1 重要的结构件对材料性能的要求
所谓重要结构件 ,就是那些对整机或部件的运行起主要作用的零件。具有以下服役特征:一是所承受的载荷为重负荷或动载荷,或高、低周交变载荷。二是服役条件很差 ,如高温、低温、高磨损、强腐蚀。三是服役的安全性和可靠性要求很高。
重要结构件的种类很多,汽车零件有发动机的曲轴、齿轮、底盘悬挂件、摇臂、支架、前轴、后桥、转向节等等。冶金机械的重型齿轮、煤矿机械的刮板、农业机械的传动件、耐磨件、铁路机车的缸套、衬套、销套、斜楔等等,风电设备的齿轴等等。
从危险性考虑这一类结构件的失效方式应是韧性断裂。金属材料的断裂类型分为两种 ,即韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂的特征是金属材料在断裂以前产生明显的宏观塑性变形 ,断裂时存在一个撕裂的过程。在该过程中不断的消耗能量 ,经过一段时间后最终断裂。脆性断裂则是突然发生的断裂,断裂前基本上不发生塑性变形 ,没有明显的断裂征兆 ,因此危害性很大。与脆性断裂相比 ,韧性断裂的危害性较小。在实际中许多重要的结构件在产生较大的塑性变形后就已失效 ,以致避免了突然断裂的危险,避免了安全事故的发生。用于重要结构件的金属材料要确保韧性断裂的失效形式,就应具有高的强度 ,和良好的塑性和韧性 (包括低温韧性 )。
2 应用ADI球铁制造重要结构件的可能性
重要结构件种类很多 ,广泛应用的金属材料主要为优质碳素结构钢和低合金结构钢。等温淬火球铁 ( ADI) 问世于1977年,随后得到迅速的发展,并发布了若干标准。在我国2010年9月1日开始实施GBJ/ 24733-2009国家标准,至今可以说ADI已是一个成熟的新型结构材料。但是在整个的机械制造行业 ,特别是在设计部门对ADI球铁的了解不多,在选择材料时,对应用ADI球铁的可能性存有疑问。这是ADI球铁推广应用时经常面临的难题。应用的可能与否 ,取决于性能指标。等温淬火球铁是一种优质的球铁经过等温淬火热处理形成的一种新型结构材料。等温温度处在中温转变温度范围,约 25 0℃ ~4 0 0℃。进行的转变是半扩散型转变,即只发生碳原子的扩散。转变的产物为高碳的奥氏体 ( 含碳量约为 2% 左右 ) 和过饱和碳的针状体素体组成的混合基体。奥氏体属面心立方晶格类型 ,具有较多的滑移系 ,因而有良好的塑性 ,易于形变强化,有较高的疲劳强度,由于高的含碳量而有很好的热稳定性 ,以致室温时还能大量的存留 ( 约 2 5~4 0 % )。针状铁素体属体心正方晶格类型 ,因过饱和的碳造成晶格形变 ( 正方度大于 l ) 产生强化效应 ,半扩散型转变还产生了大量的位错,造成晶粒细化 ,形成针状铁素体,与高温温度范围内扩散型转变形成的铁素体不同,针状铁素体具有良好的强度和韧性。按照金属学的贝氏体相变理论 ,这种针状铁素体属于一种高含硅量成分条件下的无碳贝氏体,其等温转变仍属贝氏体转变球墨铸铁经过等温淬火热处理形成奥氏体和针状铁素体混合的基体组织,使得 A D I 成为一种高强度、高塑韧性的一种新型结构材料。符合重要结构件对材料性能的要求,具有应用的可能性。