化学成份对奥贝球铁组织和性能的影响(1)

我国奥-贝球铁的研究进展及其应用上海工程技术大学(上海市200335)　沈利群 摘要:奥贝球铁是70年代发展起来的一种新型工程材料,具有优良的综合机械性能.通过文献调研,综述了我国近年来奥贝球铁的研究进展和应用实例.关键词:　奥贝球铁　研究　应用The Research Progression and Application Examples of Austenite-bainite Ductile IronShen L iqun(Shanghai U niver sity of Engneer ing Science) Abstract:A ust enite-bainite ductile iro n is a new engineer ing mat reial developed in the y ear o f1970s′.It has ex cellent sy nt hetic m echanical pr opert ies.T he resear ch pr o gr ession and a pplicatio n ex amples,in this co untr y,of austenite-bainite ductile ir on w ere r eviwed thr ough liter atur es investig atio n.Key words:　A ustenite-bainite ductile ir on,　Resear ch,　A pplicat ion1　前　言奥氏体-贝氏体球铁(简称奥-贝球铁)是球铁经等温淬火后获得的.其基体为贝氏体和残余奥氏体,具有强度、塑性和韧性都很高的综合机械性能,抗拉强度1000M P a以上,延伸率10%以上[1],特别是具有很高的弯曲疲劳强度和良好的耐磨性,显著地优于其它基体球铁,是一种优良的工程结构材料.奥-贝球铁自1977年问世以来,受到国内外材料工作者的广泛重视,并对其进行了深入研究.本文通过文献调研,归纳总结了近年来我国有关人员对奥-贝球铁的研究进展,并介绍了一些应用实例,以期使这种性能优良的廉价材料得到进一步推广应用.2　研究进展2.1　影响奥-贝球铁组织与性能的因素[2、3、4、5]可归纳为以下几种:(1)原始组织:理想的基体组织是无碳贝氏体和30%～40%的高碳奥氏体,应避免渗碳体的存在;(2)化学成分:对于未经合金化的奥-贝球铁,Si、M n是重要元素,Si抑制碳化物的析出,最终形成奥氏体-贝氏体复合基体,M n能提高淬透性,但要注意其偏析倾向;(3)热处理工艺:提高奥氏体化温度,可增加残余奥氏体的体积百分数,但要注意奥氏体晶粒长大,以避免塑性、韧性下降,在(900±20)℃可获得较好的综合机械性能.为了获得奥氏体-贝氏体基体,等温温度必须高于上贝氏体形成的下限温度.在上贝氏体区等温淬火,随等温温度升高,组织趋于粗化,塑性、韧性升高而强度、硬度下降.在350～370℃等温可获得良好的综合性能.等温淬火后在280℃×24h回火,组织不变;在300～380℃回火,抗拉强度下降,延性很好;在380℃以上回火,组织完全转变,延性下降.2.2　奥-贝球铁合金化　奥-贝球铁的用途不同,对机械性能的要求也不同.但要获得奥-贝组织,就必须为提高它的淬透性而加入一定量的合金元素.2.2.1　Cu-N b合金化[6]　N b能形成稳定的C、N化合物,N b化合物的存在能细化奥氏体晶粒和等温后的贝氏体,抑制C的扩散而阻止贝氏体和残余奥氏体的分解.Cu能扩大贝氏体化的壁厚,在不过量时不产生偏析,还能使M n、Si更加均匀化.化学成分:0.06%～0.15%N b,0.7%～1.3%Cu,<0.5%M n, 2.7%～3%Si的奥-贝球铁,在(900±10)℃奥氏体化后350℃×1.5h等温淬火,可获得最佳的综合机械性能.2.2.2　Cu-M o合金化[7]　M o是碳化物形成元素,具有良好的淬透性,可保证25m m以上的厚断面全部淬透.Cu的加入,有助于提高奥-贝球铁的塑性和韧性,阻止奥氏体分解,减少贝氏体等温转变产物对时间的敏感性.Cu、M o合理搭配,有助于奥-贝球铁综合机械性能的提高.2.2.3　Si-M n合金化[8]　奥-贝球铁当含M n量小于1.0%时具有较好的综合机械性能,R b可达1080M P a、D达16%、A k达94J/cm2、HR C40,已能满足高强度又要有一定塑、韧性及耐磨性的场合使用.此后随含M n 量增加机械性能下降而硬度提高,可用于要求高耐磨的场合.Si量从2.60%增加到3.86%时,机械性能明显提高.当Si/M n比大于5.0时,具有较好的强韧性.所以在等淬条件下,采用适量的Si、M n可得到强韧性较好的奥-贝球铁,而无需加入贵重的合金元素.2.2.4　M n-Cu合金化[9]　制造壁厚大于25mm等温淬火球铁件,均要添加Ni、M o或Cu、M o等合金元素,以保证淬透.M n在球铁中偏析严重,致使韧性降低而限制了它的含量.若要以M n代M o合金化,则必须克服M n偏析造成的不利影响.研究表明0.6%F eSi、0.02%Bi复合孕育,可削弱M n的严重偏析的不利影响,扩大M n的含量范围,再配加0.8%Cu形成适合≤40mm中等壁厚的M n-Cu奥-贝球铁,其合适的化学成分:3.3%～3.7%C, 2.6%～2.8%Si,0.7%～0.8%M n,<0.035%S,<0.07%P,≈0.8%Cu,上述成分的奥-贝氏球用T A900℃×60min,在300℃等温淬火60min,可使壁厚≤40m m的铸件达R b>1 200M Pa.M n-Cu奥-贝球铁既使M n代M o,又使原来难以满足的低M n限制大大放宽.2.3　铸态奥-贝球铁为了克服等温淬火易变形、中心部位淬不透的弊病,通过加入适量提高淬透性的N i元素,使之铸态形成上贝氏体加奥氏体为主基体的球铁,它省去了热处理过程,适合于制造结构复杂、形变大、壁厚大的铸件,扩大了奥-贝球铁的生产和应用范围.经反复研究,效果较好的奥-贝球铁的化学成分: 3.4%～3.7%C, 2.3%～2.7%Si,≤0.3%M n,<0.06%P,<0.03% S,0.03%～0.04%RE残,0.03%～0.05%M g残, 1.0%～1.2%Cu,0.5%～0.7%M o,0.7%～0.9% N i[10].为了在低N i含量下获得较高强度的铸态奥-贝球铁,探讨了加入微量B提高基体淬透性以获得以下贝氏体为主基体的可能性.研究认为微量B可降低N i的加入量,较大幅度提高球铁强度和硬度,0.001%B的作用相当于0.4%～0.6%N i的作用.通过四元两水平正交实验法,得出Ni、Cu、M o、B在一定配比下可获得高强度的铸态奥-贝球铁,优选出N i1M o1Cu2B1组的R b能超过940M Pa,N i1M o1Cu1B1组的硬度值能超过HRC62[11].2.4　低合金奥-贝球铁焊条[12]随着奥-贝球铁生产应用的日益广泛,奥-贝球铁的焊补便成为急待解决的问题之一.为了提高焊缝金属的奥-贝化能力并使其具有较高的综合机械性能,研究了Cu、N i、M o对焊缝金属等温转变、奥-贝化能力、机械性能的影响以及奥-贝球铁焊缝的基本结构,目的是研制低合金奥-贝球铁新焊条以满足焊补大缺陷的需要.研究表明Cu、N i、M o可不同程度地提高焊缝金属的奥-贝化能力,其中以M o的作用最为明显,但过多M o含量会降低焊缝机械性能.采用Ni-M o复合加入可改善焊缝机械性能.N i-M o低合金奥-贝球铁新焊条与非合金化奥贝球铁焊条相比,焊缝金属的奥-贝化能力提高2.5倍.N i-M o奥贝球铁焊缝的机械性能为:R b1148M P a,D9.0%,A k130J/cm2;焊接接头的机械性能为:R b1140M P a,D9.2%.焊缝及焊接接头的机械性能均能满足奥-贝球铁的要求.2.5　奥-贝球墨可锻铸铁[13]70年代初发展了一种新型材料球墨可锻铸铁,使石墨呈球状,提高了力学性能,大大缩短了石墨化退火时间,并保留了可锻铸铁的各种优点.为了克服奥-贝球铁对原材料中M n、P及球化干扰元素限制较严和要求严格控制熔铸和热处理工艺等弊病,于是在奥-贝球铁和球墨可锻铸铁的基础上,研制了奥-贝球墨可锻铸铁.它是将球墨可锻铸铁的白口毛坯,加热至(900±10)℃,保温2h,使渗碳体完全分解,完成第一阶段石墨化,并使基体组织转变为均一的奥氏体,然后在(370±5)℃等淬1.5h,获得奥-贝组织.它有以下特点: (1)具有很高的综合力学性能,优良的抗弯曲和抗接触疲劳性能,并具有良好的耐磨性,适于制造齿轮、各种重要受力零件和抗磨件.(2)组织和性能比较稳定,质量易于保证,生产工艺易于掌握,特别适合生产水平不高的中、小厂采用.(3)生产成本较奥-贝球铁低,用其代替钢材20CuM nT i等制造齿轮等零件时,可大大降低生产成本,取得较好的经济效益.(4)可放宽对原材料成分要求,允许含有较高的M n、P、S和球化干扰元素,因而可采用地方生铁熔炼.2.6　奥-贝球铁零件的等淬尺寸变形[14]从目前奥-贝球铁推广情况来看,尚需解决等淬过程中引起的产品变形问题.以目前奥-贝球铁应用最多的典型零件齿轮为例,作了奥-贝球铁等温淬火变形问题控制的试验.球铁经等淬处理后,会发生不同程度的膨胀变化,但尺寸变形方向基本一致,可以通过控制等淬前的加工尺寸而使零件尺寸符合技术要求;但对于不再进行磨削加工的零件,等淬后可能降低精度等级.等淬后的奥-贝球铁变形与残余奥氏体量有关,增加残余奥氏体量,不但有利于材料获得良好的塑性、韧性,也有利于尺寸变形的减小.2.7　奥-贝球铁的疲劳特性及其影响因素2.7.1　接触疲劳破坏形式及其影响因素[15]　应用奥-贝球铁生产齿轮具有加工性好、成本低、重量轻、噪声小等优点.齿轮的主要失效形式是接触疲劳破坏,故有必要对其进行研究并得出相应的强化措施.应用铁谱技术分析了接触疲劳过程,试验表明:奥-贝球铁接触疲劳破坏形式取决于载荷大小.在重载荷下(疲劳寿命小于5×106次)破坏形式为片状剥落;在轻载荷下破坏形式为麻点剥落.疲劳裂纹是在表面石墨空穴的边角处萌生,并向深处扩展.接触疲劳磨损分三个阶段:磨合阶段;正常磨损阶段及疲劳磨损阶段.应用铁谱技术可以预测寿命.奥氏体对奥-贝球铁接触疲劳性能有正反两方面的作用,只有当奥-贝球铁中奥氏体分布均匀,板条密集,奥-贝球铁才能硬度高、韧性好,具有较好的接触疲劳性能.2.7.2　应变疲劳性能及其影响因素[16、17]用x射线衍射分析方法测定奥-贝球铁在不同应变幅下循环后残余奥氏体量的变化,并联系奥-贝球铁应变疲劳特性的关系研究了残余奥氏体的作用.结果表明:奥-贝球铁应变疲劳中应变诱发残余奥氏体转变为马氏体,相变加速了疲劳裂纹的形核和扩展,降低了疲劳寿命;应变疲劳诱发残余奥氏体相变存在一个临界应变幅,低于此临界值残余奥氏体不发生转变;残余奥氏体的机械稳定性还影响着应变疲劳寿命,稳定性较高的材料应变疲劳寿命长于稳定性较低的材料.此外石墨球化状态对奥-贝球铁应变疲劳性能有着重要影响,球化不良的石墨加速了奥-贝球铁的失效.2.7.3　影响疲劳强度的因素[18]为使奥-贝球铁能应用于齿轮、曲轴、车轮等零件达到取代锻钢件的目的,必须改善其疲劳强度.研究指出影响奥-贝球铁疲劳强度的主要因素是:球铁铸件的铸态质量、热处理工艺和表面处理这三个方面的最佳结合.改善奥-贝球铁疲劳性能的途径是:通过金属型铸造、定向凝固、快速冷却加低温浇注、型内球化处理等措施提高球化率;降低球铁的碳当量;通过合金元素的复合加入,提高奥氏体化温度和等温淬火温度来增加奥-贝球铁中的残余奥氏体量;选择合理的喷丸处理工艺参数.3　应用实例3.1　齿轮第二汽车厂铸造二厂采用成分: 3.6%～3.9%C, 2.2%～2.8%Si,≤0.3%M n,≤0.07%P,≤0.03% S,0.03%～0.05%M g,0.02%～0.04%RE的奥-贝球铁,生产EQ153汽车上的齿轮件,热处理工艺采用分步等淬法,奥氏体化后在略低于等温淬火油槽中淬火3min,保证已形成的奥氏体不会在等温淬火时间内向珠光体转变,然后等温淬火120min后空冷.经上述处理后齿轮的机械性能可达到R b1010～1380M Pa,D2%～8%,A k42～97J/cm2,HR C36～48.3.2　曲轴化学成分3.5%～3.8%C, 2.5%～2.8%Si,≤0.3%M n,≤0.07%P,≤0.03%S,0.2%～0.25%M o, 0.8%～1.7%Cu,≤0.04%M g,≤0.03%RE的Cu-M o奥-贝球铁制作170F曲轴已投产多年,采用890～920℃×2h和350～370℃×2h等温出炉空冷的处理工艺,可保证机械性能达到R b≥880M Pa,D≥4%,A k ≥80J/cm2[7].浙大与杭州柴油机总厂对奥-贝球铁应用于480柴油机曲轴研究表明,在适当的保护措施下,等温淬火后曲轴总体变形在精加工余量范围内,不影响成品曲轴精度,螺纹、链槽等在等温淬火后也不变形.可用先完成除粗-精磨外的所有机加工,再等温淬火,而后粗、精磨的方法生产奥贝球铁曲轴.Cu-M n合金奥-贝球铁(<0.5%M n,0.6%～1.0%Cu,0.2%～0.3% M o)可使直径60mm的曲轴淬透,经380℃×60min淬火后机械性能达R b1101M Pa,A k141J/cm2, D512.2%[20].3.3　汽车后拖钩支承座及衬套[21]CA141载货车后拖钩的支承座、衬套原采用铸态铁素体球铁制造.投产不久,发现这两个零件一般行驶3000公里左右即损坏失效.支承座、衬套承受较大的冲击载荷和由冲击形成的凿削式磨损,处于货车尾部,汽车扬起的粉尘形成了严重的磨料磨损,工况恶劣.使用非合金奥-贝球铁制造支承座及衬套,行车试验表明,使用寿命是铁素体球铁的70倍以上.其最佳的热处理工艺参数为:奥氏体化温度(900±10)℃、时间(30±5)min,等温温度(360±10)℃、时间(30±5) min.目前奥-贝球铁支承座、衬套已投入生产.3.4　汽车后拖曳钩[22]对用奥-贝球铁制CA1091车的后拖曳钩进行了研究和行车试验,并得出了合适的奥-贝球铁成分和热处理工艺.后拖曳钩材料应具有较好综合机械性能和耐磨性能,选择了Cu-N b奥-贝球铁,其热处理规范为:900℃×1.5h,240℃×5min,360℃×1h.行车试验寿命达8万公里后状况仍很好,原锻钢后曳钩行驶3.7～4.5万公里即磨损严重甚至造成断裂.用奥-贝球铁取代锻钢生产拖曳钩,每件可节约材料1/3左右,减重1kg.・管　理Management・铸造废品分析与制订对策的方法成都机车车辆厂(四川省成都市610051)　黎觉仪 摘要:分析了铸造废品的类型与产生特点,总结现场经验,将防止废品采取的对策归纳为四种方法:对症下药法;系统对策法;材料隔离法;小步骤法.通过实例,说明如何对废品情况进行宏观分析,并从方法论的角度对制订对策的思路进行了探讨.关键词:　铸造废品　铸件质量分析　对策Rejected Casting Analysis and thier Prevention MeasuresL i Jueyi(Cheng du L ocomo tiv e and R olling Sto ck W or ks) Abstract:In this paper the author analy zes the ty pe and feat ur es o f reject ed casting s,and sum up the ex peri-ence fr om site.T he author sugg ested four kinds o f method fo r avo id cast ing lo ssing.T hen by w ay of exam ples, the author descr ibes how to analyse the r ejected castings,it also discusses the measur es of avo id casting defects fr om the v iew of metho lo gy.Key words:　Cast ing r ejection　Q ualit y anlaysis of casting　M easures 铸造生产是一项系统性很强的生产工程,任何一道工序离开了节奏,某种原辅材料脱离了标准,都可能产生质量问题.由于影响废品的因素几乎是无限的,而我们掌握的现场实际情况及可能采取的手段却是有限的,分析与选择对策的时间必须紧张而及时.因此,本文对废品出现的几率及选择对策的方法进行了认真的分析.本文是资料[1]的继续与发展.从废品出现的几率来看,有两种性质完全不同的废品.一种是偶然性废品,一种是长期性废品.偶然性废品是由生产中偶发性原因造成的.例如,由于生产线临时发生故障造成停顿,工人注意力分散造成操作一次性失误.这些都不足为怪,暂时可不予理会.但是有些偶发性因素包含有某种必然,有些变化虽属偶然,却显示出警报信号,如金属化学成分暂时脱离标准,型砂性能的波动等,应密切观察,防止成为有一定倾向的:脱标F,由偶然性废品转化为惯性废品.长期性废品是由造型材料、炉料、模具、造型、熔炼等工艺设备方面的原因造成的.废品是成批性、阶段性的发生,往往是重复出现,在未采取有效措施前,废品不会自行消失,而是由其内在规律性的作用,继续发生,直至其根源被排除为止.从废品产生的原因及必须采取的手段来看有两种参考文献1　王怀林等.汽车工艺,1990(2),172　刘光华等.球铁,1991(2),63　郭戟荣等.汽车工艺,1990(5),304　申澎运等.现代铸铁,1989(3),195　沈百令等.兵器材料科学与工程,1993(3),49 6　王环林等.球铁,1989(3),67　徐　雍等.球铁,1990(2),78　徐　铮等.球铁,1991(1),79　谭宋勤等.河北机械,1991(2-3),4110　张金山等.山西机械,1992(4),1611　李子全等.甘肃工业大学学报,1993(3),2012　孙大谦.焊接学报,1994(2),13113　赵伯王番等.铸造,1992(8),1914　王立人等.球铁,1991(1),1115　范鹤立等.大连理工大学学报,1989(3),295 16　梅　志等.理化检验(物理分册),1992(1),8 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贝氏体球铁的研究现状与展望时间:2008-10-07贝氏体球墨铸铁，由于具有优异的综合力学性能，被誉为近30年来铸铁冶金方面的重大成就之一，被越来越广泛地应用于各工业部门。

本文综合介绍贝氏体球铁的研究和发展概况及其主要生产方法，旨在推动我国贝氏体球铁的研究和应用。

1 贝氏体球铁的产生、发展与应用贝氏体球铁主要分为两大类：一类是以奥氏体＋贝氏体为基体组织的贝氏体球铁，称为奥贝球铁(Austempered Ductile Iron)，简称ADI。

这种材料具有较高的强度高同时具有一定的耐磨性。

另一类是以贝氏体＋少量碳化物为基体组织的贝氏体球铁，称为贝氏体球铁(Bainite Ductile Iron)，简称BDI。

这种材料具有很好的耐磨性，同时具有一定的强度和韧性。

1949年W.W.Braidwood就曾预言，针状组织(贝氏体)铸铁可能是机械性能最好的铸铁。

随后，美国国际收割机公司于1952年曾用这种球铁代替铸造高锰钢生产军用履带。

但在此后的20年间，由于这种材料的需要有限，在工业生产中很少应用，致使它的发展基本上处于停滞状态。

直至60年代末70年代初，国际上才重新开始这种材料的研究， 1977年M.Johansson宣布芬兰Kymi-kymmene公司所属的Karkkila铸造厂开发了一种使用性能优异的新型球铁，即奥氏体－贝氏体球墨铸铁，并在美、英、法、加等13个国家申请了专利。

这一报导引起了广泛重视，各国从不同角度进行了规模巨大的研究工作。

目前生产贝氏体球铁的方法已由过去的等温淬火单一方法发展到连续冷却淬火和合金化铸态等多种方法。

我国是最早研究和应用贝氏体球铁的国家之一，一些高等院校和科研单位相继研制成功这种新材质并将其应用于生产实践。

贝氏体球铁优异的综合力学性使其具有非常广泛的用途，如用在耐磨、耐冲击、高强度、高韧性和耐疲劳的场合。

在大齿轮方面，贝氏体球铁甚至可以完全代替渗碳钢，在某些条件下比渗碳钢作用更好。

做球墨铸铁的看过来，这些元素质量的影响你一定要记住！许多元素都会以小量存在于铸铁中，并对铸件的组织及性能产生明显的影响。

有些是有意加入的，而另一些则是来自于含有痕量杂质的原料。

在这些元素当中，有的是有懊悔作用的，尤其是在灰铁方面，而有些则是很有害的，必须尽可能加以避免。

下表列出了这些元素的通常来源，可能出现的含量水平，以及它们的主要作用。

表中未包括将其用作主要合金化元素的那些元素（例如Cr）元素通常来源通常含量（%）在铸铁中的作用Al 铝镇静废料、孕育剂、铁合金、轻合金零件及加入的铝达0.03含量高于0.005%时，可使薄壁件出现氢致针孔。

抑制氮的作用。

促使浮渣形成，高于0.08%时对球状石墨有害。

可用Ce加以抑制。

石墨的强稳定剂。

Sb 废钢、废上釉搪瓷、轴承架、有意加入达0.02珠光体和碳化物的强促进剂。

没有稀土时会阻止球化。

As 生铁、废钢达0.05 珠光体和碳化物的强促进剂。

改善球状石墨的形态。

Ba 含Ba孕育剂达0.003 改善石墨的成核和减少衰退。

减小白口倾向和促进石墨生成。

Bi 有意加入、含Bi的铸模涂料很少高于0.01引起白口和不良球形。

增加含稀土（Ce）球铁的球数。

球数过多可引起收缩问题。

B 废上釉搪瓷、成硼铁有意加入达0.01高于5ppm促进铁素体的形成。

高于10ppm促进碳化物形成，尤其是在球铁中。

20ppm改善可锻铸铁的退火。

Ca 铁合金、球化剂、孕育剂达0.01促进石墨球的球化作用。

改善石墨的成核。

减小白口倾向和促进石墨生成。

Ce 大多数镁合金或成铈铁或其它稀土源加入的达0.02灰铁一般不用。

抑制球铁中的有害元素，改善石墨的球化作用。

因析出而稳定碳化物。

Cr 合金钢、镀铬钢板、某些生铁、铬铁达0.3促进白口和珠光体生成。

增加强度。

含量大于0.05%时，在球铁生成碳化物析出物。

Co 工具钢达0.02 在铸铁中无明显作用。

Cu 铜线、铜基合金、废钢、有意加入达0.5促进珠光体。

球铁700-2五大元素球铁700-2五大元素是指铁（Fe）、碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）和硫（S）。

这些元素在球铁700-2的成分中起着重要的作用，决定了球铁的物理性能和化学性质。

下面将从每个元素的含量、作用及其对球铁性能的影响等方面进行详细阐述。

首先是铁（Fe），球铁的主要成分是铁，其含量通常在94%以上。

铁是球铁的基础，具有良好的导电性和热传导性，并且容易熔化。

铁还是球铁的主要组织成分，对球铁的相结构和性能起着决定性的影响。

其次是碳（C），碳是球铁的第二大元素。

球铁中的碳含量通常在2.5%-4%之间，高于钢的碳含量。

碳的含量会影响球铁的硬度和耐磨性。

高碳球铁具有较高的硬度和耐磨性，适用于制造耐磨零件；低碳球铁具有较高的韧性和抗冲击性，适用于制造具有抗冲击性能的零件。

碳还会影响球铁的熔点和热膨胀系数，从而影响球铁的铸造性能。

第三个元素是硅（Si），硅是球铁中的一种常见的合金元素。

硅的含量通常在1.5%-3%之间。

硅可以提高球铁的液态流动性和降低液态铁的表面张力，从而改善球铁的铸造性能。

此外，硅还可以提高球铁的延展性和耐温性，降低热膨胀系数，减少热应力的产生。

硅还可以降低球铁的磁性，并提高球铁的热导率和电导率。

第四个元素是锰（Mn），锰是球铁的一种重要合金元素。

锰的含量通常在0.5%-1.2%之间。

锰可以提高球铁的强度和耐磨性，并有利于球铁的热处理。

锰还可以改善球铁的韧性和断裂特性，降低球铁的贝氏体组织的硬度，并减少白口的产生。

锰还可以提高球铁的耐蚀性，尤其对于抵抗酸性介质的腐蚀有较好的效果。

此外，锰还可以抑制渗碳作用，降低球铁的碳含量。

最后一个元素是硫（S），硫是球铁中的杂质元素。

硫的含量通常在0.02%-0.1%之间。

硫对球铁的性能影响较大，过高的硫含量会降低球铁的塑性和韧性，并增加晶界脆性和热脆性。

此外，硫还容易形成夹杂物，对球铁的力学性能和表面质量产生不利影响。

因此，制造球铁时需要控制硫的含量，尽量减少硫的存在。

奥贝球铁工艺性能分析由于等温淬火球铁(ADI)优越可靠的静力学和动力学性能，以及降噪音的独特优势和兼具低成本的吸引力，使其在汽车、机械、建材、铁路、农机、军工、冶金、矿山等机械发挥着越来越重要的作用。

近年来，欧美发达国家的各类等淬球铁件产量正以每年15%的速度飞速增长，并且随着研究的不断深入，应用领域不断扩大，被称为“21世纪最具发展前景的金属材料”。

ADI高的强度/重量比是十分吸引人的，在合适的设计下，用ADI代替铝件可使零件重量相等或更轻。

在北美ADI 代替钢可节省30%以上。

ADI的模量是铝的2～3倍，屈服强度是铝的3倍，疲劳或强度是铝的5倍，而且具有良好的减震降噪效果。

ADI的研究和生产集中在三个主要问题：一是用于进行ADI处理的球铁铸件的生产，二是热处理（等温处理），三是ADI的性能。

所有影响铸态球铁的因素都影响ADI，有质量好的球铁才能有优质的ADI，生产ADI和铸态球铁的关键是要求球墨铸铁具有：稳定的化学成分；石墨球数不低于100个/cm2，球化率不低于90%，碳化物及夹杂不高于0.5%，显微缩松不高于1%，珠光体/铁素体的比例恒定。

只有在稳定的化学成分下才能有确定的热处理规范。

最终的组织是无碳化合物析出的针状组织。

奥氏体等温转变反应过程：第一阶段：工件淬入奥氏体等温盐浴中，起初，奥氏体无变化，短暂孕育期，针状铁素体在奥氏体中生长（增加奥氏体中含碳量），20～30min后，奥氏体中的碳增至1.2～1.6%（室温稳定，力学上不稳定，温度下降会转娈成马氏体），保温1～2小时后，奥氏体中的碳量增至1.8～2.2%（富碳奥氏体，热力学、力学上都稳定，理想的ADI组织），此时，ADI中高碳稳定奥氏体有两种形态：一是存在于针状铁素体之间的近似于等轴形的块状铁素体，二是存在于针状铁素体之间的薄片形的条状铁素体；第二阶段：铸件在盐浴中保温超过2～3小时后，高碳奥氏体将分解为更加稳定的铁素体和碳化物，碳化物的出现对ADI力学性能有害，主要是降低伸长率和韧性。

奥贝球铁ADI的调研报告一、什么是奥贝球铁（ADI）？等温淬火球墨铸铁（Austempered ductile iron, ADI）通常称为奥贝球铁，是球墨铸铁经等温淬火工艺得到的奥氏体+贝氏体组织为主的高强度铸铁。

球墨铸铁：铁素体+珠光体+石墨球ADI：贝氏体（针状铁素体）+残余奥氏体★球墨铸铁：球化率1-3级，球径大小：6-7级；★ADI中，针状铁素体和残余奥氏体的组织粗细及比例决定了铸铁不同的力学性能。

二、奥贝球铁有哪些优异的性能？2.1 优异的机械性能★高强度。

同样延伸率下，其强度是普通球墨铸铁的2倍；优于或者相当于碳钢、低合金钢的强度。

等温淬火热处理工艺★高硬度。

大大高于普通球墨铸铁，与中高碳钢相当。

★优越的耐磨性，优越的疲劳强度和断裂韧性，减震吸音性好等，这些特点使得ADI已经代替锰钢、合金钢等应用于车辆、工程机械上。

2.2 优越的材料性能★比重小。

因为含有一定量的石墨，密度约为7.1g/cm3，同样尺寸的零件较钢件轻10%左右。

★成本低。

相比锻件、焊接件等，ADI材料具有优良的铸造性，能够制造出实际形状和尺寸更接近设计要求的无余量零件，既降低了材料成本，也节省了加工成本。

三、如何得到奥贝球铁，其原理如何？3.1 普通球墨铸铁选择合适的化学成分，熔炼→球化→孕育，得到普通球墨铸铁。

3.2 等温淬火工艺★A→B：P+α-Fe→γ-Fe.奥氏体化（＞A C1）：相变，碳的扩散；★B→C：奥氏体均匀化，碳的扩散；★C→D：淬火，避免得到珠光体★D→E：γ-Fe→下贝氏体（针状铁素体）+A残（残余奥氏体）等温淬火：温度、时间★E→F：空冷。

可能存在残余奥氏体的转化。

3.3分析★设备条件：密闭进行，防止加热过程中铸件与外界反应，影响组织与性能；加热炉与盐浴炉控制稳定：加热过程中铸件变化稳定、可预见，便于设计铸件尺寸。

★淬火介质：常用的热处理淬火介质有：油、气体、熔盐等。

➢油：不能长时间在280度以上工作，不适用于ADI的制备；➢气体：要求：防腐蚀、防氧化；冷却效率低；➢熔盐：优点：温度控制范围宽，操作简单；缺点：腐蚀性、污染环境、铸件需要清洗；常用的淬火介质：（1）55%硝酸钾+45%亚硝酸钠，熔点143℃，应用温度范围：160-550℃；（2）50%硝酸钠+50%硝酸钾，熔点220℃，应用温度范围：280-550℃.四、工艺关键点及其影响4.1 化学成分★化学成分对于ADI组织和性能的影响主要有以下三个方面：（1）偏析；（2）等温处理时ADI组织对时间的敏感性；（3）淬透性；★主要化学元素的影响作用简述及建议值：碳元素：碳能稳定奥氏体；含碳量过高会造成石墨漂浮；建议值：3.5-3.7%硅元素：硅在等温淬火转变时抑制碳化物的析出而产生更多的针状铁素体,并且在等温淬火球墨铸铁中含有更高的硅量可以改善韧性和具有较宽的热处理工艺带。

球铁700-2五大元素球铁是一种常见的铸造材料，由于其具有优异的力学性能和耐腐蚀性，在工业领域得到广泛应用。

球铁的化学成分主要由五大元素组成，分别是碳、硅、锰、硫和磷。

下面将分别介绍这五大元素在球铁中的作用。

第一大元素是碳。

碳是球铁中最主要的元素，其含量通常为2%至4%，可以显著影响球铁的性能。

碳存在于球铁中的形态有两种，一种是自由碳形成的石墨，另一种是溶解在铁基体中的碳。

自由碳的存在可以增强球铁的韧性，起到防止裂纹扩展的作用；而溶解在铁基体中的碳可以增加球铁的硬度和强度，同时降低球铁的塑性。

第二大元素是硅。

硅是球铁中的第二主要元素，其含量通常为1%至3%。

硅主要存在于铁基体中，可以增加球铁的热膨胀系数和热传导性能，从而提高球铁的耐热性。

此外，硅还能够抑制碳的溶解度，减少碳的析出，增加球铁的强度和硬度。

第三大元素是锰。

锰通常以合金形式存在于球铁中，其含量通常为0.1%至1%。

锰可以改善球铁的机械性能，提高其强度和硬度，并且还能够增加球铁的磁导率。

此外，锰还能够提高球铁的耐磨性和韧性，延长球铁的使用寿命。

第四大元素是硫。

硫是球铁中的一种有害元素，其含量必须控制在一定范围内。

过高的硫含量会导致球铁中出现硫化物，使球铁的塑性和韧性急剧降低，从而降低球铁的综合性能。

因此，在球铁的生产过程中，必须严格控制硫的含量，以保证球铁的质量。

第五大元素是磷。

磷是球铁中的另一种有害元素，其含量也需要严格控制。

过高的磷含量会导致球铁中出现磷化物，使球铁的塑性和韧性降低，从而影响球铁的使用性能。

因此，在球铁的生产过程中，也需要控制磷的含量。

综上所述，球铁的化学成分主要由碳、硅、锰、硫和磷组成。

这五大元素在球铁中的含量和存在形式会直接影响球铁的性能。

合理控制这五大元素的含量，可以提高球铁的强度、硬度、韧性和耐热性，从而满足不同工业领域对球铁材料的需求。

奥贝球铁件组织、性能与热处理方法简介近两年计量理化室陆续接到材料牌号为A-B QT900-7（奥贝球铁）的铸铁件在安装过程或售后出现质量问题的情况反馈，要求理化室进行失效分析，如：左下支架—第二前减震器。

分析过程中我们发现相关部门及配套生产厂对该牌号铸铁了解甚少，实际送来检验的失效件都是普通球铁（铁素体球铁），没有一例是奥贝球铁。

下面我将对奥贝球铁材料的组织、性能及热处理方法做一简单介绍。

一、奥贝球铁：奥贝球铁是铸造业技术发展的趋势，因其综合机械性能远超现有同类材料，大幅度地降低材料消耗，提高产品质量和寿命，同时价格与同类钢件相比低很多，所以欧美等发达国家已在汽车关键零部件、机械矿山、火车零部件等领域广泛应用。

我们遇到的A-B QT900-7牌号，只是奥贝球铁的一种。

“A-B”是奥氏体和贝氏体组织的简称，表明该球铁的基体组织为奥氏体+贝氏体，以示与其它球铁的区别；“QT 900-7”表明该牌号的球铁抗拉强度要达到900N/mm2以上，延伸率达到7%以上。

我厂常用的铁素铁球铁抗拉强度在450 N/mm2左右，延伸率在10%-15%。

由此可见，奥贝球铁材料具有较高的抗拉强度，较好的综合力学性能。

二、奥贝球铁的热处理工艺：球墨铸铁的一个优点就是可以像钢一样利用各种热处理方法改善金属基体组织，达到提高机械性能的目的。

奥贝球铁就是在铸造得到球墨铸铁后，又对球墨铸铁进行了等温淬火热处理后得到的。

等淬热处理使球墨铸铁的基体组织由铁素铁+珠光体转变成奥氏体+贝氏体，从而提高了机械性能。

奥贝球铁的热处理工艺一般是：在900℃左右保温一段时间，使基体组织奥氏体化，然后再在300℃左右温度等温一段时间（一般在硝盐炉中进行等淬），然后空冷完成的。

不同牌号的奥贝球铁等淬温度不同。

三、奥贝球铁件的质量检验：目前对奥贝球铁件的质量检验，我们依据的是集团公司标准Q/CAYJS-25-1998《奥氏体-贝氏体球墨铸铁铸件技术条件》。

几种主要元素对球铁的影响[ 录入者:admin | 时间:2008-01-04 12:59:45 | 作者: | 来源: | 浏览:584次] 碳碳促进石墨化，减小白口倾向，即减少渗碳体、球光体、三元磷共晶，增加铁素体，因而降低硬度，改善加工性。

碳促进镁吸收率的提高，改善球化。

它改善韧性，使脆性转变温度略有降低。

由于石墨呈球状，适当提高含碳量并不削弱力学性能。

碳改善流动性，增加凝固时的体积膨胀。

CE4.6～4.7%时流动性最好，凝固时体积膨胀大，铸型刚度大时促使减少缩松，刚度小时则增加缩松。

碳提高吸振性、减摩性、导热性。

含碳量过高引起石墨漂浮，恶化力学性能。

硅硅是孕育剂的主体，是促进石墨化的元素，在铁水中提高碳的活度，使铁水中形成高硅浓度和过冷小区而起到孕育作用，硅同时也是一个“运载工具”，将其它“活性元素”带入到铁水中去，高硅浓度小区和过冷小区的出现也为其它元素发挥作用创造条件。

其实，这些添加元素在单独微量使用时，几乎也都是孕育元素，能抑制白口，改善组织，提高性能。

锰锰在一次结晶过程中强烈增加渗碳体稳定性，促进形成(Fe、Mｎ)3C。

少量的锰可以作为合金元素而发挥作用。

此时，锰的作用就是形成碳化物和珠光体。

在球铁凝固时，锰使白口倾向增加。

由于球铁具有粥样的凝固方式及白口倾向。

为此，要尽量把球铁的含锰量保持在最低的水平。

磷磷是随金属炉料（生铁、废钢、回炉料、铁合金等）进入球墨铸铁中的，磷不影响球化，却是有害元素，它可以溶解在铁液中，降低铁碳合金的共晶含碳量，其降低的碳量相当于它含量的1/3。

P＞0.05%时易偏析于共晶团边界形成二元或三元、复合磷共晶，严重恶化力学性能。

磷有微弱的石墨化作用。

硫硫是反石墨化元素，属于有害杂质。

它随金属炉料、燃料带入球墨铸铁中，因而，在球墨铸铁中总有一些硫。

硫与镁、稀土亲和力很强，消耗铁液中的球化元素镁和稀土形成MgS、RES渣。

由于硫的消耗作用使有效的残留球化元素含量过低则降低球化率。

各种元素对铸铁组织性能的影响铸铁是一种重要的铁碳合金，通常含有2%至4%的碳。

不同元素的添加会对铸铁的组织性能产生影响，以下是各种元素对铸铁组织性能的影响:1.碳(C)：碳是铸铁最主要的合金元素，会显著影响铸铁的组织和性能。

增加碳含量可以提高铸铁的脆性和硬度，但会降低其延展性和韧性。

2.硅(Si)：硅是一种强化元素，可以提高铸铁的强度和硬度。

适量的硅含量也可以提高铸铁的耐磨性和耐蚀性。

然而，过量的硅会导致晶体生长，使铸铁易于开裂。

3.锰(Mn)：锰可以提高铸铁的强度和硬度，同时还有助于抑制碳的析出，提高铸铁的韧性。

合适的锰含量有助于改善铸铁的高温性能。

4.磷(P)：磷可以增加铸铁的流动性和液相温度，有助于减小铸铁的热收缩。

然而，过量的磷会降低铸铁的韧性和强度。

5.硫(S)：硫可以改善铸铁的切削性能和润滑性。

适量的硫可以提高铸铁的耐磨性和切削性能，但过量的硫会导致铸铁变脆。

6.镍(Ni)：镍可以提高铸铁的韧性和强度，并增加其抗冲击性能。

含镍的铸铁具有良好的耐腐蚀性和高温稳定性。

7.钼(Mo)：钼可以提高铸铁的硬度、强度和耐磨性。

钼的添加还可以改善铸铁的高温强度和韧性。

8.铬(Cr)：铬可以提高铸铁的耐磨性、耐蚀性和高温强度。

含铬的铸铁具有良好的耐磨性和耐热性。

9.钒(V)：钒可以提高铸铁的高温强度和硬度，同时还具有抗疲劳和抗磨损的特性。

10.钛(Ti)：钛可以提高铸铁的强度、硬度和耐磨性。

含钛的铸铁还具有很好的耐腐蚀性。

总的来说，不同元素的添加会对铸铁的组织和性能产生不同程度的影响。

合理调控元素含量可以改善铸铁的性能，并使其适应不同的应用场合。

然而，过量的元素含量会导致铸铁的性能恶化，因此在合金设计过程中需要进行合理的组成设计。

球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响球墨铸铁简介：球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。

球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。

球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。

所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。

析出的石墨呈球形的铸铁。

球状石墨对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90％，抗拉强度可达120kgf/mm2，并且具有良好的韧性。

球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.6～3.8％，含硅量2.0～3.0％，含锰、磷、硫总量不超过1.5％和适量的稀土、镁等球化剂。

制造步骤：（一）严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量（二）铁液出炉温度比灰铸铁更高，以补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失（三）进行球化处理，即往铁液中添加球化剂（四）加入孕育剂进行孕育处理（五）球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，合理应用冒口，冷铁，采用顺序凝固原则（六）进行热处理磷是一种有害元素。

它在铸铁中溶解度极低，当其含量小于0.05%时，固溶于基体中，对力学性能几乎没有影响。

当含量大于0.05%时，磷极易偏析于共晶团边界，形成二元、三元或复合磷共晶，降低铸铁的韧性。

磷提高铸铁的韧脆性转变温度，当含磷量增加时，韧脆性转变温度就会提高。

5、锰的作用和影响球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性，帮助形成炭化锰、炭化铁。

这些碳化物偏析于晶界，对球墨铸铁的韧性影响很大。

锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度，锰含量每增加0.1%，脆性转变温度提高10～12℃。

因此，球墨铸铁中锰含量一般是愈低愈好，即使珠光体球墨铸铁，锰含量也不宜超过0.4～0.6%。

锰对奥贝球铁组织和性能的影响
赵伯fan
【期刊名称】《球铁》
【年(卷),期】1991(000)002
【总页数】4页(P22-25)
【作者】赵伯fan
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TG143.5
【相关文献】
1.锰对奥贝球铁性能的影响 [J], 席俊杰;吴中
2.非合金奥贝球铁中锰的偏析行为及其对性能的影响 [J], 刘生发
3.原始组织对等温淬火后奥贝球铁组织与性能的影响 [J], 吴勇生
4.锰对奥—贝球铁组织白亮区的影响 [J], 梁文心;杨森
5.基于高硅成分的锰对奥贝球铁性能的影响 [J], 席俊杰;吴中
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