锰铜合金奥贝球铁齿轮啮合后表面组织特征探讨
含铌奥-贝球铁的组织及耐磨性能研究的开题报告
含铌奥-贝球铁的组织及耐磨性能研究的开题报告一、选题背景随着工业化的发展，金属材料的使用范围越来越广，并且对于材料性能的要求也越来越高。
在许多重工业领域，如钢铁、炼油、化工等，高耐磨性材料是至关重要的。
随着科技的进步，进口的高耐磨合金材料在中国市场上价格较高且供应不足。
因此，开发具有高耐磨性能的本土材料是一项非常重要的任务。
奥氏体不锈钢在许多领域广泛应用，因为它拥有优异的焊接性和蠕变性能，并且不易受到腐蚀的影响。
贝氏体奥氏体复合材料由高强度贝氏体组成，可以大大改善普通不锈钢的耐磨性能。
铌是一种在高温下保持良好机械性能的重要元素，可以提高合金的强度和硬度。
因此，设计合成含铌奥-贝球铁材料并研究其组织及耐磨性能具有重要意义。
二、研究内容1. 合成含铌奥-贝球铁材料；2. 研究材料的组织结构，使用显微学和扫描电镜等方法进行表征；3. 测试材料的力学性能和耐磨性能；4. 分析材料组织结构和耐磨性能之间的关系。
三、研究意义1. 开发高性能、低成本的本土材料，满足国内市场需求；2. 研究奥-贝球铁材料的组织和性能关系，对理解其他金属材料的微观结构和耐磨性能有重要意义；3. 可提供用于制造需要高耐磨性材料的工业领域的实际应用价值。
四、预期结果1. 成功合成含铌奥-贝球铁材料；2. 研究材料的组织结构和力学性能，确认该材料的强度、硬度和耐磨性能；3. 确定该材料的最优工艺条件和应用范围；4. 为制造高耐磨性材料提供了新方法和技术。
五、研究方法1. 先进行木模铸造的实验，分析分别加入铌的贝氏体、渗碳体试件的金相组织变化，添加铌对组织结构的深度影响，并分析得到最优的铌贝氏体含量。
2. 分析各类非金属夹杂物在铁熔体中的形成机理，制备含铌奥氏体组织的铜铝合金，利用液态金属中的胶凝效应成功制备含铌夹心奥氏体组织，然后再于铸造过程中将铝硅合金耐热浇注剂输入进来，确保得到铸造件表面含铌奥-贝球铁组织。
3. 研究材料的结构和性能，使用扫描电镜和 X 光衍射对其进行微观和宏观结构表征，使用Rockwell-C硬度计和试验机对其进行力学性能测试。
我国奥_贝球铁的研究进展及其应用
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 17 梅 志等.物理测试,1993(3),10618 郭立新.江苏冶金,1993(5),1519 陈富茂.球铁,1990(2),4320 宋金山.现代铸铁,1991(1),321 王环林等.汽车工艺与材料,1992(6),2822 张瑞卿等.汽车工艺与材料,1993(6),17。
奥贝球铁锥齿轮啮合表面显微组织演变
而且 由于奥 氏体 具有 加工 硬 化能力 ，能显 著 提高 其 疲 劳 强 度 和 耐 磨 性 。 这 种 材 料 特 别 适 合 于 替 代
２ Ｃ Ｍｎ ｉ 金 锻 钢 制 造 齿 轮 ， 具 有 重 量 轻 、 音 ０ｒ Ｔ合 并 噪
球 铁较 高 的塑性 和韧 性 ， 具有 优异 的综 合力 学 性 能 。 ２５ ｉｘ 一 ． Ｐ ００ Ｓ ｙ ｕ 质量 分数 ， 。采 用 山 ． — Ｍｎ ００ 一 ． － Ｃ （ Ｓ ４ ２ ％） 西产 Ｑ ２ 铁 为原料 ，工频 炉熔 化后 采用 冲人 法球 １生
化 处 理 ， 化 剂 为 ＦＳＭｎ Ｒ ３合 金 ， 人 量 １ ％。 球 ｅｉ ８ ｅ 加 ． ５ ＦＳ７ 作 为 孕育 剂 ， ｅｉ５ 并进 行 了强 化孕 育处 理 ， 育总 孕
３ 结论
砂 、 形 、 纹 等 缺 陷 的产 生 ， 芯 密实 度 均 匀 且强 变 裂 砂
度好 ， 模具结构设计更加合理 ， 生产效率及铸件成品 率 进一 步提 升 ，工艺 完 全满 足 生产 的需 要 和铸 件 的 各项技术参数要求 ， 提高了车钩钩体产品的质量。
通过 对 Ｂ Ｐ旋转 车 钩钩 体上 、 模 型及 砂 芯 铸 Ｈ 下 造 工 艺 的优 化调 整 ， 大减 少 了铸 件缩 松 、 孔 、 大 缩 夹
小 ， 省能源 等优点 ¨】 节 ＿。 。
与 ２ Ｃ Ｍｎ ｉ 金锻 钢齿 轮相 比 ， ０ｒ Ｔ合 采用 奥 贝球 铁
制造齿 轮可使 产 品重 量减 少 １％ ，可减 少汽 车 的燃 ０
油 消 耗 和 尾 气 排 放 。 因 此 ，采 用 奥 贝 球 铁 代 替
冷却速度及锰_铜含量对铸态球铁硬度影响的探讨
第3期水利电力机械·23··专题述评·冷却速度及锰、铜含量对铸态球铁硬度影响的探讨Probe the Influence into Cooling Speed&Mn、CuContent for Casting State Type spheroidal Graphite Cast Iron Hardness郑州工业高等专科学校 张北胜 (450007)电力部郑州机械设计研究所 李 刚 (450052)[摘 要] 增加球墨铸铁通过奥氏体/铁素体转度温度范围的冷却速度,能明显地增加球铁的布氏硬度。
这与在转变过程中所形成的珠光体数量和其本身硬度有关。
较高的冷却速度,会导致珠光体数量增大且硬度高。
合金元素Mn和Cu的加入,即使冷却速度较慢,也能形成较多的珠光体。
当球铁通过临界间隔转变的冷却速度增加时,Mn和Cu的合金化作用就减弱,含Cu球铁硬度对冷却速度敏感性比仅含Mn同种球铁硬度对冷却速度的敏感性小。
Mn和Cu对球铁铁素体硬度也有好的影响,但是它们在提高珠光体数量和硬度方面有更大的作用,这主要是Mn和Cu有细化晶粒的结果。
[关键词] 冷却速度 硬度 合金化 球墨铸铁 落砂 细化晶粒作用中图分类号:TG143.5Abstract If increase the cooling rate of spheroidal graphite cast iron through austeniteferrite shift temperature scope,can notably increase the brinell hardness of shperoidalquantity which form in the shift process and itself hardness.When the cooling rate ishigher,the pearlite quantity increase and hardness is higher.After adding alloy elementMn and Cu,even cooting rate slower,can also form more pearlite.When the pearlitethrough critical interval shift cooling rate increase,Mn and Cu alloying effect reducing,the hardness of spheroidal graphite cast iron with Cu,its cooling rate sensibility is smallerthen only with Mn same kinels spheroidal grahite cast iron.Mn and Cu are advantageousfor spheroidal graphite cast iron ferrite hardness,but they have larger effect for increas2ing pearlite quantity and hardness,the maior cause is Mn and Cu have subdivisioncrystalling.K ey w ords Cooling Rate Hardness Alloying Spheroidal Graphite Cast Iron Fall2en Sand Fining Crystalling Grain Effect1 前 言铸态球铁的硬度是由其基体中铁素体和珠光体的含量决定的。
奥贝球铁工艺性能分析
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。
日本奥贝
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ADI的水脆化主要是由于试样表面附着的水在拉伸 塑性变形分解为氢，氢使应力诱变产生马氏体产生氢 脆而导致的。
树脂粘接剂的涂覆使ADI发生显著的脆化。
减少石墨直径，不仅可大幅提高ADI的抗拉强度 和延伸率，而且可减缓ADI的水脆化，其原因是石墨 球直径减小，球铁凝固时合金元素的偏析减轻，等温 转变后的γ-pool量减少，拉伸过程中的应力诱变马氏 体减少，从而抑制了ADI的水脆化。
FCAD1400-1 1400以上 1100以上
2以上
1以上
341以上
401以上
与1989年版的标准比较： 增加了FCAD900-4和FCAD1400-1两个牌号； 标准的表示由FCD××××A改为FCAD××××-×
3. 基础研究
3.1 等温淬火及等温转变 1.等温转变后的基体组织
(SEM观察，各温度3h等温淬火)
增加石墨球数。
采用特殊等温淬火工艺，如二段等温淬火、 预淬火等温处理。 选取合适的加工刀具和合理的加工工艺。
3.4 ADI的水脆化
ADI的水脆化受化学成分、石墨球直径和球数、等 温淬火条件等因素的影响。 除ADI外，高强度的淬火回火球铁和珠光体球铁具 有同样的脆化现象，而铁素体球铁无明显的水脆化；
日本奥贝球铁研究及 应用概况
华中科技大学 蔡启舟 魏伯康 林汉同
1. 前言
在日本：
20世纪70年代初，开始奥贝球铁的研究，1978年用 于工业生产。
80年代以来，日本奥贝球铁的基础研究和应用研究 取得了巨大的进展，其内容涉及冶金工艺、合金设计、 热处理、显微组织、质量管理和实际应用等诸方面。
当前，奥贝球铁材质的高级化和实用化已成为日本 强韧铸铁协会加速铸铁高级化进程的一项重要内容。
球墨铸铁的塑性变形及奥贝组织研究
图 5 不同等温淬火处理下奥贝球铁的金相组织 ( a, b2变形 ; c～f2非变形 ) ×500 Fig. 5 M icrostructures of the AD I in different austempering treatment states( a, b2deformation; c～f2non2deformation) ×500
热力学模拟试验研究了球铁的热塑性变形参数 ,并对 变形铸铁的组织及变形前后奥贝组织进行了研究和分 析。
1 试验材料与方法
等温淬火处理工艺 : M12 标准 拉伸 试样 加热 至 900 ℃,保温 30 m in,待全部奥氏体化后 ,置入盐浴炉 中 (成分为 55%的 KNO3 + 45%的 NaNO3 ) ,盐浴温度 为 237～378 ℃,保温不同时间取出 ,水淬至室温 ,得到
found clearly by TEM.
Key words: ductile iron; p lastic deform ation; bainite; m artensite
奥贝球铁 ( austempered ductile iron,简称 AD I)是 料 ,其 化 学 成 分 (质 量 分 数 , % ) 为 : 3142C、2148Si、
验 。试样尺寸为 10 mm ×15 mm ,试验温度为 700 ～ 950 ℃,压缩量为 80% ,以 10 ℃ / s的加热速度直接电 加热至试验温度 ,保温 1 m in,测其真应力 2真应变曲 线 ,获得球铁在不同温度下的流变应力情况 。
球铁模锻工艺流程 : 连铸棒加工成 <70 mm ×80 mm 毛坯 →加热至 1000 ℃→自由模锻 、冲孔 、空冷 → 粗加工 。
一种综合力学性能优异的工程材料 。由于它不仅具有 0111M n、01015S、01027P、0133Mo、0137Cu、0104M g、
低合金奥贝球铁及其耐磨性研究
分类号密级UDC 学校代码 10497学位论文题目低合金奥贝球铁及其耐磨性研究英文Research of ADI and its题目wear-resistant with low-alloy研究生姓名刘仙山姓名王从祥职称教授学位指导教师单位名称材料学院邮编 430070姓名职称副指导教师单位名称邮编申请学位级别一级学科专业名称材料学论文提交日期论文答辩日期 03.3.26 学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席林汉同教授评阅人林汉同教授张幼陵教授2003年 03月26日摘要用低合金奥贝球铁（ADI）生产装载机齿轮在奥贝球铁的应用中是一个全新的尝试，因为装载机齿轮减速比小、扭矩大，对材料的强度、韧性、耐磨性要求较高。
迄今为止，用ADI材料制造装载机齿轮的文献报导还很鲜见。
本文通过大量的试验,对其进行系统的研究，获得了适合生产装载机齿轮的奥贝球铁材料及工艺。
本文研究了多种孕育剂以不同的加入量对球铁铁水进行二次复合孕育处理，比较不同二次复合孕育处理工艺对球化效果、球铁组织和力学性能的影响。
优选适宜的二次复合孕育处理工艺，使之降低了贵重合金加入量，放宽了对原材料的要求，在使用地方生铁的生产条件下，可获得性能优异、质量稳定可靠的奥贝球铁材料。
研究了热处理工艺对奥贝球铁组织和力学性能的影响。
发现采用退火工艺，可较大幅度提高其综合力学性能；奥氏体化温度和时间影响等温转变产物中残余奥氏体的稳定性；等温转变温度和时间影响残余奥氏体含量及贝氏体转变程度；奥氏体化工艺及等温转变工艺是影响奥贝球铁综合力学性能的关键因素。
在采用“退火（900℃~910℃×3h后炉冷至600℃空冷）+奥氏体化（900℃×120min）+等温转变（370℃×90min）”的热处理工艺可获得综合力学性能较好的奥贝球铁。
利用三体橡胶轮磨损试验机和销盘式磨损试验机对在不同等温温度转变获得不同组织的奥贝球铁与20CrMnTi钢分别进行在干摩擦条件下和在润滑条件下、在低载荷磨损条件下和在高载荷条件下的耐磨性对比试验。
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锰铜合金奥贝球铁齿轮啮合后表面组织特征探讨
利用扫描电镜测试研究了锰铜合金奥贝球铁锥齿轮啮合后齿轮表面显微组织的演变。
结果表明,齿轮啮合后其表面残余奥氏体转变成马氏体组织,显著提高了齿轮的表面硬度导致其耐磨性和使用寿命提高。
标签：锰铜合金;奥贝球铁;齿轮;组织特征
奥贝球铁(ADI)以贝氏体型铁素体和奥氏体为基体组织,其中含有20-40%的奥氏体,赋予这种球铁较高的塑性和韧性,具有优异的综合机械性能。
而且由于奥氏体具有加工硬化能力,能显著提高其疲劳强度和耐磨性。
这种材料特别适合于替代20CrMnTi合金锻钢制造齿轮,并具有重量轻、噪声小,节省能源等优点。
与20CrMnTi合金锻钢齿轮相比,采用奥贝球铁制造齿轮可使产品重量减少10%,可减少汽车的燃油消耗和尾气排放。
因此,采用奥贝球铁代替20CrMnTi合金钢制造汽车齿轮对节能降耗和汽车工业的发展具有战略意义。
以一种新型的锰铜合金奥贝球铁螺旋锥齿轮为对象,研究台架试验后齿轮啮合表面的显微组织演变规律。
1 锥齿轮制备
锰铜合金奥贝球铁的名义化学成分为:3.5C-2.5Si-xMn-0.04P-0.02S-yCu(wt%)。
采用山西生产的Q12生铁为原料,工频炉熔化后采用冲人法球化处理,球化剂为FeSiMn8Re3合金,加人量1.5%。
FeSi75作为孕育剂,并进行了强化孕育处理,孕育总量为0.9%。
采用FeSi75、FeMn65和电解铜板调整化学成分,浇注手工潮模砂铸型获得齿轮毛坯,经机加工后进行等温淬火处理(900℃±10℃×2h+370±5℃×2h)和回火处理(300-350℃×2-4h)。
依据QC/T533-1999《汽车驱动桥台架试样方法》对齿轮进行台架试验,随后对齿轮进行解剖取样。
使用扫描电镜(型号为QUANTA-400)观察并拍摄金相组织。
金相检测按GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评级,腐蚀剂为4%的硝酸酒精溶液。
采用HX-1000TM型维氏显微硬度计测量齿轮的表面显微硬度,测三点取平均值。
2 齿轮不同部位显微组织
图1为锰铜合金奥贝球铁螺旋锥齿轮电镜照片部位示意图。
图2 为螺旋锥齿轮横向不同部位(点1-点5)电镜照片。
图2 (a)放大了3000倍,可以清晰的看到上边缘硬化的表层,由外至内可分为三個明显的区域:表面硬化层,宽度约为30μm;过渡层,宽度约为10μm;基体组织。
在表面硬化层内可观察到针状马氏体组织。
由于基体组织中有大量的残余奥氏体存在,工作时表层的残余奥氏体发生冷作硬化和形变效应引起马氏体相变,马氏体组织引起表面硬度增加。
此外,马氏体相变伴随着4%的体积膨胀,因此在工件表面
形成压应力,从而显著提高齿轮表面的耐磨性和疲劳强度。
在靠近边缘的地方可以观察到被碾碎的石墨球,部分连接在一起,有些甚至成为石墨层。
马氏体组织增加表面硬度以及石墨层的润滑作用均可显著提供材料的耐磨性和使用寿命。
往齿轮心部方向继续观察,图2(b)对应于图1中的点2,可观察到羽毛状的上贝氏体和残余奥氏体。
四周的上贝氏体比较细小,而中间的上贝氏体比较粗大,奥氏体含量相对增多。
图2(c)对应于图1中的点3,可看出,心部位置的上贝氏体比较粗大,原因是齿轮厚度造成的差异,边缘冷却速度较快,而中间部分冷却速度相对较慢。
图2(d)对应图1中的点4,比点
3处的组织相对细小,并未见齿轮背面处的组织发生相变。
图3为锰铜合金奥贝球铁螺旋锥齿轮纵向不同部位电镜照片。
图3(a),3(b)对应于图1中的点a,为顶部组织。
图3(a)放大倍数为100倍,按照GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评级,球化级别为1级。
石墨球的细小意味着共晶团的细小,增加了材料的力学性能,此外,石墨球能降低齿轮啮合时的摩擦系数,提高齿轮的使用寿命。
由图3(b)可以看到诱变后的马氏体组织,其组织形态为板条状。
因此,齿轮啮合处的表面硬度比较大。
图3(c)对应于图2中的点b,为奥贝球铁的正常组织。
图3(d)对应于图2中的点c,由于接近心部位置,组织比较粗大。
图3(e)对应于图1中的点d,可观察大石墨球、残余奥氏体、上贝氏体和珠光体的混合组织组织。
珠光体的存在是由于螺旋锥齿轮的厚度较大,不易淬透所造成。
图3(f)对应于图1中的点e,放大倍数为10000倍,可看到石墨球以及石墨球周围未淬透的层片状珠光体组织。
由图3(a)可知,由于齿轮生产时放置了冷铁,石墨球数高达480个/mm2,石墨球径为1.5μm;不墨大小级别为8级,球代率97%,球代级别为1级。
螺旋锥齿轮中不同组织的显微硬度见表1。
由表可知,诱变马氏体的硬度最高,提高了齿轮表面的耐磨性,从而提高了齿轮的使用寿命。
由马氏体、碳化物和残余奥氏体的混合组织形成的白亮区的硬度次之。
上贝氏体的硬度比白亮区小,比残余奥氏体的大,而珠光体(索氏体)的硬度值略高于残余奥氏体。
3 结论
锰铜合金奥贝球铁螺旋锥齿轮啮合后,其表面的残余奥氏体转变成马氏体组织,其显微硬度高达852HV,可显著提高齿轮的耐磨性和使用寿命。