1、ADI的特性、生产技术及应用内容提要一、一、ADIADI的几个基本认识及性能特点的几个基本认识及性能特点二、如何获得健全的球铁坯件二、如何获得健全的球铁坯件三、制定好合适的等温淬火工艺三、制定好合适的等温淬火工艺四、等温淬火球铁的应用四、等温淬火球铁的应用一. ADI的几个基本认识及性能特点1. 几个基本认识（1）等温淬火球铁是把健全的球墨铸铁件进行等温热处理，以获得优异的综合力学性能，因此其前提是健全的球墨铸铁件。（2）合金元素对球铁力学性能有重要影响，但对等温淬火球铁（ADI）没影响。等淬的目的是就是利用热处理技术改变铸铁的基体组织，提高力学性能，节省合金元素。加入合金元素的目的是提高淬透
2、性。（3）球铁原始基体组织对等淬球铁的力学性能没影响，但对变形有影响，因铁素体和珠光体变形量是不一样的，其线性增长量是铸态基体组织和等温温度的函数（见下图）。（4）球化率、球数对ADI冲击、疲劳等动态力学性能影响很大，强度愈高，影响愈显著。因此，对球化率及石墨球数的要求比普通球铁高，球化率要求90%以上（见表1、表2）。表1 石墨球化分级对稀土球墨铸铁疲劳极限和小能量多冲性能的影响表2 石墨球大小、球数对等温淬火球墨铸铁弯曲疲劳强度的影响（5）等温淬火球铁各牌号主要靠不同等温温度获得，与化学成分关系不大，即同一成分球铁用不同等温淬火温度可生产不同牌号ADI。化学成分主要决定于铸件大小，壁厚和结
3、构。 （6）等温淬火球铁的某些组织也可通过加入合金元素、空气中强化冷却获得，但因需要加入大量的Ni、Mo、Cu等合金元素，成本太高且不稳定，因此不加以讨论，主要讨论经盐浴等温淬火处理的ADI。 2. 性能特点（1）强度高、塑性好。在同等伸长率情况下，ADI的抗拉强度是普通球铁的2倍,而在同等抗拉强度情况下,伸长率是普通球铁两倍以上,ADI抗拉强度也优于调质处理的碳钢,与低合金钢相当。（2）质量轻。表3是一些材料的单位抗拉强度所需零件重量（w/y）。 表3 几种材质的w/y（3）弯曲疲劳强度和接触疲劳强度等动载性能高。旋转弯曲疲劳强度可达400500MPa，与调质处理低合金钢相当；接触疲劳强度可
4、达16002100MPa，比低合金钢氮化处理的接触疲劳强度高。材料铝合金(普通)铝合金(高强度)ADI普通球铁20CrMnTi调质ZnAl合金普通锻钢密度/抗拉强度0.0220.0950.00560.00440.00840.0100.0180.00720.0170.0110.014（4）吸振性好。ADI由于弹性模量低，加上基体中存在石墨球，能迅速吸收振动并增大噪声阻尼，使部件的运行更安静和平稳。（5）极好的耐磨、抗磨性。试验表明，硬度为4548HRC的等温淬火球铁齿轮，其寿命比具有马氏体组织、硬度为5862HRC的锻钢齿轮更长。CADI（含碳化物18）的耐磨性能胜过许多高合金耐磨铸铁（AR），
5、其无缺口冲击韧性则是耐磨铸铁的210倍，适宜用于要求优异耐磨性能和足够韧性的场合。（6）表面强化效果显著。试验和生产实践均证明，ADI具有很好的表面强化效果，能显著提高构件的疲劳强度。例如2007年11月7日修订的ASTM897M各牌号典型性能中，通过概率50%单齿弯曲疲劳强度喷丸的比不喷丸的提高50%左右。 此外，ADI的力学性能根据等温淬火工艺的不同，可以在较大范围内变化，以满足零件在不同工作条件的要求。球铁等级7509001050120014001600不喷丸（MPa）325350365350335320喷丸（MPa）650700770700665630二. 如何获得健全的球铁坯件球化率
6、（%）球数/（个/mm2）磷共晶碳化物缩松珠光体/铁素体90100514.34.5CSiMnPSTiK13.60.22.50.20.30.020.0150.031Jdp=2.9（Tr）1/2+18.2（Mn）+25.3（Mo）+6.0（Cu）+28.6（MoCu）+38.6（MoNi）+13.6（MnNi）+50.9（MoCuNi）-82.2式中，Jdp临界淬透性距离（珠光体淬透性判据）（mm）； Tr奥氏体化温度（）。 合金元素以质量百分数计。 壁厚mm92537507584120150加入合金元素%不需要0.2Mo0.35Mo1.0Cu或0.5Mo0.41Ni 1.0Ni0.38Mo 或
7、0.25Mo0.81Cu 0.50Cu1.0Ni0.25Mo0.75Cu1.0Ni0.36Mo0.75Cu1.0Ni0.36Mo0.75Cu中心5%珠光体试样部位RmA边部950MPa9.7%中心895MPa8.2%注: 150样块的性能2. 抓好球铁生产中主要工艺环节（1）采用好的原、辅材料，特别是优质铸造生铁和废钢等金属材料PSSnSbTiAlAsBiBPbSeTeA0.020.020.020.0020.0400.0500.020.0020.0020.0020.0300.0200.1表8 国外等温淬火球墨铸铁（ADI）坯件允许硫、磷及微量元素最大含量（）表9优质生铁及高纯生铁的化学成份P
8、S Mn Sn Sb Ti Al As Bi Pb Cu Cr K1 Px 承德保通承德保通 0.022 0.005 0.021 0.00005 0.0005 0.01 0.00745 0.001 0.00001 0.0005 0.00285 0.020 0.22 0.53河北龙凤河北龙凤山山0.018- 0.035 0.014- 0.017 0.052- 0.046 0.0005 0.0005 0.010- 0.015 0.007- 0.0058 0.0006 0.00005 0.0005 0 . 0 0 9 6 -0.0089 0.0094 0.23 0.56济南庚辰济南庚辰0 . 0 2
9、 4 -0.035 0.02 0.1 0.0011 0.0003 0.027 0.0011 0 . 0 0 0 1 -0.0002 0.0002 0.007 0.003 0.38 0.763山西建邦山西建邦0 . 0 1 8 -0.035 0.014 0.06 0.0005 0.001 0.019 0.005 0.0005 0.00005 0.0005 0.0110.0052 0.26 0.638辽宁本溪辽宁本溪0.028- 0.038 0.012- 0.017 0.06- 0.09 0.0006 0.0001 0.027- 0.045 0.004 0.011 0.002 0.004 0.00
10、50.0121.13 0.717 辽宁罕王辽宁罕王0 . 0 2 5 -0.038 0.08- 0.018 0.07- 0.08 0.0005 0.0005 0.015- 0.021 0.005 0.0006 0.002 0.0005 0.005 0.0071 0.98 0.683河南林钢河南林钢 0.038 0.02 0.1 0.0005 0.005 0.02- 0.06 0.005 0.005 0.00005 0.0002 0.0050.0070.30 1.0河北春风河北春风0.031- 0.038 0.015- 0.020 0.09- 0.13 0.001 0.001 0.02- 0.0
11、43 0.002 0.001 0.0005 0.001- 0.004 0.0010.0021.57 2.134河北友利河北友利 0.025-0.04 0.02- 0.03 0.01- 0.015 0.0017 0.001 0.02- 0.03 0.005 0.002 0.0012 0.001 0.00330.0290.98 1.37河北金丰河北金丰0.025- 0.028 0.017- 0.022 0.05- 0.06 0.0005 0.0005 0.019- 0.032 0.005 0.0005 0.00005 0.0005 0.0055 0.014 0.32 0.64山西东诚山西东诚0 .
12、 0 3 2 -0.04 0.028 0.12- 0.3 0.0005 0.001 0.047 0.002 0.0005 0.001 0.0005 0.0110.0030.73 1.35河南合鑫河南合鑫0.04- 0.41 0.014- 0.21 0.08- 0.092 0.0005 0.0005 0.038- 0.040 0.005 0.005 0.001 0.0005 0.0110.0094 0.78 1.14CSiMnPSCuMoCrTi高纯生铁3.671.840.120.017 0.008 0.700.22 0.0510.008废钢增碳3.901.900.240.021 0.003 0
13、.670.18 0.023表10 一汽铸造公司奔腾1.8T曲轴原铁液化学成分（2）获得高温低硫的原铁液原铁液硫量处理后硫量临界残留镁量球化类别0.0040.0040.0220.02412级0.030.0420.0170.020.0380.04312级0.0640.0730.0160.0180.0510.05412级表11 原铁液硫量球化对临界残留镁量影响（3）获得球化良好的铁液（4）采用具有紧实、精确的铸型及合理的铸造工艺三、制定好合适的等温淬火工艺1.淬火工艺（1）奥氏体化温度和时间，奥氏体化温度一般选择在完全奥氏体化温度以上3050，多在850930之间，温度与含硅量关系如下表所示。Si(
14、%)温度（）Si(%)温度（）2.28102.88472.38152.98542.48213.08612.58273.18662.68333.28752.7840（2）等温温度和时间 奥氏体等温转变温度和时间直接影响等温淬火球墨铸铁的力学性能。对于每种不同成分的球墨铸铁来说，其奥氏体等温转变过程是不相同的。应具体选择相应的奥氏体等温转变的条件。 在等温转变过程中要求只有针状铁素体析出与生长，没有碳化物析出。这是制定等温处理工艺的关键。2. 各牌号等温淬火球墨铸铁的等淬温度、时间及金相组织牌号750-500-11 900-650-091050-700-071200-850-041400-1100
15、-011600-1300-00等淬温度（）3803701034010320102901025010等淬时间（分）45609090120240富碳奥氏体量%22352515105ASTMASTM各牌号与等淬温度和时间的关系（参考）各牌号与等淬温度和时间的关系（参考）四、等温淬火球铁的应用 国外ADI应用市场中，汽车占了很大比重，约为ADI总产量的45%以上。北美2010年市场分配为：中重型卡车25%，轻型汽车20%，建筑矿山11%，农机17%，铁路12%，已由一般代用发展到按ADI的性能特点及服役条件利用有限元分析等现代设计技术优化产品结构，达到减小零件壁厚、减轻重量、节能节材的目的。据美国AP
16、公司介绍，他们公司处理的ADI件95%是经改进设计的，以下是经改进设计后用ADI生产代替铝合金和钢板冲压件的典型例子。用用ADI支架（右）替代了铝合金支架（左）解决了一款车的舒适性（噪音小）问题支架（右）替代了铝合金支架（左）解决了一款车的舒适性（噪音小）问题左边的左边的ADI 轮毂替代了右侧轮毂替代了右侧的金属型铸铝轮毂降低了的金属型铸铝轮毂降低了50%内涵能源，重量减轻了内涵能源，重量减轻了4%ADI控制臂（右）替代冲压控制臂（右）替代冲压钢件（左），减重钢件（左），减重6%，性，性能测试超预期能测试超预期一款牧场播种器通一款牧场播种器通过钢板切割、冲压、过钢板切割、冲压、冲孔和焊接而成冲
17、孔和焊接而成ADI牧场播种器为砂牧场播种器为砂型的球墨铸铁毛坯、型的球墨铸铁毛坯、机加工后热处理制成机加工后热处理制成我国ADI应用中，还是以抗磨、耐磨件为主。1.ADI（CADI）在抗磨耐磨零件上应用取得突破ADI齿板齿板ADI衬板CADI渣浆泵CADI篦子板2. 重型卡车底盘零件应用逐步扩大，产量逐年提高60吨自卸车前轴吨自卸车前轴60吨载重车后桥总成的前轴吨载重车后桥总成的前轴重型车托架转向节重型卡车悬挂件重型卡车悬挂件支架 转向节 重型卡车多功能支架 重型卡车底盘板簧支架系列产品3. 球铁生产原辅材料质量的改善以及球铁坯件质量的提高，为齿轮、曲轴等零件重新采用ADI增强信心。带内齿圈的构件（2）正时齿轮（1）后桥螺旋伞齿轮 东风汽车公司 一汽锡柴康明斯B系列ADI正时齿轮 6DF1柴油机ADI正时齿轮（3）大型齿轮 齿圈的一扇形段 齿圈相配的小齿轮1200850350mm 760400mm重950kg，最大壁厚80mm 重710kg，最大壁厚140mm谢 谢！
