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军工高性能ADI球铁项目分析
来源: | 作者:汤仁龙 | 发布时间: 2025-04-02 | 83 次浏览 | 分享到:
本产品选用覆膜砂壳型工艺铸造,该工艺可提高产品质量和内在质量、适应性强、使铸件表面光洁尺寸准确、提高铸件几何和尺寸精度,产品质量稳定、铸件缺陷率低、铸造尺寸精度高。铸件采用等温淬火热处理工艺,能提高材料性能、减少变形和开裂、提高冲击韧度、减少内应力和显微裂纹、减少变形量、节省工时和能源、提高材料利用率。铸件材料采用等温淬火球铁QTD1050 - 700 - 6,具有高强度和良好塑性、质量轻、优异的动态力学性能、良好的吸振性、出色的耐磨性和抗磨性等特点。目前产品材料性能有相关检测数据,经大量实验可将材料力学性能稳定提高10%,还给出了同炉试棒机械性能及实验曲线参照数据。

1.   铸造工艺

本产品选用覆膜砂壳型工艺铸造,具有一下特点:

选用覆膜砂壳型铸造工艺具有以下优点:

1) 提高产品质量:覆膜砂壳型铸造可以避免铸造缺陷的发生,从而提高产品质量。改变毛坯的外观质量,减少切削余量,工艺出品率高,质量稳定。

2) 提高产品内在质量:由于覆膜砂造型浇注时冷却速度快,大大提高了铸件的石墨形态,进而提高了产品的机械性能,增加了产品的使用寿命。

3) 适应性强:覆膜砂特别适用于复杂薄壁精密的铸铁件以及高要求的铸铁件的生产,可有效消除粘砂、变形、热裂和气孔等铸造缺陷。

4) 铸件表面光洁,尺寸准确:覆膜砂壳型铸造工艺能使铸件表面更加光洁,尺寸更加准确,减少或不需要机械加工,可缩短生产周期,节约金属材料,降低成本。

5)  提高铸件的几何精度和尺寸精度:壳型线生产的铸件具有很高的几何精度和尺寸精度,并且可明显地减少铸件的铸造缺陷、降低铸件的废品率、提高铸件的表面质量以及减少加工部分的加工量。

综上所述,本产品采用覆膜砂壳型铸造工艺产品质量稳定、铸件缺陷率低、铸造尺寸精度高。

2.   热处理工艺

产品铸件采用等温淬火热处理工艺,其主要特点如下:

1)提高材料性能:等温淬火可以获得下贝氏体组织,这种组织在提高钢材的强度、硬度、韧性、耐磨性和塑性方面具有优势。

2)减少变形和开裂:由于等温淬火减小了工件与淬火介质的温差,从而减小了淬火热应力,同时贝氏体的比体积比马氏体小,工件内外温度较为一致,因此淬火组织应力也较小,显著减小了工件变形和开裂倾向。

3)提高冲击韧度:等温淬火比普通淬火-回火(中、低温回火)的冲击韧度好,特别是对于有显著的第一类回火脆性的钢,等温淬火的优越性更为显著。

4)减少内应力和显微裂纹:由于等温淬火后组织结构均匀,内应力很小,显微和超显微裂纹产生的可能性很小,因此等温淬火后,其疲劳强度可大大增加,从而在很大程度上延长了铸件的寿命。

5)减少变形量:等温淬火由于热应力和组织应力都大大减小,在等温保温时奥氏体稳定化,使随后冷却时残余奥氏体数量增多,所以变形量小,甚至可达到无变形淬火,因而等温淬火很适用一些精密的结构零件。

6)节省工时和能源:与常规淬火、回火相比,在达到规定硬度时,等温淬火有较高的塑性和冲击韧性,变形小,节省工时和能源,降低成本。

7)提高材料利用率:等温淬火工艺能够改善球墨铸铁件的组织结构和力学性能,使其具有更高的强度和韧性,提高了材料的整体利用率。

综上所述,等温淬火热处理工艺在提高材料性能、减少变形和开裂、产品减重等方面具有明显优势。

3.   材料特点

铸件材料采用等温淬火球铁,牌号为QTD1050-700-6,即材料性能为:抗拉强度≥1050MPa,屈服强度≥700Mpa,延伸率≥6%

其材料特点如下:

等温淬火球铁(ADI)具有以下特点:

1)高强度和良好塑性:在同等伸长率情况下,ADI的抗拉强度是普通球铁的2倍,而在同等抗拉强度情况下,伸长率是普通球铁的两倍以上。ADI的抗拉强度也优于调质处理的碳钢,与低合金钢相当。

2)质量轻:由于ADI中含有近10%的石墨,相同体积的零件比锻钢轻约10%,这有助于减轻整机重量,减少燃料和动力消耗。

3)优异的动态力学性能:ADI具有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度,旋转弯曲疲劳强度可达400500MPa,与调质处理低合金钢相当;接触疲劳强度可达16002100MPa,比低合金钢氮化处理的接触疲劳强度高。

4)良好的吸振性:由于ADI的弹性模量较低,加上基体中存在石墨球,能迅速吸收振动并增大噪声阻尼,使部件的运行更安静和平稳。

5)出色的耐磨性和抗磨性:硬度为302375HBW,其寿命比具有马氏体组织、硬度为5862HRC的锻钢更长。CADI(含碳化物18%)的耐磨性能胜过许多高合金耐磨铸铁,其无缺口冲击韧性则是耐磨铸铁的210倍。

这些特点使得等温淬火球铁在许多应用领域,成为一种理想的材料选择。

4.   材料性能在不同环境下对比试验

目前产品材料性能如下(数据来源2023年产品检测数据):

Yield St.
 
屈服强度
 
Min

Tensile St.
 
抗拉强度
 
Min

Elongation
 
断后伸长率
 
Min

Hardness
 
硬度
  Max

Impact
  ISO V
 
抗冲击强度
 
Min

s/Mpa

b/Mpa

%

HB

J

≥700

≥1050

≥6

310-380

80 

887

1060

10

318

95 

根据目前阶段实验实际情况,经过我方大量实验,目前可以把材料力学性能稳定提高10%,下面表格为我司同炉试棒机械性能及实验曲线,可进行参照。

Yield St.
 
屈服强度
 
Min

Tensile St.
 
抗拉强度
 
Min

Elongation
 
断后伸长率
 
Min

Hardness
 
硬度
  Max

Impact
  ISO V
 
抗冲击强度
 
Min

s/Mpa

b/Mpa

%

HB

J

≥700

≥1050

≥6

310-380

80 

875

1181

13.5

324

95