[發(fā)明專利]高韌性兼高強度的ADI件及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910272897.2
• 申請日: 2009-11-24
• 公開（公告）號: CN101876026A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發(fā)明（設計）人: 龔文邦;向綱玉
• 申請（專利權）人: 武漢科技學院
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C33/08;B22D1/00;C21D6/00;C21D1/20
• 代理公司: 武漢華旭知識產(chǎn)權事務所 42214
• 代理人: 劉榮;周宗貴

技術領域

本發(fā)明涉及一種高韌性兼高強度的ADI(等溫淬火球鐵)件及其制造方法。

背景技術

上世紀七十年代開始發(fā)展起來的等溫淬火球鐵(Austempered?Ductile?Iron簡稱ADI)新材料，由于具有高強度高耐磨性且兼有一定的韌性，在汽車、農(nóng)機、建材、鐵路、通用機械等眾多領域得到了應用。一些工業(yè)發(fā)達國家(如美國、日本、歐盟等)陸續(xù)制訂了ADI標準，如美國ADI標準(ASTM897M-03)中力學性能指標(抗拉強度MPa/伸長率％/沖擊韌度J/cm²)為：900/9/100，1050/7/80，1200/4/60，1400/2/35，1600/1/20。ADI件在保持高強度下，如何提高韌性是個難題。

生產(chǎn)優(yōu)質球鐵鑄件毛坯和確定適當?shù)牡葴卮慊馃崽幚砉に噮?shù)是ADI獲得優(yōu)良綜合性能的關鍵。目前，ADI的生產(chǎn)主要是憑經(jīng)驗摸索鑄件的化學成分與等溫淬火熱處理參數(shù)，熔煉的鐵液一般是直接進行球化孕育處理，往往由于鐵液中含硫量偏高及鐵液純凈度不高而影響鑄件毛坯的質量；采用爐外搖包的方式進行脫硫處理，裝置復雜，鐵液降溫嚴重(降溫100℃以上)，成本高，很難在生產(chǎn)中推廣應用；通常的等溫淬火熱處理工藝使所得ADI件難以在滿足高強度的同時滿足高韌性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于彌補現(xiàn)有技術的不足，提供一種高韌性兼高強度的ADI件及其制造方法，采用本方法制造的ADI件與ADI?900-9(即抗拉強度σ_b≥900MPa，伸長率δ≥9％，沖擊韌度α_k≥100J/cm²)相比，伸長率提高39％～61％，沖擊韌度提高25％～40％，抗拉強度提高10％～20％，且鐵液脫硫磷凈化處理過程中無需使用額外的專用工裝，操作簡便，成本低廉。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是：一種高韌性兼高強度的ADI件，該ADI件中各元素的質量百分含量分別為：C?3.6～3.9％、Si?2.5～2.7％、Mn?0.2～0.3％、P≤0.03％、S≤0.012％、Mo?0.2～0.25％、Cu?0.6～0.8％、Ni?0.5～0.8％，余量為Fe。

所述ADI件的伸長率為12.5～14.5％，沖擊韌度為125～140J/cm²，抗拉強度為990～1080MPa。

本發(fā)明還提供了上述ADI件的制造方法，包括以下步驟：

(1)以球鐵生鐵、球鐵回爐料、廢鋼和Cu、Ni、Mo合金材料為金屬爐料，該爐料中各元素的質量百分含量為：C?3.90～3.95％、Si?1.1～1.3％、Mn?0.2～0.3％、P≤0.035％、S≤0.025％、Mo?0.2～0.25％、Cu?0.6～0.8％、Ni?0.5～0.8％，余量為Fe，用中頻電爐熔煉，檢測熔煉所得鐵液中C、Si的質量百分含量是否為：C?3.90～3.95％和Si1.1～1.3％，若不符合要求，則通過補加硅鐵、生鐵或廢鋼進行調整，然后將鐵液升溫至1450～1480℃，再倒入裝有脫硫磷凈化劑的鐵液包中進行預處理使其脫硫磷及凈化鐵液，攪拌扒渣后將鐵液倒回熔煉爐；脫硫磷凈化劑是由Na₂CO₃、CaO、CaF₂、CaCO₃和FeO粉末混合而成的混合物，各組分的質量百分含量分別為：Na₂CO₃30～35％、CaO?25～30％、CaF₂20～25％、CaCO₃?10～15％和FeO粉末5～10％，脫硫磷凈化劑的重量為鐵液重量的0.5～1.0％；

(2)將預處理后的鐵液升溫至1500～1520℃后，再進行球化孕育處理，然后澆入鑄型得到球鐵鑄件毛坯；

(3)將球鐵鑄件毛坯在保護性氣氛條件下加熱至905～915℃，保溫1.5～2小時使工件奧氏體化；

(4)將奧氏體化的工件迅速取出并在不超過25秒內(nèi)淬入350～370℃的鹽浴池，淬入工件的同時充分攪拌和冷卻鹽浴液，使鹽浴的溫升不超過15℃，并在不超過3分鐘內(nèi)回降至設定的等溫淬火溫度，等溫過程中控制鹽浴溫度，使設定的鹽浴溫度的波動值≤±5℃，等溫淬火時間為1～1.5小時，然后將工件取出，自然冷卻至室溫，清洗，得到高韌性兼高強度的ADI件。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點如下：

(1)鑄件化學成分采取高C、Si，低Mn、P、S及少量Cu、Mo、Ni相結合，有利于獲得優(yōu)質球鐵鑄件毛坯。