[發明專利]一種具有TRIP效應的球墨鑄鐵的制備工藝

有效

• 申請號: 201310024360.0
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103103435A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 趙愛民;何建國;樊紅亮;唐荻;米振莉;武會賓;趙征志;陳銀莉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C21C1/10;C21D5/00;C21D1/20
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本技術涉及到具有TRIP效應的球墨鑄鐵的制備工藝，其主要涉及到制備一種高強度、高剛度及高強塑積球墨鑄鐵件，將高溫退火后獲得完全鐵素體＋石墨的球墨鑄鐵經奧氏體鐵素體臨界區保溫后分級等溫淬火以獲得鐵素體基體＋貝氏體＋殘余奧氏體＋少量馬氏體＋石墨的復相組織，具備良好的強度、硬度及高延伸率。

背景技術

20世紀五十年代球墨鑄鐵（Ductile?Iron，簡稱DI）的出現使得鑄鐵材料的綜合性能接近于鋼，正是基于其優異的性能，已成功地用于鑄造受力復雜，強度、韌性、耐磨性要求較高的汽車零部件，因其組織中有近10%左右的石墨，故同一體積的零件比鍛鋼件要大約輕10%。20世紀70年代末期中國、芬蘭Kymi?Kymmene公司和美國的通用汽車公司研究相繼研制成功貝氏體球墨鑄鐵。貝氏體球墨鑄鐵是將球墨鑄鐵鑄件經過奧氏體等溫淬火熱處理，獲得以貝氏體為主的基體組織，獲得很高的強度，所以這種奧氏體等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵ADI(Austempered?Ductile?Iron)是一種高強度的球墨鑄鐵。由于基體組織中除貝氏體外，還存在一定數量的奧氏體，因此又稱為奧氏體－貝氏體球墨鑄鐵，簡稱奧貝球鐵。

ADI在同等伸長率情況下的抗拉強度是普通球鐵的兩倍，而在同等抗拉強度情況下，ADI的伸長率是普通球鐵兩倍以上，ADI的抗拉強度也優于調質處理的碳鋼，與低合金鋼相當。ADI抗拉強度可以達到800～1600?MPa，伸長率最高可達10%以上。根據歐美牌號，等溫淬火球墨鑄鐵的強度與高強度或超高強度鋼相當。美國通用汽車公司于采用等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵代替鍛鋼制作Pontiac轎車的后橋曲線齒錐齒輪副，年生產量達100萬副，由此可見ADI優異的性能。

ADI的疲勞強度比一般球墨鑄鐵高50％，ADI的旋轉彎曲疲勞強度可達400~500Mpa，與調質處理低合金鋼相當；ADI的接觸疲勞強度可達1600～2100Mpa，比低合金鋼氮化處理的接觸疲勞強度高。因為企組織中存在一定數量的石墨球，降低了材料的缺口敏感性。ADI缺口系數為1.2～1.6，而一般鍛鋼的敏感系數為2.2～2.4)，因此ADI缺口敏感性低于鍛鋼。

ADI由于彈性模量低，加上基體中存在石墨球，能迅速吸收震動并增大了噪聲阻尼，使部件的運行更安靜和平穩。故等淬球鐵零件工作時噪聲小，這種特性對汽車及其它各種運轉的機器十分有利。與鍛鋼相比較，制作相同強度級別零件，采用ADI的成本低。每公斤等淬球鐵比其競爭對手(鍛鋼、鋁鑄件)要低。如果以屈服強度單位強度的成本計算，等淬球鐵是最便宜的材料。

等溫淬火球墨鑄鐵的生產工藝流程如下：包括熔煉、球化處理、澆注、清理和熱處理等工序。其中關鍵的工藝技術如下：

（1）合理的成分設計

一般等溫淬火球墨鑄鐵采用三高兩低的化學成分，即高碳、高硅、高碳當量、低硫、低錳。高碳量可以提高奧氏體的穩定性，高硅可以提高抑制碳化物形成的能力，從而在等溫時形成無碳化物貝氏體。

為了保證獲得足夠的淬透性，防止基體組織中產生珠光體，還必須加入適量合計元素，如Mo、Ni和銅等，這些合金元素的加入量與零件的大小有關，尺寸越大的零件需要的合金元素越多，勢必增加生產成本。

為了保證獲得良好的球化處理效果，要求等溫淬火球墨鑄鐵中含反石墨化的雜質元素所進可能少。

（2）良好的球化處理工藝

球化處理時在鑄鐵凝固是加入球化劑，使鑄鐵凝固時石墨以形式析出。凝固析出的石墨越圓整、分布越均勻，即球化效果越好，得到的球鐵的性能越好。因此要獲得高性能的等溫淬火球墨鑄鐵，必須保證良好的球化處理工藝，特別是對于厚大斷面的零件，球化處理更為關鍵。

（3）等溫淬火工藝的精確控制

等溫淬火是將零件加熱到奧氏體化溫度，一般鑄鐵為840～950℃，保溫一段時間后淬入300～400℃熔鹽中等溫一段時間，使零件在600～700℃珠光體轉變的溫度范圍內盡可能快速冷卻，躲過C曲線鼻子尖，避免珠光體轉變，獲得以貝氏體為主的基體組織。精確控制等溫淬火工藝是ADI生產的關鍵技術之一。

等溫淬火過程的相變分為兩個階段：一、高溫奧氏體分解為鐵素體和高碳穩定奧氏體，如果等溫淬火時間足夠長就會發生下一個階段。二、在第一階段相變結束后，若繼續保溫則高碳穩定奧氏體分解為鐵素體和碳（通常是滲碳體），然而這里的碳化物是引起材料開裂的多余相，所以制定等淬工藝需避免碳化物的出現。若第一階段沒有進行完全，在冷卻到室溫后也可能得到馬氏體組織。