一、发展概况
在20世纪70年代末期,中国、美国和芬兰彼此独立而几乎又是同时地宣布各自研究成功了贝氏体球墨铸铁。其中,我国研究成功的是下贝氏体球墨铸铁;美国研究成功的是下贝氏体+部分马氏体球墨铸铁;芬兰则研究成功的是上贝氏体+部分奥氏体球墨铸铁。
在这三种贝氏体球墨铸铁当中,性能最优异、最为引人注目的是奥氏体—贝氏体球墨铸铁。1977年,M.Johanson宣布芬兰Ky mi Kymmene公司所属的Karkkila铸造厂开发了这种新型铸铁,并且,在1978年召开的第45届国际铸造年会上宣读了这项研究的论文。从此,这种材质引起了各国的广泛重视,并在美国、英国、法国、加拿大、前联邦德国等13个国家申请了专利(如USAPatentNo.3860457,芬兰专利1996/72,前联邦德国专利2853870)。到目前为止,由于这种材质是要靠等温淬火处理得到,因此,在英文中把它叫做奥氏体等温淬火球墨铸铁 (AustemperedDuctileIron)简称ADI铸铁;在德文中把它叫做中间阶段调质球墨铸铁 (Zwischenstufen-verguten von Guβeisen mit Kugelgraphit);在日文中也把它叫做奥氏体等温淬火球墨铸铁(才—ステンハ°げこ球状黑铅铸铁);在我国,则根据其基体组织,将其称之为奥氏体—贝氏体球墨铸铁,简称奥—贝球墨铸铁。2002年,在第三届全国等温淬火球墨铸铁会议上,就其命名取得了共识,正式命名为等温淬火球墨铸铁。
等温淬火球墨铸铁具有强度、塑性和韧度都很高的综合力学性能,它显著优于铁素体—珠光体球墨铸铁,也优于经调质热处理的球墨铸铁。例如,它的抗拉强度可达1000MPa,伸长率可达10%,特别是它具有很高的疲劳强度和良好的耐磨性。因此,等温淬火球墨铸铁的出现被誉为是近40年来铸铁冶金方面的重大成就之一。
1949年W.W.Braidwood曾预言,针状组织 (贝氏体)铸铁可能是力学性能最好的铸铁。1952年美国InternationalHarvester公司对球墨铸铁进行了大量的热处理试验,其中包括等温淬火热处理,试验中成功地得到了具有硬度高、韧度好而又耐磨的球墨铸铁,其力学性能为:抗拉强度为1034MPa,屈服强度为760MPa,伸长率为8%,硬度为340HBS。用这种材质可代替高锰钢制作军用车的履带板。
在其后的20多年间,由于多种原因,在等温淬火球墨铸铁领域的进展实质上处于停顿状态。直到20世纪70年代后期,中国、芬兰和美国均采用等温淬火球墨铸铁制作汽车螺旋伞齿轮取得了成功。其中,美国通用汽车公司于1976年宣布,采用等温淬火球墨铸铁取代锻钢制作Pontiac轿车的后桥螺旋伞齿轮,年产量达100万套,为此,获得了美国设计奖。
1978年以后,世界各国的材料与铸造工作者对这种新材料的制造技术给予了广泛的重视,并从不同角度进行了大量的基础研究工作,我国是最早研究与应用等温淬火球墨铸铁的国家之一。
现已得知,等温淬火球墨铸铁的抗拉强度是普通铁素体—珠光体球墨铸铁的2倍,并有良好的塑性(见表11-1)。
表11-1 等温淬火球墨铸铁与其他钢铁材料力学性能对比
由表11-1可见,等温淬火贝氏体球墨铸铁的力学性能,已达到钢的水平。因此,这种材料已经引起材料界、设计界、热处理界和铸造界的极大兴趣和关注。
进入20世纪80年代,许多国家对等温淬火贝氏体球墨铸铁进行了深入研究。为此,1984年在美国芝加哥城召开了第一届国际等温淬火球墨铸铁学术会议。会议是由美国汽车工程师学会、美国球墨铸铁协会、美国铸造学会及美国齿轮学会共同发起召开的。专家对这次会议的评价是,虽然研究工作将继续确定最佳工艺,但是已经取得的进步已超出了实验室阶段,并正在被大量应用于各个工业领域中。尤其是世界各国试验研究所获得的结果非常一致,这表明已经具备了工业上可行的工艺。
两年后,1986年在美国密歇根大学召开了第二届国际等温淬火贝氏体球墨铸铁学术会议。这次会议是由美国铸造学会、美国齿轮学会、美国金属学会、英国铸铁学会、美国球墨铸铁协会、德国铸造协会、日本球墨铸铁协会、美国金属性能委员会、美国汽车工程师学会及美国密歇根大学共同发起的。由此可以看出,这种新材质在全世界工程界引起的重视。
1991年,仍是在美国,在伊利诺斯州召开了第三届国际等温淬火球墨铸铁学术会议。这次会议主要是交流了各国的生产经验及扩大应用,表明这种材质的发展已日臻成熟。
我国铸造工作者对等温淬火球墨铸铁的发展也十分重视。1987年在北京召开了第一届全国学术会议,会后,成立了全国奥氏体—贝氏体球墨铸铁技术委员会。四年后,1991年在吉林省大安市召开了第二届全国奥氏体—贝氏体球墨铸铁学术会议,会上交流了许多来自企业的生产经验。2002年在辽宁省大连市召开了全国第三届学术会议。在此会议上,将奥氏体—贝氏体球墨铸铁正式命名为等温淬火球墨铸铁。
等温淬火球墨铸铁在全世界的发展很迅速。以美国为例,1984年等温淬火球墨铸铁的产量是4000~6000t,1985年是8000t,1986年是1.2万~1.6万t,至今已年产超过10万t,且仍在以每年15%的发展速度递增。
我国等温淬火球墨铸铁的年产量也在增加,已达2万~3万t。虽然与工业发达国家相比仍有差距,但这种差距正在缩小。