ADI 齿轮热处理设备及工艺介绍

近年来，我国光伏行业发展迅速，光伏行业的核心关键技术已获得更多突破，新技术新材料的应用在光伏行业越来越广泛，作为光伏关键组件的回转支撑齿轮即完成了由传统铸锻钢材料调质处理到ADI 材料应用的升级。齿轮的主要失效模式一般是齿根疲劳断裂，齿面剥落或磨损，而ADI 的接触疲劳强度明显高于铸钢和锻钢，且经过强力喷丸后还可在齿轮表面形成表面压应力，从而提高齿根的弯曲疲劳强度，具有优良的断裂韧性和耐磨性，可以有效地延长齿轮的使用寿命，与传统的铸锻钢齿轮调质或感应处理相比，ADI 齿轮的机械加工效率高，制造成本低，另外，ADI 微观组织中球状石墨能吸收振动，降低齿轮运行时的振动及噪音，同时石墨有自润滑作用，齿轮运行时抗咬合能力强，有效预防运行时故障的发生。ADI 的密度比钢轻10%，代替钢齿轮可减轻自身重量，同时因为ADI 强度的提升，还可以在设计上进行优化，实现轻量化。

ADI（Austempered Ductile Iron）即等温淬火球墨铸铁，是将球墨铸铁加热到奥氏体开始形成温度以上，保持一定的时间，然后以避免珠光体形成的冷速冷却至一定温度（Ms点以上），并保持一定时间，获得基体组织由针状铁素体和富碳奥氏体组成的奥铁体的一种热处理工艺。

Part.1   可控气氛ADI热处理线

ADI 热处理线由预加热炉、加热室（后室）、过渡室、淬火盐槽（前室）四个部分组成。为了达到ADI 零件所要求的性能，需要在奥氏体保温阶段保证炉内温度均匀，使铸件实现全部奥氏体化，铸件从后室加热完成淬入淬火盐槽时的转移速度要快，以防止发生珠光体转变。铸件淬入盐槽后，要求盐浴温度尽快达到要求的等温淬火温度，并使盐浴温度保持稳定，这就要求：

（1）盐槽中盐浴的容量和铸件相比要足够大，盐浴量越大，铸件表面的温度会被快速带走，盐与工件质量比一般超过20:1。

（2）对盐浴进行机械搅拌，使盐浴的温度尽快均匀。

（3）向盐槽中加入适量的水，增加盐浴的流动性及冷却烈度。

Part.2   ADI热处理原理与工艺

典型ADI 热处理过程主要有以下三个步骤：首先，将球墨铸铁升温至奥氏体化温度（840~930℃）并根据壁厚保温1~5h，然后，将其迅速淬入到（230~400℃）的盐浴中，使铸件尽快达到所设定的等温温度；最后，根据铸件的壁厚和合金含量将其在等温温度下保温1~8h，随后出炉空冷至室温。工艺过程如下图1 所示。

Part.3   ADI材质要求

针对ADI 铸件，需要研究设计适当的化学成分以及铸造、熔炼、球化处理工艺，以确保球墨铸铁铸件球化良好，避免产生缩松及石墨漂浮等铸造缺陷。对铸件的要求如下：

（1）球化率≥90%

（2）石墨数量≥120 个/平方毫米

（3）缩松及碳化物缺陷≤1%

（4）稳定的铁素体/珠光体比例

（5）除一般化学成分控制外，针对厚大壁厚需添加一定比例Cu、Ni、Mo 合金。

Part.4   产品性能

根据产品服役条件不同，通过工艺的调整可以实现ADI 900-9、ADI 1050-7、ADI 1200-4、ADI 1400-2 等牌号性能要求。热处理后金相组织满足GB/T24733-2009等温淬火球墨铸铁件要求。以下展示齿轮ADI 1050-7 牌号金相、力学性能。