摘 要

等温淬火球墨铸铁(ADI) 具有良好的综合力学性能，其强度高，塑性好，同时具有良好的断裂韧性和耐磨性，已成为21世纪人们关注的热点材料和技术之一。研究开发高性能、低成本的ADI一直是铸造和热处理领域研究工作的重要内容之一。等温淬火温度是影响等温淬火球墨铸铁组织和力学性能的重要因素，实验以QT400-15为研究对象，研究等温淬火温度变化对其显微组织与力学性能的影响，确定较优的热处理工艺。

在340、370、400℃对试样进行等温淬火热处理，借助光学显微镜和扫描电子显微镜等仪器进行金相组织观察，采用万能拉伸试验机和布氏硬度计测试等温淬火球墨铸铁的力学性能。结果表明：随着等温淬火温度的升高，上贝氏体形态变得粗大，组织中残余奥氏体量增加；温度升高，等温淬火球墨铸铁的抗拉强度和硬度降低，伸长率增大。基于以上结论，在370℃等温淬火，ADI力学性能较好，分别为抗拉强度1152MPa，硬度339HB，伸长率12.3%。

关键词：等温淬火球墨铸铁；温度；显微组织；力学性能

Abstract

Austempered Ductile Iron (ADI) has good mechanical properties, high strength, good ductility as well as good fracture toughness and excellent wear resistance. ADI has become one of the hotspot materials and techniques in the 21st century. Research on high-performance, low-cost ADI is an important part of the casting and heat treatment. Austempering temperature is an important factor affecting microstructure and mechanical properties of austempered ductile iron. In this paper an investigation about QT400-15 was carried out to examine the effects of austempering temperature on microstructure and mechanical properties, and determine the optimum heat treatment process.

Specimens were austempered at 340, 370 or 400℃. The microstructure was identified by means of OM and SEM. The mechanical properties of ADI were measured by means of Universal tensile testing machine and Brinell hardness tester. The results show that: With the increase of austempering temperature, the morphology of upper bainitic becomes coarsening, the amount of retained austenite increases, and the tensile strength and hardness of ADI decrease, elongation increases. Based on these conclusions, austempering at 370℃, ADI has the best combination of mechanical properties. The tensile strength is 1216MPa, the hardness is 345HB and the elongation is 12.3%.

Keywords: ADI; Temperature; 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 2

1.2.1 ADI的产生与发展 2

1.2.2 合金元素对ADI的影响 4

1.2.3 ADI的等温热处理工艺 5

1.2.4 ADI的力学性能 7

1.3 等温淬火球墨铸铁的应用 8

1.3.1 ADI在齿轮方面的应用 9

1.3.2 ADI在曲轴方面的应用 9

1.3.2 ADI在铁路系统中应用 10

1.3.3 ADI在其它领域的应用 10

1.4 研究目的、内容与意义 11

1.4.1 研究内容 11

1.4.2 研究目的 11

1.4.3 研究意义 11

第2章 实验内容及测试方法 12

2.1 实验内容 12

2.2 实验方案 12

2.2.1 化学成分 12

2.2.2 熔炼及浇注 13

2.2.3 试样制备和加工 13

2.2.4 热处理工艺 14

2.3 显微组织观察 14

2.4 力学性能实验 15

第3章 实验结果与分析 16

3.1 球墨铸铁组织 16

3.2 等温淬火温度对基体组织影响 16

3.3 等温淬火温度对ADI力学性能的影响 18

第4章 结论 21

参考文献 22

第1 章 绪 论

1.1 汽车轻量化

随着经济的快速发展，我国汽车保有量大幅增长，截至2015年底，全国汽车保有量达到1.72亿辆，全球汽车已超过 10 亿辆。目前世界汽车产业的可持续发展面临着两大难题：能源短缺和环境污染。这两大难题在我国表现得更加突出。研究和实验表明，减小汽车自身重量，即汽车轻量化是降低能源消耗、减少污染物排放的最有效措施之一^[1]。例如汽车重量每减少100kg，可节省燃油消耗0.3~0.5L/(100km)，可减少CO₂排放量8~11g/(100km)。同时，汽车轻量化有利于改善汽车的加速、转向等性能，提高驾驶的舒适性和平稳性；有利于缩短在制动过程中的刹车距离，减小碰撞时的自身动能，提高汽车自身的安全性。可见汽车轻量化是实现节能减排和提高汽车性能重要手段和方法，对汽车工业的可持续发展具有重要意义。

汽车轻量化技术可以分为3个主要方面：结构优化设计、新型轻量化材料的应用和先进制造工艺^{[2, 3]}。