QT1050-6、 QT1200-3、QT1400-1等温淬火球墨铸铁

     第一节：等温淬火球墨铸铁简介

      等温淬火球墨铸铁（ADI）是一种高性能的球墨铸铁材料。
      主要以铁、碳、硅为基础，还含有一定量的锰、铜、镁等元素。其中镁等球化剂元素是为了让铸铁中的石墨球化，这对材料最终性能的提升很关键，硅可以在一定程度上改善其铸造性能。
     在组织结构方面，经过等温淬火处理后，它主要由贝氏体和残余奥氏体组成。贝氏体是一种介于珠光体和马氏体之间的组织，具有较高的强度和良好的韧性；残余奥氏体可以增加材料的韧性并且能在受到外力变形时发生相变，从而提高材料的耐磨性和抗疲劳性。
      生产过程较为复杂。首先是熔炼，严格控制各种元素的含量和熔炼温度。球化处理是关键步骤，通过加入球化剂使得石墨球化，随后进行孕育处理来细化石墨球。成型后就进入等温淬火阶段，将铸件加热到奥氏体化温度范围（通常是830 - 950℃），使组织均匀奥氏体化，接着快速冷却到等温淬火温度（一般在250 - 430℃）进行等温处理，时间根据铸件尺寸等因素而定，最后得到ADI材料。
      在性能上，它的强度很高，抗拉强度可以达到1000MPa以上，屈服强度也比较出色，并且具有良好的韧性，延伸率也能保证。在耐磨性能方面，由于其特殊的组织，相比普通球墨铸铁和一些钢材有很大优势，在有摩擦的工况下能保持较好的尺寸精度和表面质量。它的疲劳强度也较高，能承受交变载荷，适合用于一些动态受力的场合。
    

     第二节：等温淬火球墨铸铁的优缺点

 1.优点：

      强度和韧性兼备：等温淬火球墨铸铁（ADI）的抗拉强度可达到800 - 1400MPa，与调质钢相当，同时延伸率能达到1% - 10%，而一般的灰铸铁韧性差，容易断裂。

      疲劳强度高：在交变载荷作用下，ADI的疲劳强度较高，能在长期的动态受力环境下工作，相比铝合金等材料优势明显。

      耐磨性强：其特殊的贝氏体和奥氏体组织使它的耐磨性优于普通球墨铸铁和碳钢，在摩擦磨损工况下，如制作齿轮、轧辊等零件时，更能体现耐磨优势。

       和一些高性能合金钢相比，ADI在原材料成本上较低。并且生产工艺相对简单，在大规模生产时，能有效降低生产成本。

      吸震性好：ADI内部的石墨球可以有效地吸收振动，减震能力优于钢，在制造一些对震动敏感的机械部件时很有优势，如机床的底座等。

      轻量化：ADI的密度比钢小，约7.0 - 7.4g/cm³，同体积下重量更轻，有利于减轻设备重量，符合一些行业对轻量化的要求。

缺点：

      质量控制要求高：生产过程涉及等温淬火等复杂工艺，对温度、时间等参数控制严格，否则会影响材料性能，不像普通铸铁那样工艺宽容度高。

     应用温度有限制：在温度较高（超过350 - 400℃）的环境下，ADI的组织会发生变化，导致性能下降，而一些高温合金可以在更高的温度下工作。

     耐腐蚀性差：和不锈钢等材料相比，ADI的耐腐蚀性较差，在潮湿、有腐蚀性介质的环境中容易生锈，需要采取额外的防护措施。

       第三节：等温淬火球墨铸铁的应用

      在汽车行业，用于制造汽车的曲轴、凸轮轴、齿轮等关键零部件。其高强度和良好韧性可以承受发动机运转时产生的复杂应力，并且重量较轻，有助于汽车轻量化，从而提升燃油经济性。

      在工程机械领域，像装载机的铲斗、挖掘机的斗齿和履带板等部件使用ADI。这些部件在工作过程中需要承受高冲击力和强烈的摩擦磨损，ADI的高耐磨性和高强度正好满足要求。

      在矿山机械方面，用于制造破碎机的锤头、衬板等。矿山机械的工作环境恶劣，对部件的耐磨、抗冲击性能要求极高，ADI的性能可以有效延长部件的使用寿命。

      在农业机械，例如犁铧、耙片等。这些农具需要具备良好的耐磨性和一定的韧性，来应对土壤等复杂的作业环境，ADI是很好的材料选择。

      在电力行业，ADI可用于制造风力发电机的齿轮箱零部件。其良好的抗疲劳性能能够承受风力变化带来的交变载荷，确保设备稳定运行。

      在模具制造领域，一些对强度、韧性和耐磨性都有要求的模具，如压铸模、塑料模等部分组件可以采用ADI，有助于提高模具的使用寿命。

     第三节：等温淬火球墨铸铁的牌号

      等温淬火球墨铸铁的牌号主要有：

QTD800一10 （QTD800-10R）

QTD 900一8

QTD1050一6

QTD1200一3

QTD1400一1

     由于铸件复杂程度和各部位壁厚不同，其性能是不均匀的。随铸件的壁厚增大，抗拉强度和断后伸长率会降低。

     抗冲击性能与铸件壁厚有关，铸件壁厚增加，材料的抗冲击韧性降低。

  两种抗磨等温淬火球墨铸铁排号：

QTD HBW400

    布氏硬度HBW≥400

    抗拉强度≥1400

    屈服强度≥1100

QTDHBW450

布氏硬度HBW≥450

    抗拉强度≥1600

    屈服强度≥1300

    这两种优良的耐磨性铸铁是通过在MS以下温度进行等温淬火得到的。这种热处理工艺，可以使球墨铸铁获得更高的抗拉强度和屈服强度，但是没有塑性。

      400 HBW和450 HBW，如果换算成洛氏硬度分别为43HRC和48HRC。

      第四节：QTD1050-6球墨铸铁

1、主要化学成分
     碳（C）：一般在3.5%-3.9%之间。碳是球墨铸铁的基本元素，含量较高有助于石墨化，且因石墨呈球状，对机械性能影响小，但碳当量过高会引起石墨漂浮.
     硅（Si）：通常在2.2%-2.6%左右。硅是强石墨化元素，可减小白口倾向、增加铁素体量、细化共晶团并提高石墨球圆整度，但含量过高会降低冲击韧性.
    锰（Mn）：含量多在0.2%-0.4%。锰可增加珠光体稳定性，但偏析于晶界会影响韧性，其含量一般愈低愈好.

     磷（P）：作为有害元素，其含量需严格控制，一般应低于0.04%。磷含量过高易偏析于共晶团边界形成磷共晶，降低铸铁韧性.
    硫（S）：是反球化元素，含量通常要求小于0.02%。硫会大量消耗球化元素，导致夹渣、气孔等铸造缺陷.

    镁（Mg）：作为球化元素，含量一般在0.03%-0.05%，可使铸铁中的石墨球化，是获得良好性能的关键.
    铜（Cu）：含量约0.3%-0.5%，能促进石墨球化，提高强度和韧性，还有一定抗腐蚀能力.

     钼（Mo）：含量在0.15%-0.25%，可提高强度、硬度，在等温淬火中细化组织，提升综合性能.
    稀土（RE）含量在0.02一0.05%。
2、力学性能：

    抗拉强度：不低于1050MPa，能承受较大拉力，可用于制造需承受较高拉伸载荷的机械零件。
     屈服强度：一般在700MPa以上，保证零件在使用中达到此强度前不发生明显塑性变形，维持稳定性。
    延伸率：不低于6%，表明材料韧性好，受力时可产生一定塑性变形，能承受复杂受力环境，降低突然断裂风险。
     硬度：在280-340HB，此硬度范围使其耐磨性较好，适用于有摩擦磨损的工作场景，如机械零件的摩擦表面等 。

     第五节：QTD1200-3球墨铸铁

1. 主要化学成分

   碳（C）：通常含量在3.4% - 3.8%。碳在球墨铸铁中主要以球状石墨形态存在，适量的碳有助于保证材料的强度和铸造性能。

   硅（Si）：含量大概是2.3% - 2.6%。硅可以促进石墨化，并且能提高球墨铸铁的强度和韧性，对改善铸造性能也有一定作用。
    锰（Mn）：一般在0.3% - 0.5%。锰主要是稳定奥氏体、提高淬透性，但如果含量过高会对韧性产生不利影响。
  镁（Mg）：含量通常在0.03% - 0.05%。镁使铸铁中的石墨球化，这是球墨铸铁获得良好性能的关键因素。
    钼（Mo）：含量约0.15% - 0.25%。钼能增强材料的强度、硬度，在等温淬火过程中有利于细化组织，提升综合性能。
    铜（Cu）：含量在0.4% - 0.6%。铜有助于石墨球化，提高材料的强度和韧性，还有一定的抗腐蚀能力。

    稀土（RE）含量在0.02一0.05%

2. 力学性能
    抗拉强度：不低于1200MPa，这使得该材料能够承受较大的拉力，可用于制造需要承受较高拉伸载荷的部件。
    屈服强度：通常在850MPa以上，保证材料在使用过程中，在达到此强度前不会发生明显的塑性变形，维持零件的稳定性。
     延伸率：不低于3%，说明材料具有较好的韧性，在受力时可以产生一定程度的塑性变形，能够承受复杂的受力环境，降低突然断裂的风险。
    硬度：一般在320 - 380HB（布氏硬度）之间，较高的硬度使其在耐磨方面表现较好，适用于一些存在摩擦磨损的工作场景。

      第六节：QTD1400-1球墨铸铁

1. 主要化学成分
     碳（C）：碳含量一般在3.5% - 3.8%之间。碳是球墨铸铁的主要元素之一，以球状石墨的形式存在，对材料的强度和韧性等性能有重要影响。
    硅（Si）：硅的含量通常在2.4% - 2.8%左右。硅能促进石墨化，并且有助于提高材料的强度和韧性，还能在一定程度上改善铸造性能。
   锰（Mn）：锰含量大概在0.3% - 0.6%。锰主要用于稳定奥氏体，提高材料的淬透性，但含量过高可能会导致材料的韧性下降。
    镁（Mg）：镁是球化元素，其含量一般在0.03% - 0.05%。镁的作用是使铸铁中的石墨球化，形成球状石墨，这是球墨铸铁获得良好力学性能的关键因素。
    钼（Mo）：钼含量约为0.2% - 0.3%。钼可以提高材料的强度、硬度和韧性，并且在等温淬火过程中有助于细化组织，提高材料的综合性能。
   铜（Cu）：铜的含量在0.6% - 0.8%之间。铜能促进石墨球化，提高材料的强度和韧性，同时也有一定的抗腐蚀性能。

   稀土（RE）：含量在0.02一0.05%

2. 力学性能
    抗拉强度：不低于1400MPa。如此高的抗拉强度使其能够承受巨大的拉力，可用于制造承受高拉伸载荷的机械零件，如重载齿轮等。
    屈服强度：通常在1100MPa以上。高屈服强度意味着在承受外力时，材料在达到这个强度值之前不会发生明显的塑性变形，保证了零件在使用过程中的稳定性。
    延伸率：1%。这表明材料具有一定的韧性，不是完全脆性的材料，在受到外力作用时能够产生一定程度的塑性变形，从而避免突然断裂，提高了材料在复杂受力环境下的可靠性。
    硬度：在380 - 450HB（布氏硬度）之间。较高的硬度使其具有良好的耐磨性，适用于在摩擦磨损环境下工作的零件，如一些工程机械的摩擦部件。

    第七节：等温淬火球墨铸铁金相组织

      等温淬火球墨铸铁的金相组织主要是由奥铁体基体以及包围在其中的石墨球组成。其凝固机理、石墨球形状和尺寸与普通球墨铸铁没有区别。

     等温淬火球墨铸铁件的基体组织主要是奥铁体，包括少量的马氏体和铁素体。基体组织决定了它的性能，马氏体只有在较低的温度下进行等温淬火处理才有可能形成。

      热处理工艺参数决定了等温淬火球墨铸铁基体的晶相组成及其细化程度，决定了材料的性能。一般只需要对其性能及基体组织主要为奥铁体做出相应的要求即可。

   第八节：等温淬火球墨铸铁热处理工艺

    普通淬火加回火热处理是先将铸件加热至900℃，基体组织转变为奥氏体基，然后迅速淬火冷却至马氏体相变开始温度ms以下。使基体组织转变为马氏体，最后在250-450℃进行回火。具体回火处理温度则要根据铸件的性能来确定

     等温淬火处理，先将铸件加热至奥氏体化温度840一920℃，随后迅速淬火。为了防止材料中形成马氏体，淬火介质，一般使用温度高于MS的盐浴，在此温度下保温，基体组织由奥氏体转变成为奥铁体。盐浴温度为250一425℃。具体的温度要根据铸铁的性能要求来选择。

淬火介质：

NaNO3（57%）+NaNO2（43%）

      如果采用250一325℃的盐浴温度是可以得到具有较高强度，而且塑性相对低的铸铁。

      采用325℃以上的高温盐浴石，可以得到较高的塑性，而强度相对较低的铸铁。

     淬火升温，以50到100摄氏度每小时为宜。保温时间（h）按1+1/25（壁厚，以MM为单位）计算。在400一600℃回火最短保温时间为2一4小时，然后空冷。空冷最短时间h1/25（壁厚，以MM为单位）。

    第九节：合金元素的影响及加工性能

     薄壁件很容易通过等温淬火获得奥氏体组织，但随着铸件壁厚的增加，铸铁中形成珠光体的倾向升高，因此需要加入某些合金元素来抑制珠光体的形成。在铸件局部，壁厚比较大的部位很容易形成珠光体。虽然铸件截面中心部位存在少量的珠光体，可能不会对其使用性能产生不利影响，但是还是应该避免。一般通过添加合金元素来避免珠光体的形成，确保形成奥铁体。常用元素有铜，锰，钼，镍等。

      经过等温淬火处理后，铸件的机械加工性能会大大降低。此外，等温淬火处理后，铸件体积会膨胀，导致铸件尺寸发生变化，一旦尺寸变化，超出铸件的公差范围，就会造成铸件报废的风险。对于复杂的铸件，各部位的变化量很不均匀，其变化范围从轻微的收缩至体积膨胀0.4%不等。这种体积膨胀导致尺寸变化，很难预测。生产一些尺寸公差要求比较高的等温淬火球墨铸铁时应该考虑上述问题。如果先进行热处理，后进行机加工，可以避免尺寸变化引起的超差现象。但经过热处理后，材料的机械性能，加工难度和加工成本会大幅度提高。