有关蠕墨铸铁和碳含量对铸铁的影响

一、蠕墨铸铁的组织和性能

[组织]：组织中具有蠕虫状石墨。铸铁液经蠕化处理后可得到具有蠕虫状石墨的蠕墨铸铁，方法为浇注前向铁液中加入蠕化剂，促使石墨呈蠕虫状。

[性能]：蠕虫状石墨的形态介于片状与球状之间，所以蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性能、减振性和导热性都优于球墨铸铁，与灰铸铁相近。

蠕虫状石墨蠕墨铸铁的显微组织

二、蠕墨铸铁的牌号及用途

[牌号表示方法]：蠕墨铸铁的牌号是由“RuT”（“蠕铁”两字汉语拼音字首）后附最低抗拉强度值（MPa）表示。例如牌号RuT300表示最低抗拉强度为300MPa的蠕墨铸铁。

[应用范围]：蠕墨铸铁主要用于承受热循环载荷、结构复杂、要求组织致密、强度高的铸件，如大马力柴油机的汽缸盖、汽缸套、进（排）气管、钢锭模、阀体等铸件。

六米焦炉炉门焦炉保护板 4.3米焦炉炉门

化产设备蒸氨塔热风炉球形炉篦高炉热风炉篦子

蠕墨铸铁的应用

蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自JB4403－1987）

牌号

力学性能

应用举例σ

b/MPa

σ

r0.2/MPa

δ/%

HBS

不大于

RuT2602601953121～

197

增压器废气进气壳体，汽车底盘零件等

RuT300300240 1.5140～

217

排气管，变速箱体，汽缸盖，液压件，纺织机零件，钢锭模等

RuT340340270 1.0170～

249

重型机床件，大型齿轮箱体、盖、座，飞轮，起重机卷筒等

RuT3803803000.75193～

274活塞环，汽缸套，制动盘，钢珠研磨盘，吸淤泵体等

RuT4204203350.75200～280

近几年，蠕墨铸铁的应用，特别是在欧洲，得到了长足的进展。这是人们在发现蠕墨铸铁后，首次作为一种材质在国外发动机缸体等重要铸件上得到广泛使用。应用的同时又掀起了相应的进一步深入研究的高潮。欧盟也已制订出蠕墨铸铁标准草案，发给各企业，正在征求意见，并预定在一年内正式公布。美国在前年就把蠕墨铸铁的产量从球墨铸铁中分离出来统计，表明了他们对蠕墨铸铁的重视程度。

今年6月的GIFA展览会上，许多铸造企业都把蠕墨铸铁作为供货范围，并举出了相应的生产实例。例如宝马汽车公司（BMW）V8柴油发动机缸体，戴姆勒－克莱斯勒汽车公司（Daimler chrysler）12升排量的8缸发动机缸体，达夫公司（DAF）的12.6升排量、功率为390KW 的六缸发动机缸体都用蠕墨铸铁铸造。年产35万吨发动机铸件的弗里茨－维特公司（Fritz Winter），在研究开发的基础上，2003年安装了一条KW（Kuengel Wagner）静压多触头造型线，砂箱尺寸为1350×1100×400/400，用来每年生产3万吨发动机薄壁蠕墨铸铁缸体。年产400万个发动机缸体，200万个缸盖的爱森·布吕尔（Eisen Bruehl）公司在充分对比的基础上，已开始在轿车发动机缸体上使用蠕墨铸铁。德国阿乌哥斯特·坎泼公司（August

Kuepper GmbH），已成为一个蠕墨铸铁的专业生产厂，380个人，使用2条迪砂造型线，每年生产3万6千吨蠕墨铸铁件，主要供奥迪、奔驰、大众、宝马、司高达等汽车公司的排气管与增压器壳体。美国福特（Ford）公司与辛特（Sinter）合作，在1999年就在巴西已生产出10万个蠕墨铸铁V6缸体。瑞典达劳斯（Daros）活赛环厂开发了蠕墨铸铁活塞环。

蠕墨铸铁得到广泛应用的背景

蠕墨铸铁之所以能得到广泛应用，其原因还在于汽车工业对总成与零部件的要求。汽车发展方向上的永久课题是减少排放、降低油耗、提高功率和增加舒适性。在这四个主题下，汽车开发的二级目标是：

◆减少摩擦，例如优化曲轴传动方案（滑动面、轴承）

◆减轻重量（结构轻化、材料）

◆提高发动机刚度（柴油机尖峰压力）

◆减小发动机体积（构造型式、使用更好的材料）

◆更有效的尾气处理系统

◆改进燃烧方法（汽油直喷、柴油调匀，使用天然气）

◆提高变更性（阀动装置、压缩比）

◆减小尺寸，尤其是汽油发动机（使用更好的材料）

从这些目标可以看出，在未来的8项发展中，有五项和材料及铸造有关。在过去人们选择铝合金来替代灰铸铁，使汽车、发动机的重量有所下降，这在过去的发动机技术下是可以的。如图1所示在未来几年中铝合金的气缸体在欧洲预计还会有所增加。但发动机的比功率（KW/排量·升）越来越大，导致发动机气缸体与气缸盖的工作温度越来越高（见图2和图3），两零件的很多部位，其温度已超过200℃，这时铝合金的强度迅速下降，已不足以承受所受机械负荷（见图4），而铸铁则毫无影响。

此外，随着比功率的提高，常温下的铝合金也存在机械强度不够的问题。现在解决的办法是在缸体与缸盖、轴承盖与缸体的连接螺栓处镶铸螺纹件，甚至连接板（见图5）。这无疑又会增加重量，同时除成本提高外，增加了铸造的技术难度。因为热膨胀系数的差别，尤其是镶铸件有一些小缺陷时，就保证不了与铝合金本体连接的理想间隙（见图6），从而在使用中易引起松动和疲劳裂纹。

实际上从矿石到成品，铝合金的耗能要高于铸铁件。众所周知，铸铁件的防振能力远大于铝合金。也只有铸铁件的力学性能与高温性能才能满足汽车，尤其是发动机的未来发展要求。因此，只要生产2～5mm薄壁铸铁件的技术提高，就完全有可能再次夺回铝合金占领的部份市场。蠕墨铸铁具有球墨铸铁的强度，和灰铸铁相比又有类似的防振、导热能力及铸造性能，而又比灰铸铁有更好的塑性和疲劳性能。现代的铁液处理工艺已能确保得到必须的蠕状石墨，因此在缸体上的应用已无技术障碍，而用蠕墨铸铁生产的缸体，其发动机单位重量所获得的功率可低于铝合金（见图7），这就促使了蠕墨铸铁的应用与发展。

蠕墨铸铁的欧洲标准

对于蠕墨铸铁早在1984和1987年，我国就制订了蠕墨铸铁－金相与蠕墨铸铁件行业标准，并在1999年进行了修订，但至今还没有国家标准，尽管我国应用历史要早于国外，例如蠕墨铸铁排气管（二汽）、蠕墨铸铁缸盖（无柴）。

德国在2002年5月，由德国铸造协会制订了蠕墨铸铁的行业标准，编号为W50。现在正作为欧洲蠕墨铸铁标准草案在各铸造企业征求意见。在此标准中规定，石墨主要以蠕墨存在就算蠕墨铸铁，但规定在铸件的主要壁厚，蠕墨数量要大于80%。由于壁厚影响到蠕墨数量，故进一步规定，在整个铸件上不允许出现片状石墨外，在铸件其它次要部位的蠕墨数量可以有变动，也即低于80%，但铸造企业认为蠕墨量也不应低于60%，也可和铸件使用方协商一