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发表于 2010-5-9 22:43:20
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来自： 中国广东广州
ADI材料概述 上世纪30年代初，E·S·Davenpon和E·C·Bain在研究钢的冷却速度与性能的关系时，发现钢在奥氏体处理后并经一定温度保持，得到针状铁素体和一定介面上沉淀的碳化物共析组织，具有良好的综合性能。这种组织后来被称为贝氏体。在较低温度保持，形成针状铁素体和铁索体内部一定晶面上沉淀的碳化物的混合物成为下贝氏体。在较高温度保持，形成板条状铁素体和板条周围沉淀的碳化物的混合物组织称为上贝氏体，按现在对贝氏体的分类还有其他各类贝氏体，这种热处理工艺叫做等温淬火，一定成分的球磨铸铁经等温淬火后得到的铸铁材料就是等温淬火球墨铸铁——ADI
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: E! P2 m. D& m1 N2 I 主要性能
. Y5 h8 A' o8 B. L3 A9 @0 w) m, D" o
. l# V: g' ]1 z- s$ L/ R- ^0 S 比强度高，疲劳强度高，耐磨性能好，吸音效果好，用以代替钢件可降低生产成本减低工件重量。& h" U0 H& r- H: P! J0 z
1 E1 C$ t8 X( o6 I4 _6 { （1） 价格成本低 l3 Q- J! T1 v; T' T5 c
) n4 w V: T; @7 r4 O' L" t6 { 每公斤ADI比锻钢，铸钢，铸铝要低，如果以屈服强度的成本计算，ADI是最便宜的材料" n" i' s) H V t' Y. X
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（2） 比重比钢小
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' L/ G6 I6 @0 k, D" j. a ADI的比重由于在其组织中有近10%左右的石墨，故同一体积的零件比锻钢要轻约10%。; Z- k! o2 g3 [0 R
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（3） 综合性能优良2 f7 s8 K |; R$ J V% b+ k" T) m
0 Y2 z0 i5 @) ?) B- L 强度和伸长率都很高，具有优良的动态力学性能，比锻钢，铸钢以及微合金钢要好很多，在数百万次交变载荷作用后，抗疲劳性仍保持不变，缺口敏感性小（敏感系数2.2—2.4）
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（4） 减音效果好3 R8 @" X' P m; z
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ADI中的石墨，具有很好的吸音效果，故ADI零件工作时噪音小，这对汽车与各种其他运转的机器十分有利。/ I, [5 _# |) J. G( {4 I
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（5） 吸震性好4 P' j" P! @' s' y" U: N! X
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ADI弹性模量（E=1700Mpa）比钢的弹性模量（E=2100Mpa）低20%，所以吸震性好，组织有石墨球，能快速吸收震动，使机件运转平稳。9 Q5 F& ~( {2 h$ ^
5 u, ?/ X! l7 u$ q1 E （6） 好的抗摩擦磨损性能0 J2 a3 ?( [% r
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因ADI中存在石墨球，能降低摩擦系数和运转温度，ADI零件在表面应力作用下，奥氏体中的高碳奥氏体有一部分转变为稳晶马氏体，提高了表面层硬度，改善抗磨性，而新的次表面又不断发生以上过程，因此与同样硬度的钢相比，它的中晚期寿命更长。7 ?2 y$ E# P% P! v( y) x- B& L1 a0 G* G
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（7） 通过热处理即能得到球墨铸铁等温淬火ADI, `% c" b. l9 O9 P9 H
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在一般球墨铸铁的基础上（指化学成分，熔炼方法，浇铸处理，铸造工艺等）增加了一个二阶段等温热处理工序。给它带来力学性能高的优点。同时又保留了原有铸造工艺的好处，如可制造复杂形状零件，可对材料进行回用，生产成本低，可批量生产等等，在很多场合，可取代钢或者铝的零件。. L9 P- ~/ E! K9 x* F
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其他优点：
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减轻及其重量4 Y! c4 A3 c" a. i
9 Y3 I8 h$ [; ]! l3 G 减少燃料，动力消耗' i% ~! X4 N6 y# q; E
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提高及其效率; ^; a3 i: f3 l- h% l2 N |
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改善环境污染 c+ Z9 E; b5 o" f5 a
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节约成本开支，提高效率效益; Z/ }* s& z# N# o+ X: q$ [$ R$ w
4 j: v5 h" W, E. G7 ?5 d! l* n （8） 铸造工艺多样性
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除球磨铸铁件常用的粘土砂、树脂砂、水玻璃砂等造型外，也有的采用了消失模铸造工艺、V法铸造工艺，也有根据球磨铸铁的凝固特性采用金属型铸造和金属性覆砂铸造，少数ADI管件还采用离心铸造工艺。7 U m! r) d3 t
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热处理工艺对性能的影响6 ^8 T* B: j$ G; q, B
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热处理是获得ADI的关键步骤，其工艺合理性与否是直接决定ADI产品的质量。ADI热处理工艺主要包括奥氏体化和等温淬火二阶段。. P1 r0 H* Q) Y5 F% f; r2 i
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奥氏体化
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根据铁碳图，其完全奥氏体化的温度865℃，考虑到炉内测温点高于铸件的温度及转变动力学，故适宜的完成奥氏体化温度为880℃~920℃，当Si、P较高时，采用较高的奥氏体化温度对于低合金的ADI合金元素Cu、Ni、Mo等可以降低奥氏体温度，铸造组织中若含有碳化物，则奥氏体化加热温度和保温时间应适当提高。ADI工件奥氏体处理工艺过程应根据加热炉的工况、工件转载量、壁厚、升温速度、炉内温度均匀程度等具体情况而定，以便每个工件的最大断面完成转为奥氏体为准，必要时可采用分段加热方式，奥氏体化保温时间视需求可在60~240min。
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对于双相ADI，其奥氏体化处理在称为临界奥氏体温度区间内进行。该温度在780℃~850℃之间，此时，处在（α+γ）两相区内。加热时，奥氏体现在共晶团内的铁素体间的界面形核长大，形成间断或连续的网状组织，其生长速度受碳扩散速度控制，故一切影响碳扩散速度的因素，皆影响奥氏体的生长速度，在临界奥氏体化温度区间内，随着温度的升高和保温时间延长，奥氏体数量增加，先析出铁素体数量少，根据对性能的不同要求，保温时间再120~180min。' B0 Z+ p$ S) |
5 s/ Y2 M c6 x o: u! _ L4 D' G 等温淬火1 X1 |" P9 Q7 q
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贝氏体铁素体在230℃~500℃范围内形成，在此转变温度范围内的下限淬火，获得下贝氏体和残余奥氏体，强度、硬度高、塑性低，在上限温度获得上贝氏体强度、硬度低、塑性高，这是由于温度升高使过冷奥氏体转变的孕育期缩短，转变速度加快，碳原子的扩散速度增加，使奥氏体富碳，形成高碳的奥氏体，趋于稳定，使奥氏体数量增加，使塑性韧性增加、强度，硬度下降。
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在等温处理时，ADI转变经历而两个过程，第一阶段奥氏体分解成贝氏体铁素体加碳过饱和的高碳奥氏体（残余奥氏体），这个产物也称为奥氏体；第二阶段过饱和的高碳奥氏体进一步分解为碳化物，这些碳化物在晶界上析出，对ADI工件塑性和韧性产生影响，故要获得理想的ADI组织，应在第一阶段转变结束，第二阶段刚开始的时间间隔内，这个等温处理时间为时间窗口。8 j* H$ `) }+ |9 u# c- [ J
5 D X: }$ [& B* p 在同一等温温度下，随着等温见识的延长，残余奥氏体的量不断减少，贝氏体铁素体的量不断增加且组织趋于均匀，当等问问度低且等温时间短，组织中将出现低碳奥氏体。因此碳残余奥氏体在室温下将转变为马氏体，而使工件塑性韧性下降，故最宜的保温时间以残余奥氏体中碳达到饱和为佳。! n2 ^4 t% d V5 y Z
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在临界奥氏体处理后，双相ADI组织中含有先析出铁素体和奥氏体相，在随后的等温过程中奥氏体转为新铁素体（区别先析铁素体）及高碳奥氏体，新铁素体具有高塑性低强度，其生长速度与等温时间、C的扩散及奥氏体中的ψ(C)量有关，ψ(C)量越高，其生长速度越慢甚至消失，因而形成单相的奥氏体区。8 i. V% y- \# l U z
6 D6 M9 r3 N) ^: I& Y# j1 l 新铁素体的数量不仅与等温温度，而且与临界奥氏体体化处理有关，临界奥氏体处理温度越低，心铁素体的量就越多，因为随着奥氏体化处理温度的升高，基体中的奥氏体ψ(C)量增加，为增加双相ADI的塑性，可适当提高新铁素体的数量。9 C) l/ }% g2 \$ ]6 L) y4 ^) a
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