1.1.5 ADI的发明

国际上对ADI材料的称谓主要有两种：美国称其为Austempered Ductile Iron，即等温淬火球墨铸铁，是按照其处理工艺命名的；国际标准ISO和欧洲标准EN称其为Ausferritic Spheroidal Graphite Iron，即奥铁体球墨铸铁，是按照其主要微观组织命名的。我国现行国家标准GB/T 24733—2009称其为等温淬火球墨铸铁（ADI）。

等温淬火工艺于20世纪30年代由Edgar C. Bain和Edmund S. Davenport在美国钢铁公司（the United States Steel Corporation）首先采用。应该说，贝氏体在被发现和确认之前已经在钢中存在了很长时间，其未能被识别是因为受到当时显微镜技术的限制以及受热处理实践所形成混合组织的影响。Bain因为一个偶然的机会研究了等温相变，将钢加热到奥氏体化，然后冷却到中等温度并保温不同时间，结果发现了由“针状、暗色的聚集物”组成的新的微观组织，并发现这种组织的硬度与回火马氏体相当但更有韧性。当时的热处理实践是连续冷却，实际上是不能得到完全的贝氏体组织的，得到的可能是混合组织或者过多的马氏体。随着热处理技术的发展，1958年含硼和钼的低碳钢能够通过连续冷却生产出全贝氏体钢，使得贝氏体钢具有了商业开发价值。这种热处理称为等温转变处理，包括一个阶梯保温过程，使铸件在一个固定温度下保持足够长的时间以完成相变。1960年该工艺快速发展为一种经济可行的高性能热处理替代方法。特别是在轻型弹簧和冲压件的热处理方面，等温淬火工艺被广泛应用。随着新型设备的开发和对新工艺认识的不断深入，等温淬火热处理工艺的应用领域不断拓展。

1949年，W. W. Braidwood在其《什么是针状铸铁》的文章中谈到针状组织铸铁具有很好的力学性能，已有不少应用，研究了等温淬火工艺并提出了富碳奥氏体组织的概念，但所研究的是灰铸铁，当时球墨铸铁和等温淬火技术的工业应用尚不成熟。1960年，美国国际收割机公司用等温淬火处理的球墨铸铁代替铸钢（高锰钢）制造了军用车辆的履带板，这一突破性工作证明了球墨铸铁等温淬火技术的可行性。同年，美国通用汽车公司开展了渗碳钢、淬火钢准双曲面齿轮圈、差速器齿轮低成本替代的研发工作，其中包括等温淬火处理可锻铸铁的可行性和等温淬火处理球墨铸铁齿轮的开发等项目。

20世纪五六十年代，球墨铸铁科研人员主要关注的是如何可靠地获得所期望的微观组织，特别是获得期望的珠光体和铁素体的比例。起初是通过热处理，后来是通过控制化学成分、合金元素和冷却工艺来生产铸态珠光体、铸态铁素体以及不同珠光体和铁素体比例的铸态球墨铸铁。目前，大多数球墨铸铁零件都是铸态球墨铸铁，这大大提高了生产率，并节约了大量能源。等温淬火球墨铸铁在当时并未引起球墨铸铁业的重视，直至20世纪60年代末70年代初，才开始重新研究这种材料。

1972年，为了解决球墨铸铁压缩机曲轴疲劳强度低的问题，开始在全密封的AE型压缩机上安装经等温淬火处理的球墨铸铁曲轴（图1-5），这是商业上应用的第一个ADI零件。这些小曲轴在美国Wagner Castings Company（迪凯特，伊利诺伊州）铸造为铁素体球墨铸铁，在Tecumseh Products Company（特库姆塞，密歇根州）加工，在Controlled Atmosphere Processing（底特律，密歇根州）进行等温热处理，然后返回Tecumseh Products Company安装在压缩机上。

图1-5 1972年用于Tecumseh AE型空气压缩机的ADI曲轴

1977年，M. Johansson宣布，芬兰Kymi Kymmene公司所属的Karkkila铸造厂开发了一种性能优异的新型球墨铸铁，即ADI，并在1978年召开的第45届国际铸造年会上宣读了相关论文。当时芬兰研究的是高等温淬火温度的ADI。几乎同时，我国也宣布研究成功ADI，我国研究的是低等温淬火温度的ADI。1992年美国材料与试验协会在ASTM A644M—1992《铸铁件术语》标准中，正式将球墨铸铁经等温淬火热处理获得的针状铁素体+高碳奥氏体的混合组织命名为奥铁体。