ADI在汽车钢板弹簧滑板座上的应用

圆园19/3现代铸铁ADI在汽车钢板弹簧滑板座上的应用王蕾1，吴光英2（1.南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏南京210016；2.南京光英炉业有限公司，江苏南京211135）摘要：介绍了等温淬火球墨铸铁的等温转变过程及影响因素，详细阐述了ADI在汽车钢板弹簧滑板座上的应用，主要工艺参数为：（1）化学成分控制在w（C）3.58%，w（Si）2.52%，w（Mn）0.35%，w（Mo）0.175%，w（Cu）0.51%，w（S）0.01%，w（P）0.035%；（2）通过对热处理的不同等温温度和等温时间进行对比，最终确定奥氏体化加热温度为900益时保温30min、

等温温度为340益时等温60min的热处理工艺。生产结果显示：试样的基体组织为无碳针状铁素体贝氏体+残余奥氏体，抗拉强度逸1000MPa，伸长率5%，硬度310~380HBW，满足技术要求。关键词：球墨铸铁；等温淬火工艺；汽车钢板弹簧滑板座中图分类号：TG255文献标识码：B文章编号：员园园猿原愿猿源缘（圆园19）园3原园园01原05

阅韵陨：10.3969/j.issn.1003-8345.2019.03.001

ApplicationofADIinAutomobileSteelPlateSpringSliderSeatWANGLei1，WUGuang-Ying2

（1.CollegeofMaterialScienceandTechnology，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2.NanjingGuangyingStoveCompany，Nanjing211135，China）

Abstract：Thewasothermaltransformationprocessofaustemperednodularironanditsinfluencingfactorswereintroduced.TheapplicationofADIinautomobilespringsliderseatwasdescribedindetail.Themainprocessparameterswere：（1）

Controlthechemicalcompositionatw（C）3.58%，w（Si）2.52%，w（Mn）0.35%，w（Mo）0.175%，w（Cu）0.51%，w（S）0.01%，w（P）0.035%.（2）Bycomparingdifferentwasothermaltemperaturesandwasothermallyholdingtimeofheattreatment，finallytheheattreatmentprocesswasdeterminedas：austenitizingheatingtemperatureof900益，holdingtimeof30min，wasothermaltemperatureof340益holdingtimeof60min.Theproductionresultshowed：thematrixstructureofthesamplewasofcarbonfreeacicularferritebainite+residualaustenite，tensilestrengthwasgreaterthanorequalto1000MPa，elongationwasof5%，hardnesswasof310~380HBW，therebythetechnicalrequirementsweremet.Keywords：nodulariron；wasothermalquenchingprocess；automobilesteelplatesliderseat

收稿日期：2018-12-07修定日期：2019-05-25

作者简介：王蕾（1960.07-），女，汉族，江苏常州人，毕业于南昌航空学院金相热处理专业，主要从事金相分析、时效分析、化学热处理以及ADI等方面的研究工作。

ADI是球墨铸铁经奥氏体等温处理后获得的，是上世纪六七十年代开发的一种具有较高性价比的新型工程材料，具有高强度、高伸长率以及高冲击韧度的良好综合力学性能，即：抗拉强度>1000MPa，伸长率3%~10%，冲击韧度30~150J/cm2，弯曲疲劳强度360~400MPa。该材料明显优于铁素体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁，也明显优于贝氏体球墨铸铁以及调质处理的球墨铸铁，特别是具有较高的弯曲疲劳强度和耐磨性[1]。奥-贝球墨铸铁热处理后有很好的综合性能，与同等韧性的普通球墨铸铁相比，强度提高1倍，与合金钢相当，但其弹性模量比普通球墨

铸铁低20%（减少接触应力），且减震性、减摩抗磨性更佳。美国科学家JohnKeough认为：ADI是材料中的高科技产品，ADI取代原球墨铸铁件、铸钢件、锻钢焊接件和某些Al合金件，在载重汽车、小轿车、柴油机、建筑机械、铁路（机车）、农业

NodularIron1现代铸铁圆园19/3

机械、闸门工程等领域得到越来越多的应用，用来制造曲轴、齿轮、齿轮架、钢板弹簧支架、支撑座、衬套、发动机固定支架、连杆、缸体、风镐机头、万向连轴节、闸瓦、火车斜楔、销套、磨耗板、汽车轮毂等要求高强度、耐冲击、耐磨和有疲劳性能要求的零件。奥-贝球墨铸铁包括2个阶段的热处理：第1阶段，铸铁在850~950益进行充分奥氏体化，充分的奥氏体化是指铸铁组织全部都转变成FCC（面心立方体）结构，并含饱和C量的奥氏体；第2阶段，铸铁快速在239~399益的介质中进行淬火，并在此温度范围内保温0.5~4h，需根据所要求的组织进行严格地控制，等温处理后，将铸件空冷至室温[2]。员ADI的等温转变过程ADI就是将普通球墨铸铁（铁素体基体+球状石墨）工件通过奥氏体化加热保温一定时间后放入盐浴中进行等温淬火热处理，基体组织由原来单一的奥氏体转变成为贝氏体铁素体+富C奥氏体+白亮区。一般认为，此过程分为2个阶段：第1阶段，奥氏体分解成贝氏体铁素体+富C奥氏体；第2阶段：富C奥氏体进一步分解成铁素体+碳化物。贝氏体等温转变原理如图1所示。2ADI的影响因素要获得理想的奥-贝球墨铸铁组织，严格控制球墨铸铁的冶金质量很重要，工件必须球化良好，夹渣少，此外，化学成分、热处理工艺及工件的原始组织都对奥-贝组织的形成有影响。2.1化学成分对奥-贝球墨铸铁的影响

2.1.1C和SiC具有稳定奥氏体和阻碍贝氏体转变的作

用，对残余奥氏体的稳定起着决定性的作用，w（C）量一般控制在3.5%~3.7%，C是石墨化形成元素，球墨铸铁中w（C）量可阻碍渗碳体析出，但是w（C）量过高会提高CE而造成石墨漂浮。

奥-贝球墨铸铁的化学成分要求w（C）和w（Si）量高、w（Mn）量低，并根据铸件壁厚添加适

当的合金元素Mo、Cu、Ni、Si抑制贝氏体反应中碳化物的析出，使贝氏体铁素体的形核、长大并不伴随碳化物的析出，成为无碳化物贝氏体，Si在球墨铸铁中不仅能提高共析转变温度，而且还加宽了共析转变温度范围，缩短珠光体、贝氏体转变的孕育期，并且使转变终了时间延迟[3]。奥-贝球墨铸铁的性能随着w（Si）量的提高而提高，特别是w（Si）量较低时更显著。当w（Si）量超过2.9%

以后，性能不再增加；当w（Si）量超过3.4%以后，冲击韧度迅速下降。2.1.2Mn和PMn扩大酌区，降低过冷奥氏体的分解，使奥

氏体稳定，显著提高淬透性，且大截面可淬透。Mn

还可使高温转变区和中温转变区分离，并将上、下贝氏体相变区明显分开，显著降低MS点，降低奥-贝球墨铸铁的塑性，同时强度也有所降低。Mn

的最大问题是容易偏析到共晶晶粒周围，导致碳化物析出。Mn在奥氏体中的溶解度为0.5%，超过0.5%时，就会抑制贝氏体转变，导致晶界附近的贝氏体转变不完全，Mn在晶界内产生正偏析，显著降低球墨铸铁韧性，在生产中可采取强化孕育来消除Mn对组织和性能的不利影响。因此，Mn一般控制在0.2%~0.5%。而P易偏析，w（P）

量超过1%时，就会产生2%~3%的磷共晶，导致应力集中，降低球墨铸铁的强度、塑性、韧性，因此，w（P）量应控制在0.06%以下。2.1.3MoMo是ADI常用的合金元素，使C曲线右移，

是提高淬透性最有效的元素之一，保证在不同断面上得到淬透要求的组织，不出现淬不透的现象，同时推迟珠光体和贝氏体转变。Mo促进奥氏

图1贝氏体等温转变原理图Fig.1Wasothermaltransformationprinciple

diagramofbainite

时间02004006008001000MS

Mf

马氏体

贝氏体

铁素体珠光体

A1

球墨铸铁

NodularIron

2圆园19/3现代铸铁表1化学成分Tab.1Chemicalcompositions体组织，但比Cr、Mn偏析倾向都大，凝固时易富集在共晶团周围，导致碳化物析出，降低韧性，恶化加工性。因此，将其含量控制在0.2%。2.2ADI的热处理工艺参数2.2.1奥氏体化温度和时间等温淬火工艺由2个环节组成，奥氏体化转变和等温温度。工件的奥氏体化条件对后续的等温转变有较为重要的影响，对于奥氏体化的加热温度和保温时间，汤崇熙认为[4]，奥氏体化温度以刚超过临界温度为宜，因此，奥氏体化温度以880~950益为宜，且要求强度高时奥氏体化温度选上限，因为随着奥氏体化温度的升高，奥氏体中w（C）量增多，奥氏体越稳定，随之在转变过程中有部分奥氏体转变成了马氏体和高C贝氏体，使韧性下降，强度、硬度上升；反之，要求有较高的韧性，则选择下限温度。为了获得较好的塑性和冲击韧性，生产中保持足够的奥氏体化时间十分重要。奥氏体化温度最好采用下限，保温时间在0.3~3.5h，w（C）和w（Si）量高时，选择适当延长奥氏体化时间。2.2.2等温温度和保温时间的确定根据C曲线，等温温度在MS点以下，易得到淬火马氏体，一般认为340益是上、下贝氏体的分界温度，MS线至340益范围内获得下贝氏体，具有良好的耐磨性。抗拉强度在300益为最大值，380益韧性为峰值。因此，等温温度通常为320~390益，保温时间通常在100min，强度、伸长率均达到最高值，而合金球墨铸铁等温时间要适当延长。3ADI在汽车钢板弹簧座上的应用用于载重工程车上的汽车钢板弹簧座原采用高频淬火工艺，寿命短，在工作时承受较大的承载力和冲击力，现改用等温淬火处理技术。汽车钢板弹簧座的铸件结构如图2所示，技术要求为：材料牌号QTD1050-700-6，抗拉强度逸1000MPa，伸长率5%，硬度310~380HBW。3.1化学成分的确定为了保证ADI汽车钢板弹簧座具有良好的性能，必须严格控制弹簧座的化学成分，如表1所示。3.2热处理工艺根据汽车钢板弹簧座的技术要求，参照欧洲标准EN1564，结合汽车钢板弹簧座的有效尺寸，制定的热处理工艺为：奥氏体化加热温度900益，保温30min，等温温度350益，等温40min，出炉空冷，记为1号样；等温60min，出炉空冷，记为2号样；等温温度340益，等温40min，出炉空冷，记为3号样；等温60min，出炉空冷，记为4号样，其热处理工艺曲线如图3所示。3.3力学性能检测图2汽车钢板弹簧座的铸件结构Fig.2Castingstructureofautomobilesteelplatespringseat（a）（b）化学元素要求值实际值C3.5~3.73.58Si2.3~2.82.52Mn0.2~0.50.35S臆0.020.010P臆0.060.035Mo0.15~0.20.175Cu0.4~0.60.51wB（%）wB（%）