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新型耐磨材料——含碳化物的等温淬火球墨铸铁摘要：CADI是一种新型耐磨材料，具有较高的耐磨性和较好的强韧性，广泛应用于机械制造领域，越来越收到人们的重视。
本文详细介绍了CADI的主要元素的作用及其含量范围、等温淬火热处理工艺、CAD I显微组织和性能特点，并举例说明了CADI在矿山和农机等上面的应用。
关键词：耐磨材料CADI 等温淬火奥铁体1、我国耐磨材料现状在冶金、矿山、港口、电力、煤炭、建材及军事等各个工业门中，许多工件及设备由于磨损而迅速失效。
材料磨损虽然很少引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失却是相当惊人的。
2004 年北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示，磨损损失了世界一次能源的三分之一。
我国每年因磨损造成的经济损失在1000 亿元人民币以上，仅磨料磨损每年就要消耗30 多万吨金属耐磨材料，且还以每年15%的速度在增长。
高寿命耐磨材料的研制和使用，关系到国民经济的长期稳定发展。
我国常使用的耐磨材料有普通白口铸铁、高锰钢、镍硬铸铁和铬系白口铸铁，然而他们都有自己的缺点，在使用过程中常常达不到理想的效果。
普通白口铸铁韧性较低，高锰钢在低冲击载荷下加工硬化能力差，高铬铸铁在腐蚀性介质的湿磨损条件下耐磨优势不大。
但是，有一种新型耐磨材料能够克服这些缺点，而且它具有较高的强韧性、耐磨性和良好的综合力学性能。
这种新型耐磨材料就是含碳化物的等温淬火球墨铸铁，即CADI,本文对其进行了介绍。
2、CADI的制备CADI 的制备主要分为两个步骤。
第一步，要熔炼浇注出合格的球铁毛坯试样，在熔炼时要注意获得较高的球化率和一定的碳化物含量，材料的化学成分设计也十分重要。
第二步，对试样进行等温淬火热处理。
2.1化学成分熔炼时加入合金的目的第一是增加淬透性，能保证等温淬火时组织的均匀性。
第二是改变低碳球铁 C 曲线的形状和位置，让 C 曲线右移，并使其形状变为具有2个鼻子、贝氏体转变区鼻子突出的S曲线。
另外，与ADI相比较，CADI 中含有碳化物，所以在成分设计时要加入一些碳化物形成元素如Cr等。
奥氏体球墨铸铁一、什么是奥氏体球墨铸铁？奥氏体球墨铸铁，简称球墨铸铁，是以铁、石墨球和碳元素为主要组成元素的一种铸铁材料。
与普通铸铁相比，球墨铸铁具有高强度、高韧性和良好的塑性等优点，广泛应用于机械制造、汽车制造、铁路工程等领域。
二、球墨铸铁的制造工艺球墨铸铁的制造过程主要包括熔炼、浇注和固态处理等环节。
1. 熔炼球墨铸铁的熔炼是将生铁、废钢、废铁和合金料等原材料按一定配比加入高炉或电炉中进行冶炼。
在熔化过程中，通过加入一定比例的稀土元素（如镁、钇等），使铁水中的碳以球状石墨形式析出，从而形成球墨铸铁。
2. 浇注熔炼后的铁水经过净化处理，去除杂质后，通过浇注到预先设计好的铸型中。
在浇注过程中，需要控制合适的浇注温度和速度，以确保铸件的质量。
3. 固态处理浇注后的球墨铸铁需要经过固态处理过程，使其结构由铁素体向奥氏体转变，从而提高材料的强度和硬度。
常用的固态处理方法有退火、正火和淬火等。
三、球墨铸铁的应用领域球墨铸铁以其优良的性能，被广泛应用于多个领域。
1. 机械制造领域球墨铸铁的高强度和耐磨性使其成为机械制造中不可或缺的材料。
它可以用于制造各种机械零件，如发动机缸体、汽车曲轴箱、工程机械零件等。
2. 汽车制造领域球墨铸铁在汽车制造中扮演着重要的角色。
它可以用于制造汽车发动机缸体、曲轴箱、制动系统零件等。
球墨铸铁的高强度和耐磨性使汽车零件能够承受高温、高压和高速的工作条件。
3. 铁路工程领域球墨铸铁可以用于制造铁路车辆的车轮、车轴和悬挂系统等重要零件。
它的高强度和耐磨性使铁路车辆能够在重负荷和恶劣工况下安全稳定地运行。
4. 其他领域除了上述领域，球墨铸铁还广泛应用于矿山设备、农业机械、建筑工程等领域。
它的优良性能和可靠性使其成为工业生产中的重要材料。
四、球墨铸铁的发展前景随着工业技术的不断进步和需求的增加，球墨铸铁的应用前景非常广阔。
首先，随着汽车工业的快速发展，球墨铸铁在汽车制造中的需求将继续增加。
一、时效铸造过程中铸铁件由表及里冷却速度不一样，形成铸造内应力，若不消除,在切削加工及使用过程中它会使零件变形甚至开裂。
为释放应力常采用人工时效及自然时效两种办法。
将铸件加热到大约500~560°C保温一定时间，接着随炉冷取出铸件空冷，这种时效为人工时效；自然时效是将铸铁件存放在室外6-18个月，让应力自然释放，这种时效可将应力部分释放，但因用的时间长，效率低，已不太采用。
二、改善铸铁件整体性能为目的热处理为改善铸铁件整体性能常有消除白口退火，提高韧性的球墨铸铁退火，提高球墨铸铁强度的正火、淬火等。
1、消除白口退火普通灰口铸铁或球墨铸件表面或薄壁处在铸造过程中因冷却速度过快出现白口，铸铁件无法切削加工。
为消除白口降低硬度常将这类铸铁件重新加热到共析温度以上（通常880~900C）,并保温l~2h（若铸铁Si含量高，时间可短）进行退火，渗碳体分解为石墨，再将铸铁件缓慢冷却至400℃-500°C出炉空冷。
在温度700-780C,即共析温度附近不宜冷速太慢，以便渗碳体过多的转变为石墨，降低了铸铁件强度。
2、提高韧性的球墨铸铁退火球墨铸铁在铸造过程中此普通灰口铸铁的白口倾向大，内应力也较大，铸铁件很难得到纯粹的铁素体或珠光体基体，为提高铸铁件的延性或韧性,常将铸铁件重新加热到900-95OC并保温足够时间进行高温退火，再炉冷到600C出炉变冷。
过程中基体中的渗碳体分解出石墨，自奥氏体中析出石墨，这些石墨集聚于原球状石墨周围，基体全转换为铁素体。
若铸态组织由（铁素体+珠光体）基体，以及球状石墨组成，为提高韧性，只需将珠光体中渗碳体分解转换为铁素体及球状石墨，为此将铸铁件重新加热到700-76Oe的共析温度上下经保温后炉冷至600℃出炉变冷。
3、提高球墨铸铁强度的正火球墨铸铁正火的目的是将基体组织转换为细的珠光体组织。
工艺过程是将基体为铁素体及珠光体的球墨铸铁件重新加热到850-9OCrC温度，原铁素体及珠光体转换为奥氏体，并有部分球状石墨溶解于奥氏体，经保温后空冷奥氏体转变为细珠光体，因此铸件的强度提高。
机车车辆用球墨铸铁件通用技术条件一、概述1. 球墨铸铁件是机车车辆的重要组成部分，主要用于制造车轮、车轴、铸铁横梁等零部件。
2. 为了确保机车车辆的安全性和稳定性，球墨铸铁件的技术条件需符合一定标准和要求。
二、产品范围1. 适用范围：本技术条件适用于机车、车辆用球墨铸铁件的设计、制造和检验。
2. 产品包括但不限于车轮、车轴、铸铁横梁、曲柄、销轴、摇杆等零部件。
三、材料要求1. 材料种类：球墨铸铁件的母材应符合GB/T 1348的规定，应采用含碳量高、球化率好的球墨铸铁材料。
2. 材料性能：材料应具有较高的强度、硬度、韧性和耐磨性，满足机车车辆的使用要求。
四、工艺要求1. 熔炼工艺：采用高频感应炉、中频电炉或电弧炉进行熔炼，保证材料的均匀性和纯净度。
2. 浇注工艺：采用自动化、精密化的浇注设备进行铸造，保证铸件的密度和无气孔、夹渣等缺陷。
五、外观要求1. 表面平整度：表面不得有明显的凹凸、裂纹等缺陷，保证外观质量。
2. 表面清洁度：表面不得沾有铁屑、油污等杂质，保证铸件的清洁度。
六、尺寸要求1. 全尺寸精度：按照设计要求进行尺寸检验，保证球墨铸铁件的准确性和稳定性。
2. 重量要求：球墨铸铁件的重量应符合设计要求，不得超过或低于标准重量。
七、机械性能要求1. 强度：球墨铸铁件的抗拉强度、屈服强度、延伸率等机械性能指标应符合相关标准。
2. 硬度：表面硬度和心部硬度应符合设计要求，保证零部件的使用寿命和稳定性。
八、表面质量检验1. 表面检验：采用目视、手感和放大镜等工具对球墨铸铁件的表面质量进行检验。
2. 探伤检验：采用超声波、X射线或磁粉探伤等技术对铸件进行内部缺陷检测。
九、检验方法1. 检验设备：应配备齐全的检测设备，包括硬度计、三坐标测量仪、金相显微镜等。
2. 检验程序：按照相关标准和规定执行检验程序，确保球墨铸铁件的质量可控。
十、贮存和包装要求1. 贮存条件：球墨铸铁件应存放在干燥、通风、无腐蚀性气体的仓库中。
Ａｕｇ．２０１１
Ｖｏｆ．６０ ＮＯ．８
铸 造
ＦＯＵＮＤＲＹ
等温淬火球墨铸铁在汽车底盘悬架类零件上的应用
曾圣湖，黄建成，武炳焕
（东风汽车有限公司东风商用车公司铸造二厂，湖北十堰４４２０１３）
摘要：对某车型上底盘悬架类零件进行轻量化设计，由铸钢件改用等温淬火球墨铸铁件。通过对原材料、铸造和热处
理等工艺过程的严格控制，力学性能稳定达到了ＡＳＴＭＡ８９７／Ａ８９７Ｍ一０６Ｇｒａｄｅ １０５０—７５０．７要求，并实现了小批量生产。
从试制及装车路试情况来看，满足了所设计的性能要求，零件重量减少了３９．６％，并在后续改进中，进一步增加等温淬
火球墨铸铁件数量，整车的等温淬火球墨铸铁件重量达到了５５０．４ ｋｇ。
关键词：ＡＤＩ；悬架；力学性能；轻量化
中图分类号：ＴＧ２５５文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—４９７７（２０１１）０８—０８１７—０３
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｕｓｔｅｍ ｐｅｒｅｄ Ｄｕｃｔｉｌｅ Ｉ ｒｏｎ ｔｏ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｃｏｍ ｐｏｎｅｎｔｓ
ＺＥＮＧ Ｓｈｅｎｇ．ｈｕ．ＨＵＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｃｈｅｎｇ，ＷＵ Ｂｉｎｇ．ｈｕａｎ
（ＮＯ．２ ＣｏｍｍｅｒｃｉａＩ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｐｌａｎｔ，Ｄｏｎｇｆｅｎｇ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｙａｎ ４４２０１ ３，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｕｐｐｅｒ ｃｈａｓｓｉｓ ｆｒａｍｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｐａｒｔ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．ｕｓｉｎｇ ａｕｓｔｅｍｐｅｒｅｄ
ｄｕｃｔｉｌｅ ｉｒｏｎ（ＡＤＩ）ｃａｓｔｉｎｇ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｓｔｅｅＩ ｃａｓｔｉｎｇ．Ｂｙ ｓｔｒｉｃｔｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａＩ ａｎｄ ｆｏｕｎｄｒｙ
ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｓａｔｉｓｆｉｅｓ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ
ＡＳＴＭ Ａ８ｇ７／Ａ８９７Ｍ—Ｏ６ ｇｒａｄｅ １ ０５０—７５０—７．ａｎｄ ｔｈｅ ｐｉｌｏｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｔｒｉａＩ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ。ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ
ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ３９．６％．Ａｆｔｅｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＡＤＩ ｃａｓｔｉｎｇｓ ｗａｓ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ａｌＩ ＡＤＩ ｃａｓｔｉｎｇｓ ｉｎ ａｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｒｅａｃｈｅｄ ５５０．４ ｋｇ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＤＩ：ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａＩ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ
近年来，我国对汽车排放要求越来越严格，在采用
计重收费、燃油价格攀升的情况下，如何减轻车辆白重，
同时又要保证车辆本身足够的强度，对汽车行业尤其是
商用车具有越来越重要的意义。等温淬火球墨铸铁（简
称ＡＤＩ）由于具有优异的强度、塑性和韧性方面的综合
力学性能，引起研发人员的重视。东风汽车集团有限公
司技术中心对某车型改型时，为强化车体，提高车辆运
载能力、通过陛和稳定性，对悬架类零件进行轻量化设
计，由以前铸钢件改用ＡＤ 牛，并针ＸＣＡＤＩ；￣２ｆ料的性能特
点，对１ ４个悬架类零件重新进行结构设计，使其力学性
能达￣ＩＪＡＳＴＭ Ａ８９７／Ａ８９７Ｍ一０６ Ｇｒａｄｅ １０５０．７５０．７。通过
对生产原材料、熔炼、球化、孕育等严格控制，生产
出合乎要求的优质毛坯，热处理后，所生产的所有批
次铸件性能均一次性达到了设计要求，零件装车路试
情况良好。
１铸件性能要求
该系列悬架类零件，选用ＡＳＴＭ Ａ８９７／Ａ８９７Ｍ一０６ Ｇｒａｄｅ １０５０．７５０ ７牌号，力学性能见表１。 表ｌ铸件力学性能要求 Ｔａｂｌｅ １ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ２铸件毛坯要求 高质量的球铁毛坯是稳定生产高性能ＡＤＩ件的基 础。铸件毛坯要求化学成分稳定，铸件石墨球化孕育 好，组织致密、健全，没有非金属夹杂物、碳化物、缩 松、夹渣和气孔等铸造缺陷。ＡＳＴＭ Ａ８９７／Ａ８９７Ｍ．０６及 ＳＡＥ Ｊ２４７７—０４标准对化学成分、碳当量、金相提出了较 为明确的要求。 球化及石墨球数。石墨球数：最少１００个／ｍｍ ，推 荐１５０个／ｍｍ ，其数量越多越好。球化级别：球化率 ８５％以上，最好９０％以上。为达到要求，采用高镁芯线 进行喂丝球化，高效孕育剂进行随流孕育。 基体组织：热变形与原始组织关系明显，不同基 体组织热变形不同，尽量要保证组织稳定均匀。为降
低加工难度，拟采用先加工后热处理工艺，热变形要
收稿日期：２０１０—０７—２０收到初稿，２０１１－０４—２０收到修订稿。
作者简介：曾圣湖（１９７９一），男，工程师，主要从事铸造现场工艺工作。Ｅ．ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｓｈｅｎｇｈｕ＠ｄｆ１．ｃｏｍ．ｃｎ
・
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尽量降低，采取严格控制化学成分和冷却速度的措施，
减少基体组织波动。
化学成分、碳当量则参考ＡＳＴＭ Ａ８９７／Ａ８９７Ｍ一０６
对各种化学成分的推荐值，具体见表２，表３。为降低
微量元素的不利影响，采用高纯生铁及废钢。
表２铸件化学成分控制要求
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔａｒｇｅｔｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒａｎｇｅｓ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ
表３碳当量与壁厚关系
Ｔａｂｌｅ ３ Ｃａｒｂｏｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｒａｎｇｅｓ ｆｏｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｉｚｅｓ
壁厚，ｍｍ ＣＥ／％
ｏ￣１３
１３￣５１
≥５ｌ
３铸造工艺
鉴于生产的数量，采用湿型砂手工造型，０．５ ｔ中
频炉进行熔炼。主要工艺控制措施如下。
（１）原材料控制。为控制各种微量元素含量，采
用高纯生铁和废钢。有关成分见表４、表５。
表４生铁成分
Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｇ ｉｒｏｎ
牌号Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｃｒ Ｍｏ Ｖ Ｔｉ
ＱｌＯ≥４．２≤１．ｏｏ≤Ｏ．３０≤０．０５≤Ｏ．０３≤０．０１５≤０．Ｏ１≤Ｏ．０３０≤０．０３５
０．４５ ０．０１０ ０．４５ ０．０２３ ０．０２０ ０．０２０ ０．００３ ６ ０．０１４ ０．００５ ０．００７ ０．００３ ５
（２）球化孕育。采用高镁芯线喂丝球化，芯线加
人量０．８５％，技术参数见表６。采用高效孕育剂随流孕
育，成分见表７。
表６包芯线技术参数
Ｔａｂｌｅ ６ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｒｅｄ－ｗｉｒｅ
类型 规格ＲＥ／％Ｃａ／％Ｍｇ／％Ｓｉ／％ＭｇＯ／％Ｆｅ线重／（ｇ・ｍ ）
包芯线中１３ ｍｍ ２－－４ ２～５ ２６～３２ ４２ ８≤２．５余量 ３６０ ４２０
（３）材质成分设定。根据铸件毛坯的各种成分要 求，为提高淬透性，需要添加一定量的Ｃｕ，成分工艺 控制范围按表８控制。 表７高效随流孕育剂成分 Ｔａｂｌｅ ７ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌ－ｓｔｒｅａｍ ｉｎｏｃｕｉａｎｔ 表８工艺控制范围 Ｔａｂｌｅ ８ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｒａｎｇｅｓ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ 铸件最大壁厚 ，ｍｍ Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｃｕ １５≤Ｘ≤２Ｏ ３．５￣３．７ ２－３～２．７ ０．２５－０＿３５≤０．０４≤０．０２ ０．４５￣０ ５５ ２０＜Ｘ≤３０ ３．５～３．７ ２．３－２．７ ０．２５～０＿３５≤０．０４≤０．Ｏ２ ０．７￣０．８ （４）冷却方式。通过控制开箱时间，来控制冷却 速度，减少因冷速不同对基体组织的影响。 ４热处理 热处理过程由拥有国际先进热处理设备及丰富热 处理经验技术的专业厂家负责。由于采用先进热处理 设备及工艺，很大程度地减少了铸件在热处理过程的 变形和氧化，铸件加工后进行热处理，也能保证尺寸 精度，这也解决了加工问题。 ５成品性能 该系列零件在加工后进行热处理，随炉试棒检测结 果见表９，并对铸件本体硬度进行检测，数据见表１０。 多个批次生产的铸件，其性能均符合要求，稳定性非常 好。图１是随炉试棒的金相组织。 表９随炉试棒性能 Ｔａｂｌｅ ９ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｂａｒ ｃｏｏｌｅｄ ｉｎ ｆｕｒｎａｃｅ ６轻量化效果 从装车路试情况来看，该系列零件均达到了设计 要求，部分铸件结构、减重情况前后对比，见图２川。
改用ＡＤＩ后，个别零件比铸钢件要重，总体重量则大
幅减轻，该系列零件整车的总重量由６３０．６２ ｋｇ减少到
６ ６ ５
４
４ ３ ３
４ ４ ４
