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球墨铸铁的微观凝固过程与球墨铸铁等温淬火应用
日期：2020-04-14 17:29点击：次
亚共晶球墨铸铁，先析出初生奥氏体。共晶球墨铸铁，在非平衡凝固条件下，首先析出初生奥氏体。过共晶球墨铸铁则首先析出初生石墨球。
{一}、球墨铸铁的微观凝固过程
从20世纪80年代开始，很多学者对球墨铸铁的微观凝固过程提出新的认识，包括：①亚共晶球墨铸铁，先析出初生奥氏体。共晶球墨铸铁，在非平衡凝固条件下，首先析出初生奥氏体。过共晶球墨铸铁则首先析出初生石墨球。②共晶结晶时，发生离异共晶。共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。③初生枝晶和晕圈枝晶交替生长，促成石墨球周围奥氏体壳形成。奥氏体以石墨生长面为衬底形核、生长，在初生石墨球周围形成环状封闭奥氏体壳。④由于石墨漂浮、枝晶下沉及熔体对流等原因，石墨球与奥氏体发生碰撞，形成共晶晶粒。基于这些新的认识，可以将球墨铸铁的微观凝固过程近似表述为，当温度下降到液相线温度以下某一温度时，亚共晶球墨铸铁有初生奥氏体枝晶、共晶和过共晶球墨铸铁有初生石墨球在液相中析出。共晶结晶时，共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。
石墨球在液体中自由长大到一定尺寸后，在石墨球外围形成奥氏体晕圈。同时奥氏体按枝晶状方式生长，并逐渐在枝晶旁析出石墨球。石墨球与奥氏体枝晶的碰撞与接触形成共晶晶粒，石墨球被奥氏体包围。碳原子通过奥氏体壳向石墨球扩散，石墨球得到显著长大。随着温度降低，石墨-奥氏体共晶晶粒不断长大，游离奥氏体也会自由生长。当所有液相变成固相后，凝固结束。对球墨铸铁凝固过程的认识建立在球墨铸铁属于离异共晶以及熔液内存在运动两个事实的基础上，强调奥氏体枝晶的单独存在和它在凝固过程中的作用。采用着色腐蚀技术，金相显示了球墨铸铁缩松区中奥氏体枝晶的组织形貌，分析了球铁缩松的形成机制。研究表明，奥氏体枝晶对缩松缺陷的类型及形成机制具有显著影响。可见，缩松形成于上述形成过程的第二阶段，枝晶形成骨架后，凝固较早的区域对热中心的异地抽吸液体流动是球铁缩松形成的主要原因。并且，随冷却速度增大，枝晶析出量增大，而石墨析出量减小，共晶前期凝固收缩增大，缩松倾向也增大。指出宏观缩松常常出现在枝晶晶簇间隙，产生于共晶凝固前期树枝晶骨架形成后，是异地凝固收缩造成对热节中心(厚壁处)铁液抽吸流动的结果；微观缩松是于凝固末期，晶簇间隙中的凝固收缩得不到补偿而产生的微小孔洞；枝晶数量增多，形态趋于发达，液态金属异地抽吸作用增强，易于形成宏观缩松；反之，枝晶数量减少，形态粗壮，倾向于形成显微缩松。
{二}、球墨铸铁等温淬火应用
球墨铸铁以其特有的机械性能和低廉的成本受到人们的重视。对其进行等温淬火.是发挥球墨铸铁材料潜力最有效的一种热处理方法。球墨铸铁等温淬火后，可以获得高强度，同时具有较高的塑性、韧性。因而具有良好的综合机械性能和耐磨性。此外还具有变形小的特点。
球墨铸铁等温淬火工艺与钢的相似，即把铸件加热到临界点Ac，以上30~50℃，经一定时间保温。使基体组织转变为化学成分均匀的奥氏体，然后迅速将铸件放到保持在MS点以上某一温度的炉中，等温停留一段时间。得到下贝氏体组织.随后空冷。这样可使零件的机械性能显著改善.不会产生严重的变形扭曲等问题。因此，目前受到机械制造业的重视和采用。
等温淬火球墨铸铁件(ADI)具有强度、塑性和韧性都很高的综合力学性能，大体上分为两类，即强度为1200~1600MPa的高强度型和900~1200MPa、伸长率为10%左右的高韧性型。由于其材料性能优异，在欧美发达国家取得迅速发展，货车底盘、发动机和轿车曲轴等都成功应用了ADI产品。近年来，在欧洲市场上，ADI在小轿车上的应用量也越来越多，占整个ADI市场的32%；在美国市场上，重型和轻型货车ADI件占整个ADI市场的比重达到51%。
在国内汽车领域，ADI零件也得到了初步的应用。湖北汽车齿轮厂为康明斯发动机生产ADI齿轮；东风汽车有限公司开发了用于越野车底盘悬架，17个悬架类零件由铸钢改成ADI，该系列零件总质量由630.62kg，减少到380.66kg，减重率达39.6%；一汽集团载重汽车的后钢板弹簧支架和军车齿轮壳罩盖(羊角)和齿轮壳等已用ADI代替。目前，一汽铸造公司已自行设计、建造了等温淬火的热处理基地。
