摘要
作为高强球墨铸铁(Ductile Iron，DI)的一种，等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron，ADI)以其良好的综合力学性能在车辆、矿业、能源等领域打破铸钢、锻钢、焊接、粉末冶金和锻铝的垄断地位，在工业结构材料领域发挥着越发重要的作用。 本文为制造适合工业化生产的高性能ADI，设计了适用于非合金球墨铸铁的新型等温淬火-配分工艺，该工艺基于淬火和分配以及用于高强钢的纳米贝氏体的低温转变的技术创新组合。通过光学显微镜OM、扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM、万能拉伸试验机、疲劳试验机等设备对新型等温淬火-配分ADI的显微组织及力学性能开展了较为系统研究。 通过新型等温淬火-配分工艺中控制淬火速度为160℃/s，以接近Ms点的220℃温度参数作为配分基准温度，在190℃、220℃、250℃三个温度配分不同时间。基体由多相显微组织构成。包括先形成马氏体PM、贝氏体型铁素体BF、残余奥氏体RA以及淬火马氏体QM。在较短配分时间下，显微组织由PM、BF、RA和QM组成。随着配分时间的增长，QM消失，PM、BF和RA成为主要显微组织结构;RA总量逐渐减少，其形状由条块状向薄膜状逐渐转变且分布逐渐均匀;针状BF的含量则逐渐增多直至稳定，其尺寸先细化后粗化，这一过程的速度从190℃至250℃依次加快。 试样经新型等温淬火一配分工艺处理后的硬度值较正火后的试样有着44％-68％不等的增幅，在190℃配分时最高，220℃次之，250℃最低。除配分温度低于Ms点的190℃外，硬度变化基本随配分时间呈先上升后下降，最后趋于平稳的趋势。抗拉强度与屈服强度在220℃配分时最高，250℃次之，190℃最低，总体随配分时间呈先上升达到峰值而后下降的趋势。达到峰值所对应的配分时间，会随配分温度的上升而缩短，这也显微组织的转变速度相对应。伸长率、强延积与抗拉、屈服强度不同，在2200C配分时最高，190℃配分时次之，250℃配分时最低。三个温度配分不同时间后的试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率、强延积均是在2200C配分240min时取得最高值，依次分别为1615.1MPa、1408.1MPa、5.03％和13.12×106MPa2·％。强延积随着配分时间的延长，除250℃配分呈下降趋势外，其它两个配分温度获得的强延积都会先上升后下降。强延积在同一温度进行配分时达到峰值的速度同样随温度上升而加快。对220℃配分240min的新型等温淬火一配分ADI进行高应力幅作用下的拉-停疲劳试验，在应力幅为600MPa的条件下，试样的平均疲劳寿命大于25000次。这与高强度渗碳合金钢相当。 由于当基体中形成(PM+(BF+RA(C+)nano)多相显微组织时，PM作为强硬相带来强度和硬度的提高。(BF+RA(+C))nano以软相的形式在PM周围成核，可以吸收更多的塑性应变，降低应力集中。此多相显微组织具有协同的强化韧化效应，有利材料的力学性能的提升。
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