由球铁型材得到双相ADI及其组织性能的研究

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双相ADI(Dual Phase ADI)是将一定成分的球铁加热到共析两相区保温后,进行等温淬火热处理,获得组织为先共析铁素体和奥铁体的球铁,目前广泛应用于对尺寸精度要求较高的零件等。一方面,双相ADI的性能受球铁基材的影响,普通砂型铸件易产生夹砂、缩松、缩孔等缺陷,而水平连铸球铁型材由于技术特点能够避免这类缺陷,尤其是其组织细密,性能优异,能得到高质量的基材。另一方面,在制备双相ADI的过程中,其不完全奥氏体化过程影响着后续的等温转变。奥铁体含量在20%和80%左右的双相ADI易获得较好的综合力学性能,但迄今,国内对含不同奥铁体含量的双相ADI的组织性能研究相对较少,这使得双相ADI在国内的发展滞缓。因此,优化双相ADI热处理工艺参数对双相ADI的发展具有重要意义。本文以水平连铸球铁型材为基材,研究不完全奥氏体化温度对双相ADI组织体积分数的影响、分析含约20%和80%奥铁体的双相ADI微观组织,以及探索工艺与性能的关系,得出以下结论:(1)试验所用成分连铸球铁型材共析两相区温度范围为740~860℃,组织为先共析铁素体、奥铁体和石墨球。随奥氏体化温度升高,先共析铁素体不断减少,并呈现碎块状,奥铁量含量增加,其硬度、抗拉强度均不断增加,而韧性不断减少。其中在780℃和840℃下奥氏体化,得到的奥铁体组织含量分别为19.3%和82.3%。在740℃+60min+320℃+60min的热处理工艺下,双相ADI抗拉强度为514MPa,伸长率为16.2%,性能较好。(2)对于奥铁体含量约20%的双相ADI,在280~340℃范围内,随等温淬火温度升高,其针状铁素体不断减少,残余奥氏体及其含碳量不断增多。当升高至360℃,残余奥氏体发生分解。等温淬火时间由30min增至120min,针状铁素体不断减少,残余奥氏体及其含碳量不断增多,等温120min时,残余奥氏体含碳量可达2.01%,处于稳定状态。(3)对于奥铁体含量约20%的双相ADI,随等温淬火温度升高,针状铁素体逐渐粗化,其强度和硬度减小,伸长率和冲击功增大。温度达到360℃,残余奥氏体发生分解,致其综合力学性能显著降低。其中280℃等温转变获得的双相ADI抗拉强度为763MPa,屈服强度为647MPa的同时,伸长率达到了11.4%,要优于ADI 750-500-11的性能。随等温淬火时间的延长,晶粒尺寸增大,其强度不断降低,塑韧性不断升高,但等温时间达到120min,综合力学性能由于碳化物的析出发生恶化。(4)对于奥铁体含量约80%的双相ADI,等温淬火温度在280~360℃范围内变化时,随着温度的升高,针状铁素体不断减少,残余奥氏体及其含碳量不断增加。等温时间在30~90min范围内升高时,针状铁素体不断减少,残余奥氏体及其含碳量不断增加。时间超过90min,由于C原子扩散充足,残余奥氏体含碳量达到饱和发生分解。(5)对于奥铁体含量约80%的双相ADI,随着等温淬火温度的升高,双相ADI的强度和硬度不断减小,韧性不断增大。300℃等温淬火得到的抗拉强度1094MPa、伸长率7.2%的力学性能要高于ADI 1050-750-7的性能要求。340℃等温淬火得到的抗拉强度840MPa、伸长率9.1%的力学性能要高于EN-GJS-800-8的性能要求。等温淬火时间最好不要超过90min,否则综合力学性可能降低。
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