等温淬火对连铸球铁型材组织和硬度的影响

　　等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron以下简称ADI)以其优异综合力学性能、优良的疲劳性能和耐磨、减摩性能和良好的减震、降噪性能等性能特点[1-2]，以及质量轻、成本低等显著的经济效益和社会效益引起铸造工程界的广泛关注[3]，被誉为“材料中的高科技产品”，广泛应用于农业机械、建筑机械、工程机械、汽车、铁路和军工领域[4]。

　　对于ADI的研究报道已有很多，且一些研究理论日渐成熟。有文献研究表明，随着等温淬火温度的升高，ADI 的硬度呈下降的趋势[5-6]; 在较高等温温度下，ADI热处理工艺带变窄或者消失，得到基体中不含奥氏体的贝氏体球墨铸铁[7]。这种球墨铸铁虽然塑韧性较差，但具有较高的强度、硬度和疲劳极限，而且耐磨性和切削性良好。ADI的力学性能尤其是塑性和韧性对显微组织和铸造缺陷较为敏感[8]。普通的砂型球墨铸铁容易出现夹砂、夹渣、气孔、缩孔和疏松等铸造缺陷，因此难以通过等温淬火处理充分发挥合金的性能潜力。

　　本研究选用水平连铸球墨铸铁QT500-7型材作为等温淬火处理原料。水平连续铸造采用封闭结晶器、大冒口补缩小铸件的工艺，因而所得型材的晶粒细小、组织致密均匀，有利于得到性能优良的ADI组织[9]。对型材通过等温淬火处理后，进行显微组织分析和硬度检测，讨论热处理工艺因素对显微组织和硬度的影响规律，探寻最高硬度ADI的热处理工艺，为制定该型材的等温淬火处理工艺及应用提供依据。

　　1 试验材料及方法

　　1.1 试样制备

　　以Φ172mm水平连铸球墨铸铁型材QT500-7作为原材料，型材化学成分(质量分数，%)为:3.0C，2.41Si，0.27Mn，0.048P，0.01S，余量Fe。依据GB/T231-2002《金属布氏硬度试验》，金相试样和硬度试样均取型材1/2半径处，经电火花切割后制成。奥氏体化过程在可控硅式箱式高温炉中进行，等温淬火处理在等温硝盐炉中完成，硝盐组成为质量比为1∶1的NaNO3与KNO3。用HB-3000型布氏硬度计测试硬度，选择Φ5mm的硬质合金压头、保压10s、载荷为750kg，每个硬度试样测取3点取平均值。金相试样经4%硝酸酒精腐蚀后用Olympus GX71型光学显微镜(OM)和JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜(SEM)观察。

　　1.2 试验方法

　　研究奥氏体化温度TA、奥氏体化时间tA等温淬火温度TD和等温淬火时间tD等热处理工艺参数对合金显微组织和硬度的影响，因素水平表如表1。因此采用L16(45)正交表设计试验方案，将因素TA、tA、TD和tD分别安排在正交表的第1，2，3，4列中，第5列作为误差列空出。所得等温淬火试验方法如表2。