adi等温淬火球墨铸铁力学

・ｌ２８・　Ｆｅｂ．２００６　Ｖ０Ｉ．５５　Ｎ０．２　

等温淬火球墨铸铁表面热处理工艺的研究　

刘海明，祖方遒，余瑾，赵飞，孟庆一，孙其强，王强　（合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥２３０００９）　摘要：等温淬火球墨铸铁（ＡＤＩ）具有多方面优越的性能特点，然而，单纯的等温淬火难以同时具有高强度、高硬度及　高的韧性与塑性。为了进一步扩大ＡＤＩ的应用范围，采用不同的表面高频淬火工艺考察了ＡＤＩ表面热处理的可行性，　并着重探讨了尔同表面处理工艺对ＡＤＩ表层组织及硬度的影响规律。研究表明，对ＡＤＩ采用二步法表面热处理可以得　到理想的效果。　关键词：等温淬火球墨铸铁；表面热处理；表层组织；表面硬度　中图分类号：ＴＧ１６４．２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４９７７（２００６）０２－０１２８—０４　

Ｔｈｅ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ＡＤＩ　

ＬＩＵ　Ｈａｌ－ｍｉｎｇ，ＺＵ　Ｆａｎｇ－ｑｉｕ，ＹＵ　Ｊｉｎ，ＺＨＡＯ　Ｆｅｉ，ＭＥＮＧ　Ｑｉｎｇ－ｙｉ，ＳＵＮ　Ｑｉ－ｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｑｉａｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｈｅｆｅｉ　２３０００９，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ）　

ＡｂｓｔｒａＣｔ：Ａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄ　ｄｕｃｔｌｉｅ　ｉｒｏｎ（ＡＤＩ】ｈａｓ　ｍａｎｙ　ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｂｙ　ｓｉｎｇｌｅ　ａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｔ　ｉｓ　ｈａｒｄ　ｔｏ　ａｃｑｕｉｒｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｂｉｎｅｓ　ｈｉｇｈ　ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｎｌａｒｇｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ＡＤＩ，ｗｅ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｂｙ　ｔｗｏ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ｆｏｒ　ＡＤＩ．　Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ．ｗｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｏｆ　ＡＤＩ．Ｉｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｉＳ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｔｗｏ－ｓｔｅｐ　ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡＤＩ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　

- 1 - 球墨铸铁的等温淬火工艺

球墨铸铁是一种广泛应用于工程中的铸铁，具有较高的强度和韧性。其中，等温淬火是一种重要的热处理工艺，可以显著提高球墨铸铁的机械性能和耐磨性。

等温淬火通常包括以下几个步骤：首先，在炉内加热球墨铸铁至一定温度，保温一定时间使其组织达到平衡状态；然后迅速将球墨铸铁置于淬火介质中，使其快速冷却，从而使组织发生变化；最后，在适当的温度下进行回火处理，消除淬火过程中的残余应力，并提高强度和韧性。

等温淬火的工艺参数包括加热温度、保温时间、淬火介质和回火温度等。其中，加热温度和保温时间的选择应根据球墨铸铁的材质、尺寸和要求的性能来确定；淬火介质应根据要求的硬度和韧性来选择，常用的淬火介质包括水、油和空气等；回火温度的选择应根据要求的性能来确定，通常在300~600℃范围内。

总之，等温淬火是一种重要的球墨铸铁热处理工艺，可显著提高其机械性能和耐磨性。在实际应用中，应根据具体情况选择适当的工艺参数，保证球墨铸铁的性能达到要求。

等温淬火球铁（ＡＤＩ）的机械￣Ｉ：Ｉ　Ｔ．性能　

刘金城　

（英国Ｒｕｓｓｅｌｌ公司，Ｂｏｎｃｈｕｒｃｈ　Ｓｔｒｅｅｔ，Ｌｅｉｃｅｓｔｅｒ　ＬＥＳ　ＳＥＰ　Ｕ。Ｋ。）　

摘要：等温淬火球铁（ＡＤＩ）对工程界来说是一种相对较新的材料。其独特的金属基体显微组织奥铁体，即针状铁素体和充　

分反应的、热力学稳定的、力学上也稳定的，高碳奥氏体的混和组织，使其具有比普通球铁高得多的强度和韧性。然而，　

高强度、高硬度和高韧性使等淬球铁在机加工时切削刃口受到更高的应力，造成一定困难。考虑了等淬球铁特有的金属　

基体组织和力学性能，选择了合适的刀具，调整和优化了刀具及加工参数，等淬球铁完全可以成功地进行机加工，从而　

可以扩大等淬球铁的应用和进一步开拓等淬球铁的潜力。笔者论述了等淬球铁的组织特点，机加工特点，给出了机加工　

参考参数，并讨论了改善等淬球铁机械加工性能的方法。　

关键词：等温淬火球铁；加工性能；改善　

中图分类号：ＴＧ２５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—８３４５（２００７）０１—００２５—０８　

Ｍａｃｈｉｎａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｌｙ　Ｑｕｅｎｃｈｅｄ（Ａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄ）Ｄｕｃｔｉｌｅ　Ｉｒｏｎ　

ＬＩＵ　Ｊｉｎ—ｃｈｅｎｇ　

（（ＲｕｓｓｅｌｌＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｏｎｃｈｕｒｃｈ　Ｓｔｒｅｅｔ，Ｌｅｉｃｅｓｔｅｒ　ＬＥＳ　Ｕ．Ｋ．）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｌｙ　ｑｕｅｎｃｈｅｄ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ（ａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄ　ｄｕｃｔｉｌｅ　ｉｒｏｎ，ＡＤＩ）ｉｓ　ａ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｎｅｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｏ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．　Ｉｔｓ　ｕｎｉｑｕｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｉｎ　ａ　ｍａｔｒｉｘ　ｏｆ　ａｃｉｃｕｌａｒ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ａｎｄ　ｆｕｌｌｙ－ｒｅａｃｔｅｄ，　

ADI工艺技术

ADI（Austempered Ductile Iron）即奥氏体球墨铸铁，是球墨铸铁的一种特殊处理工艺。ADI工艺技术通过调节球墨铸铁的化学成分和热处理条件，使其具备了优异的力学性能和高强度。下面将详细介绍ADI工艺技术。

ADI工艺技术的主要原理是将球墨铸铁经过过饱和碳化处理和奥氏体回火处理，使其达到理想的组织和力学性能。在过饱和碳化处理中，通过在球墨铸铁中添加足够的碳源，使铸铁中的石墨颗粒碳化成为纳米级碳颗粒，从而提高了铸铁的强度和韧性。在奥氏体回火处理中，通过精确控制回火温度和时间，改变铸铁中的组织结构，从而使其具备优异的力学性能。

ADI工艺技术的优点主要体现在以下几个方面：

1. 高强度：通过ADI工艺技术处理后的球墨铸铁具有较高的强度，能够达到甚至超越一些合金铸件的强度水平。

2. 优良的韧性：ADI工艺技术处理后的铸铁具有良好的韧性，能够在高应力下持续工作而不断裂。

3. 优异的抗疲劳性能：由于ADI工艺技术处理后的铸铁具有高强度和良好的韧性，因此具备优异的抗疲劳性能，能够在循环载荷下保持长期使用。

4. 减轻零件重量：相对于一些传统的金属材料，ADI工艺技术处理后的球墨铸铁具有较高的强度，可以实现零件的轻量化设计。

5. 成本效益高：相对于一些高强度钢材或合金铸件，ADI工艺技术处理后的球墨铸铁具有较低的成本，能够满足工程设计的要求，降低制造成本。

在工业制造领域，ADI工艺技术被广泛应用于各种机械零件和工程结构的制造中，如发动机曲轴、齿轮、车桥等。ADI工艺技术处理后的铸铁能够满足高强度和高韧性的要求，能够适应极端工况下的使用，因此得到了广泛的应用和推广。

总之，ADI工艺技术是一种能够有效提高球墨铸铁力学性能的处理工艺。通过过饱和碳化和奥氏体回火处理，使球墨铸铁具备高强度、良好的韧性和抗疲劳性能。在工业制造领域的应用中，ADI工艺技术能够满足高强度、高韧性和轻量化设计的要求，降低制造成本，因此被广泛应用。