珠光體/鐵素體比例穩(wěn)定；化學(xué)成分穩(wěn)定。近年來(lái)，我國(guó)的球鐵產(chǎn)量、原材料的質(zhì)量、生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平、檢測(cè)技術(shù)與儀器、管理水平等都取得了較大的提高，但具備或者通過(guò)努力能穩(wěn)定生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)球鐵件的企業(yè)并不多，這是現(xiàn)狀。因此，根據(jù)零件的服役條件，對(duì)不同的球墨鑄鐵進(jìn)行不同的強(qiáng)韌化處理就顯得非常重要。我們的目標(biāo)是清楚的，就是把好的球鐵件，通過(guò)熱處理使其變得更加卓越。
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