高性能奥贝球铁件的生产工艺过程

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710806534.7(22)申请日 2017.09.08(71)申请人 辽宁华岳精工股份有限公司地址 117000 辽宁省本溪市本溪满族自治县小市镇北方曲轴13号（铁东路70号）申请人 大连理工大学(72)发明人 张兴国　蔡勇　周秉文　刘恒乐　孟令刚　孟宪军　亚斌　张国辉　房灿峰　张宝昌　(74)专利代理机构 大连智高专利事务所(特殊普通合伙) 21235代理人 祝诗洋(51)Int.Cl.C22C 37/04(2006.01)C22C 37/10(2006.01)C22C 33/08(2006.01)B22C 9/22(2006.01)C21D 6/00(2006.01)F16C 3/08(2006.01)(54)发明名称一种高性能铸态奥贝球铁及其生产方法和应用(57)摘要本发明提供一种高性能铸态奥贝球铁及其生产方法和应用。

本发明以球墨铸铁壳型铸造为基础，根据铸件尺寸以及脱壳时间限定贝氏体形成元素Mo、Ni和Cu元素的加入量范围，通过对脱壳时间、冷却与保温工艺的精细控制，最终确定适合具有复杂形状特征的铸态奥贝球铁生产方法。

采用本发明方法获得的铸态奥贝球铁具有优良的综合力学性能，抗拉强度超过900MPa、屈服强度不低于600MPa，伸长率大于4％，冲击韧性大于65J/cm 2；铸态下获得的奥贝球铁的布氏硬度为为250～310HBS，满足机械加工的要求。

本发明方法制备的铸态奥贝球铁可用于承受大载荷、安全系数要求高的各种金属部件，尤其适用于高性能发动机曲轴。

权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 107723583 A 2018.02.23C N 107723583A1.一种高性能铸态奥贝球铁，以球墨铸铁为原料，经铸件冷却过程工艺控制而获得，所述球墨铸铁包括下列质量百分比的化学成分：C 3.0-4.5％，Si 2.0-3.5％，Mn 0.2-0.4％，P<0.05％，S<0.02％，Mg<0.06％，Mo 0.3-0.6％，Ni 0.5-2.0％，Cu 0.5-2.0％，余量为Fe。

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。

球铁工艺流程球铁是一种重要的铸造材料，其制备过程被称为球铁工艺流程。

本文将详细介绍球铁工艺流程的各个环节，包括原料准备、炉前处理、熔炼、浇铸、冷却以及后续加工等步骤。

一、原料准备球铁的主要原料是铁矿石和煤炭。

在球铁工艺流程中，首先需要对这些原料进行准备。

铁矿石经过破碎、磨矿等工序得到适当粒度的铁矿粉。

煤炭则经过破碎、筛分、干燥等处理，以提高其燃烧效率。

此外，还需要添加一些辅助原料，如石灰石、脱硫剂等，以调节球铁的成分和性能。

二、炉前处理在球铁工艺流程中，炉前处理是保证球铁质量的重要环节。

首先，需要将原料按照一定比例混合，并进行加热烘干，以提高炉子的热效率。

其次，还需要对原料进行一些物理和化学处理，如除尘、除湿、除硫等，以减少对炉子和环境的污染。

三、熔炼熔炼是球铁工艺流程中最关键的步骤之一。

在高温炉中，将经过炉前处理的原料加入炉内，并加入一定量的石墨和膨润土等添加剂。

通过控制炉温和炉内气氛，使原料逐渐熔化并发生冶金反应。

在这个过程中，会产生大量的炉渣，需要定期去除和处理。

四、浇铸熔融的球铁液经过处理后，需要进行浇铸。

首先，将球铁液倒入预先准备好的铸型中，然后等待其凝固和冷却。

浇铸过程需要控制浇注速度和温度，以避免产生缺陷和应力。

同时，还需要定期检查铸件的质量和尺寸，确保其符合要求。

五、冷却浇铸完成后，铸件需要进行冷却。

冷却过程可以通过自然冷却或辅助冷却设备来实现。

冷却的目的是使铸件逐渐降温，使其内部结构稳定，并减少内部应力。

冷却时间和速度需要根据铸件的尺寸和形状来确定，以确保其质量和性能。

六、后续加工冷却完成后，铸件需要进行后续加工。

这包括去除砂壳、修整尺寸、修复缺陷等操作。

通常还需要进行热处理、机械加工和表面处理等工序，以满足不同应用的要求。

后续加工过程需要严格控制工艺参数和检测质量，以确保最终产品的性能和外观。

球铁工艺流程是一个复杂而严谨的过程，涉及多个环节和工序。

只有在每个环节都严格按照要求进行操作，并进行质量控制和检测，才能生产出优质的球铁产品。

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。

收稿日期:2005212209; 修订日期:2006201220基金项目:湖南省教育厅项目(编号:03C507)作者简介:王振生(19782　),吉林省吉林市人,硕士.从事钢铁冶炼及热处理研究.Em ail :zhsh_w @铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol.27No.4Apr.2006硅锰合金化奥贝球铁的热处理工艺研究王振生1,2,张厚安1,张光业1,彭成章1,吕立华2(1.湖南科技大学机电工程学院,湖南湘潭411201;2.重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)摘要:研究了水+油双液淬火→等温回火的连续冷却热处理工艺对铸件力学性能、残余奥氏体含量、淬透性以及贝氏体组织形貌的影响。

实验结果表明:贝氏体首先以细针状从石墨2基体边缘析出,最终基体组织为大量贝氏体和少量残余奥氏体;随着等温回火温度的升高,铸件的σb 降低,αk 升高,硬度先降低后升高,残余奥氏体含量先升高后降低,在380℃,铸件硬度最低,残余奥氏体含量最高;淬透性与等温回火温度无关。

关键词:奥贝球铁;等温回火;淬透性中图分类号:T G143.5;T G156 文献标识码:A 文章编号:100028365(2006)0420354203S t u d y o n He a t Tr e a t me nt Pr o c e s s of Aus t e nit e 2B ai nit e S p he r oi d alGr ap hit e Ir o n All o y e d wit h Sili c o n a n d Ma n g a ne s eWANG Zhen 2sheng 1,2,ZHANG H ou 2an 1,ZHANG G u ang 2ye 1,PENG Cheng 2zhang 1,L V Li 2hua 2(1.College of Electromechanical E ngineering ,H u ’nan U niversity of Science and T echnology ,Xiangtan 411201,China ;2.College of Materials Science and E ngineering ,Chongqing U niversity ,Chongqing 400044,China)Abs t rac t :The effect of the heat treatment proce ss of water 2oil quench and isothermal temper on themechanical propertie s ,re sidual austenite fraction ,hardenability and the morphology of bainite phase in the austenite 2bainite spheroidal graphite iron was inve stigated.The re sults reveal that the needle 2like bainite phase precipitate at the interface of graphite 2matrix and the final micro structure s are the large amount of the bainite phase and the minor re sidual austenite phase.With the increase of isothermal tempering temperature ,σb decrease s ,whereas A k increase s ;the hardne ss decrease s primarily ,followed by increase s ;the fraction of the re sidual austenite increase s primarily ,then decrease s.At 380℃,the hardne ss is the lowe st and the re sidual austenite content is the large st.The hardenability is irrelevant to the isothermal tempering temperature.Ke y w ords :Austenite 2bainite spheroidal graphite iron ;Isothermal tempering ;Hardenability 要稳定地获得奥贝组织,对于壁厚≥20mm 的铸件必须添加诸如Ni 、Cu 和Mo 等合金元素来提高它的淬透性[1],这使成本增加,因而阻碍了它的推广应用。

奥贝球铁(ADI)等温淬火连续生产线摘要：本文介绍了奥贝球铁(ADI)等温淬火连续生产线的工艺流程和设备配置，分析了该生产线的优点和应用前景，同时探讨了在实际生产中遇到的问题及解决方法。

通过实验验证，证明了该连续生产线能够满足ADI的生产需求，提高了生产效率和产品质量。

关键词：奥贝球铁(ADI)；等温淬火；连续生产；优点；应用前景；问题解决正文：一、引言奥贝球铁(ADI)是一种新型的高性能材料，在汽车、机械、航空航天等领域得到广泛应用。

ADI具有高强度、高硬度、高韧性和良好的阻尼性能等优点，但传统的生产工艺需要多次处理，生产效率低，成本高。

为此，研究开发了ADI等温淬火连续生产线，能够满足生产的需求。

二、工艺流程该生产线主要包括铸造、等温淬火、热处理和最终加工等步骤。

其中，铸造采用真空铸造或压力铸造，制备出ADI毛坯。

等温淬火是该生产线的核心工艺，将毛坯加热至Austenite区，等温保温，然后急速冷却至贝氏体区。

热处理是通过高温回火或的退火处理，调节ADI材料的硬度和韧性，最终加工则通过机械加工或表面处理等方法进行。

三、设备配置该生产线主要包括：真空或压力铸造设备、等温淬火炉、热处理炉、自动化输送系统、质量检验设备等。

其中，等温淬火炉采用先进的控温系统，保证温度控制精度高，急冷系统采用液氮等媒介，快速降温速率能够达到50℃/s以上。

四、优点和应用前景①生产效率高：该生产线可以实现自动化连续生产，缩短生产周期，提高生产效率。

②产品性能优良：针对不同要求，可以进行适当的热处理和淬火，从而提高产品的硬度、韧性和阻尼性能。

③应用前景广泛：ADI具有强度高、韧性好、耐磨性能强等优点，可广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域，具有发展潜力。

五、问题与解决在实际生产中，主要遇到以下问题：①等温淬火温度不均匀：采用高精度温控系统和优化的急冷方式，解决了这一问题。

②等温保温时间难以控制：采用先进的生产管理系统，实现对等温保温时间的精确控制。

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》。