摘 要

近年来随着汽车用量的急剧增加，能源和环保问题日趋严峻。为了解决这一问题，越来越多的汽车企业着手研究汽车轻量化这一课题。ADI材料具有的高强度、高硬度、高伸长率、高冲击韧性和高抗疲劳性能等综合力学性能均优于普通球铁，可以替代球墨铸铁应用于汽车曲轴、齿轮传动设备、发动机的某些零部件从而使汽车轻量化，达到节能减排的效果。

实验研究的是等温淬火工艺对QT500-7球墨铸铁显微组织和力学性能的影响，采用Nikon Eclipse LV100 POL偏光显微镜（OM）和QUANTA-400扫描电镜（SEM）观察其显微组织，采用单向静载拉伸实验进行力学性能测试。

实验结果表明：（1）QT500-7球墨铸铁球化率高达89%（2-3级），石墨球径大小为42.2μm，石墨球数为180个/mm²。（2）随着等温温度的升高，羽毛状贝氏体形貌逐渐变大，残余奥氏体含量逐渐增加。（3）分别在340℃、370℃、400℃等温淬火后，发现在340℃和370℃等温淬火热处理后，其抗拉强度均能达到1100MPa以上，伸长率均高于10%，硬度均不低于300HB。而经400℃等温淬火后，QT500-7的部分力学性能相对降低，但仍具有较高的力学性能水平。随着等温温度的升高，抗拉强度和硬度逐渐降低，而延伸率逐渐增加。在370℃时，其综合力学性能最佳。

关键词：汽车轻量化；等温淬火球墨铸铁；显微组织；力学性能

Abstract

Energy and environmental issues have become increasingly severe in recent years due to the rapid increase in the amount of cars. In order to solve this problem, more and more auto companies begin to study the issue of lightweight. ADI has high strength, high hardness, high elongation, high impact toughness and high fatigue performance comprehensive mechanical properties were better than normal ductile iron，which can be alternative application of nodular cast iron in some parts of automobile crankshaft and gear transmission equipment, engine so that the automobile light weight, achieve the effect of energy saving and emission reduction.

The effect of the isothermal quenching process on the microstructure and mechanical properties of QT500-7 ductile iron was studied in the experiment, by using Nikon Eclipse LV100 POL polarizing microscope (OM) and QUANTA-400 scanning electron microscope (SEM) to observe the microstructure, unidirectional static load tensile test mechanical properties test.

Experimental results show that: (1) QT500-7 ductile iron ball rate of 89% (grade 2-3), graphite ball diameter size of 42.2μm, graphite ball number 180 /mm². (2) with the increase of the isothermal temperature, the shape of the feather bainite gradually increased, the residual austenite content increased gradually. (3) respectively isothermal quenching in the 340 ℃, 370 ℃, 400 ℃, After heat treatment at 340℃ and 370℃, the tensile strength can reach above 1100MPa, the elongation is higher than 10%, the hardness is not less than 300HB. After isothermal quenching of 400 degrees C, the partial mechanical properties of QT500-7 are relatively lower, but it still has a high level of mechanical properties. with the increase of the isothermal temperature, the tensile strength and hardness decreased gradually and the elongation rate increased gradually. At 370℃, its comprehensive mechanical properties are the best.

Key words: automobile lightweight; austempered ductile iron; microstructure; Mechanical properties

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪 论 1

1.1 汽车轻量化 1

1.2 等温淬火球墨铸铁 1

1.2.1 ADI的发展历程 1

1.2.2 ADI标准 2

1.2.3 ADI的典型力学性能 4

1.2.4 ADI材料的优点 5

1.3 化学元素对ADI的影响 5

1.4 ADI的应用 6

1.5 等温淬火热处理工艺 7

1.6 研究目的与内容 9

1.6.1 研究目的 9

1.6.2 研究内容 9

第2章实验内容 9

2.1 实验步骤 9

2.2 实验过程 10

2.2.1 制备实验材料 10

2.2.2 等温淬火热处理 11

2.3 实验分析方法 11

2.3.1 显微组织观察 11

2.3.2 力学性能测试 12

第3章 实验结果与分析 14

3.1 球墨铸铁的基体组织 14

3.1.1 石墨球化效果 14

3.1.2铁素体和珠光体 15

3.2 等淬温度对显微组织的影响 16

3.3 等温温度对力学性能的影响 19

第4章 结 论 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪 论

1.1 汽车轻量化

随着人民生活水平的日益提高，汽车已经逐渐进入百姓家庭。2000年，我国汽车销量首次突破200万辆，此后，汽车工业进入到快速发展阶段并成为我国国民经济五大支柱产业之一^[1]。近年来，汽车的节能减排问题已经限制汽车工业的进一步发展，为了解决这一问题，越来越多的汽车企业着手研究汽车轻量化这一课题。汽车轻量化能大大降低燃油消耗并减少排放。有报告指出，汽车自重每减少10％，燃油消耗可降低6％-8％，排放减少5％-6％，故而汽车轻量化是实现汽车节能减排的重要手段^[2]。汽车轻量化技术主要分为：结构优化设计、轻量化材料的应用和先进制造工艺这3个方面。本文主要讨论的是等温淬火球墨铸铁这一轻量化材料在汽车工业的应用^[3]。

球墨铸铁由于其高强度、高硬度以及良好的塑性和韧性在汽车领域得到了广泛的应用。为了使汽车球墨铸铁零部件轻量化，研究人员使用综合力学性能更加优异的等温淬火球墨铸铁替代传统的球墨铸铁零部件，从而减薄零部件厚度来减轻其重量。

1.2 等温淬火球墨铸铁

球墨铸铁（Ductile Iron，简称DI）由于其高强度、高硬度以及良好的塑性和韧性在汽车领域得到了广泛的应用。然而球墨铸铁的力学性能相对于铸钢、铸铁较差，这又限制了球墨铸铁在汽车领域的进一步应用^[4]。然而，球墨铸铁经等温淬火处理后得到的等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron，简称ADI)材料却不然。ADI材料具有的高硬度、高强度、高伸长率、高冲击韧性和高抗疲劳性能等综合力学性能均优于普通球铁、铸铁和铸钢。又由于其密度小，比强度高以及成本低等特点，可以替代汽车曲轴、齿轮传动设备、发动机的某些零部件从而使汽车轻量化从而达到节能减排的效果^[5]。

1.2.1 ADI的发展历程

近年来，等温淬火球墨铸铁作为一种新兴的工程结构材料在工业上广受欢迎。等温淬火球墨铸铁是通过球墨铸铁等温淬火热处理后，让球墨铸铁基体组织由珠光体、铁素体变为富碳奥氏体组织和铁素体^[6]。而ADI的基体组织主要是贝氏体，所以国内根据其基体组织，称其为“奥氏体-贝氏体球墨铸铁”，简称“奥贝球铁”。