等温淬火工艺对双相等温淬火球墨铸铁力学性能的影响

        双相ADI是将一定成分的球墨铸铁加热到共析三相区保温一段时间，然后进行等温淬火热处理，最终得到基体组织为先共析铁素体和奥铁体的球墨铸铁。双相ADI，即等温淬火前球铁件加热温度在氏。S与Ac．z之间，不是完全奥氏体化，而是部分奥氏体化，先共析铁素体与奥氏体同时存在。这种等温处理可称为部分奥氏体化等温热处理，目的是利用组织中存在部分先共析铁素体提高ADI的塑韧性，降低硬度，改善加工性能，但又对抗拉强度、屈服强度和弯曲疲劳强度降低的幅度不大。美国2006年修订的ASTMA897M标准及2004年修订的SAEJ2477标准中，牌号750—500．11就是这种双相ADI。它的伸长率最高可达22％，硬度只有HB24l～280，完全可以较容易地进行机加工，使有些在等温淬火过程中变形较难控制的零件可以采取先等温热处理再机械加工的工艺路线，美国有用这种材料生产曲轴的报
导，材料的性能crb为835 MPa，6为15．3％，HB为24l。我国也进行过类似试验，并取得了较好效果。本试验研究了不同等温温度和等温时间对双相ADI力学性能的影响。
1 试验方法
1．1合金的熔炼及成分
        炉料采用Q12生铁、球铁、回炉料、废钢、铜丝和钼铁。在500 k的酸|生中频炉中熔炼，每炉熔炼450铁液。采用堤坝处理法，球化剂采用FeSM96RE2，加入量为1．6％。孕育剂选用两种不同的类型，包内孕育时选用75siFe，随流孕育时选用硅钡孕育剂。浇注完毕后，在600℃时打箱。利用直读光谱仪进行化学成分分析。
1．3等温热处理工艺
        分别对试样进行热处理，当奥氏体化温度为850℃、奥氏体化时间为60 min、等温淬火时间为90 min时，测试等温淬火温度对双相ADI力学性能的影响。当奥氏体化温度为850℃、奥氏体化时间为60 min、等温淬火温度为370℃时，测试等温淬火时间对双相ADI力学性能的影响。
2试验结果分析
2．1 等温淬火温度对双相ADI力学性能的影响
2．1．1对双相ADI抗拉强度的影响
当奥氏体化温度为850℃、奥氏体化时间为60min、等温淬火时间为90 min时，等温淬火温度对双相ADI抗拉强度的影响如图4所示。从图4中可以看出，等温温度在250~390℃时，随
着等温淬火温度的升高，抗拉强度逐渐降低。等温温度降低．转变驱动力增大，转变时铁素体的形核率增高，最终奥．铁体组织细化，而导致双相ADI强度升高。随着等温淬火温度的升高，碳原子沿铁素体前沿被排到周围的奥氏体中，随着转变的进行，碳原子不断扩散到奥氏体中，导致奥氏体的含碳量增加，最终基体中的高碳奥氏体含量增加。同时基体的形貌发生了变化，由针状转变成羽毛状，晶粒逐渐变得粗大，导致抗拉强度逐渐降低。
2．1．2对双相ADI冲击韧性的影响
从图5中可以看出，随着等温淬火温度的升高，双相ADI的冲击韧性呈逐渐增大趋势；等温淬火温度升高到370℃时，冲击韧性达到最大值；当等温淬火温度超过370℃后，冲击韧性降低。奥氏体化温度850℃、奥氏体化时间60 mill、等温淬火时间90 min时通过对比不同等湿淬火温度下双相ADI冲击试样的断口扫描照片(图6)可以看出，随着等温淬火温度的升高，断口形貌中韧窝的数量逐渐增加。等温淬火温度达到370℃时，断口的形貌为较多的韧窝。继续提高等温淬火温度，当超过370℃后，韧窝的数量减少。双相ADI的冲击韧性随着残余奥氏体量的增加而增大。当等温淬火温度较低时，残余奥氏体的含量较少。随着等温淬火温度的升高，转变速度加快，碳的扩散速度也加快，有利于形成“高碳奥氏体”，使残余奥氏体量增大，导致双相ADI的冲击韧性增大。当等温淬火温度超过370℃后，碳的扩散速度明显增大，奥氏体中多余的碳原子易在奥氏体及针状铁素体的周围聚集形成碳化物，从而造成双相ADI的冲击韧性降低。
2．1．3对双相ADI硬度的影响
奥氏体化温度850℃、奥氏体化时间60 min、等温淬火时间90 mill时等温淬火温度对双相ADI硬度的影响如图7所示。从图7中可以看出，在250~390℃温度范围内，随当奥氏体化温度850℃、奥氏体化时间60 min、等温淬火时间90 min时等温淬火温度对双相ADI冲击韧性
的影响如图5所示。着等温淬火温度的升高，双相ADI的硬度逐渐降低。等温淬火温度超过370℃后硬度略有增高。等温淬火温度较低时，转变驱动力增大，转变时铁素体的形核率增高，最终奥．铁体组织细化，导致双相ADI硬度升高。随着等温淬火温度的升高，组织的形貌由针状逐渐转变成羽毛状，残余奥氏体量增加，晶粒尺寸变大，导致ADI的硬度降低。当等温淬火温度超过370℃后，由于温度过高，转变加快，奥氏体分解析出少量碳化
物，硬度略有提高。
2．1．4对双相ADI伸长率的影响
奥氏体化温度850℃、奥氏体化时问60 min、等温淬火时间90 min时等温淬火温度对双相ADI伸长率的影响如图所示。
从图中可以看出，在所试验的温度范围内，随着等温淬火温度的升高，双相ADI的伸长率逐渐升高。等温淬火温度较低时，奥氏体的含碳量较低，稳定性较差，当冷却到温室后，部分残余奥氏体会转变为马氏体。由于马氏体的韧性较差，从而导致伸长率较低。随着等温淬火温度的升高，碳原子的扩散能力增大，有更多的碳原子从针状铁素体中扩散并固溶到周围的
奥氏体中，使得奥氏体的含碳量增大。奥氏体的含碳量增大，其Ms降低，冷却到室温后不会转变为马氏体，导致残余奥氏体含量增加。晶粒尺寸增大，组织的形貌由细小的针状逐渐转变为较大的羽毛状。晶粒尺寸增大，晶粒间的接触面积减少，位错滑移的障碍或阻力减少，导致ADI的伸长率增大。
2．2等温淬火时问对双相ADI力学性能的影响
2．2．1对双相ADI抗拉强度的影响
奥氏体化温度850℃、奥氏体化时间60 min、等温淬火温度370℃时等温淬火时间对双相ADI抗拉强度的影响如图所示。
3结论
(1)随着等温淬火温度的升高，双相ADI的抗拉强度下降，伸长率逐渐增大，硬度先减小后增大，冲击韧性先增大后减小。
(2)随着等温淬火时间的延长，双相ADI的抗拉强度升高，当等温淬火时间超过90 min后，抗拉强度变化略有下降；当等温淬火时间为60 min时，冲击韧性达到最大值，等温淬火时间超过60 min后，冲击韧性逐渐降低；当等温淬火时间超过90min后，所以硬度先减小后增大；伸长率先增大后减小。