1、淺談近年來鑄鐵件的發(fā)展萬仁芳（東風(fēng)汽車公司商用車 鑄造一廠，湖北 十堰 442048）摘要：介紹了近年來我國鑄鐵件的產(chǎn)量和新制訂、修訂的鑄鐵件國標(biāo)：（1）灰鑄鐵的發(fā)展在產(chǎn)量增速上雖有所放緩，但質(zhì)量上卻有很大提高，體現(xiàn)在：新國標(biāo)中牌號的細(xì)化，掌握了 HT300 和 HT350 的生產(chǎn)技術(shù)，專用灰鑄鐵的開發(fā)。（2）球墨鑄鐵不僅在產(chǎn)量上快速發(fā)展，而且更有質(zhì)的飛躍，概括為：發(fā)展速度令人驚異，從無到有，從少量生產(chǎn)到占世界球鐵產(chǎn)量的49.5%；球鐵應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大；開發(fā)出各種球化處理方法；系列化生產(chǎn)了球化劑和孕育劑。重點(diǎn)介紹了 Si 固溶強(qiáng)化鐵素體球鐵、高強(qiáng)度高伸長率球鐵、低溫鐵素體球鐵、珠光體基體球鐵、

2、ADI、奧氏體球鐵、高強(qiáng)韌 TWIP 鑄鐵，并指出了生產(chǎn)高端球鐵件的關(guān)鍵點(diǎn)優(yōu)化石墨、凈化晶界、強(qiáng)化基體。（3）蠕鐵的進(jìn)步體現(xiàn)在：新的國標(biāo)替代了舊的部標(biāo)，蠕鐵缸體缸蓋的生產(chǎn)漸入佳境，蠕鐵制動(dòng)盤的擴(kuò)大應(yīng)用正在穩(wěn)妥推進(jìn)。關(guān)鍵詞：灰鑄鐵；球墨鑄鐵；蠕墨鑄鐵中圖分類號：TG250文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：10038345（2014）03001510 DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2014.03.001A Brief Talk on the Development of Iron Castings in Recent YearsWAN Ren-fang（No.1 Foundry，

3、Dongfeng Commercial Vehicle Co.,Ltd.，Shiyan 442048，China）Abstract：The production and national standard of formulation，revision of cast iron was introduced. The development of gray cast iron in the production growth is slowing down，but the quality is improved a lot. It is reflected in：（1）the detailed

4、 and mastered the production technology of HT300 and HT350 in new national standard and the development of special gray cast iron（.2）the development of ductile iron in the production growth is rising rapidly and the quality is also improved a lot. It can be summarized as follows：the pace of developm

5、ent is amazing. Ductile iron production took little time from scratch to a proportion of 49.5% of the world. The application fields of ductile iron continue to expand. Variety of ball handling methods were developed and the nodulizer and inoculant were serialized produced. The presentation is mainly

6、 focused on Si solid solution strengthening ferritic nodular cast iron，high strength and high elongation ductile iron，low-temperature ferritic ductile iron，pearlite matrix ductile iron，ADI，austenitic ductile iron and high toughness TWIP cast iron. The key point of producing high -end ductile iron ar

7、e optimization of graphite，purified grain boundaries，strengthening the matrix.（3）The progress of vermicular graphite iron reflected in the old ministry standard was replace by new national standard，vermicular graphite iron cylinder block and head production getting better，vermicular graphite iron br

8、ake discs application promoting steadily.Key words：gray cast iron；ductile iron；vermicular graphite iron上世紀(jì) 90 年代末，可持續(xù)發(fā)展已成為全球人們的共識。在汽車業(yè)，“輕量化”更是被奉為發(fā)展的重中之重，密度較低的 Al、Mg 合金取代密度較大的鋼鐵材質(zhì)似乎成為必然。隨著乘用車中Al、Mg 鑄件所占比例的不斷上升，在西歐引起了一場“Fe、Al 之爭”1。有人撰文稱：“鑄鋁件已攻入鑄鐵件的營盤，鑄鐵件只能在狹縫中求生存”。也正是在這時(shí)，蠕墨鑄鐵在乘用車缸體上應(yīng)用獲得成功，蠕鐵有比 Al 合金更高

9、的比功率（即 kW/kg 之比），蠕鐵缸體有比 A（l或 Mg）合金缸體更美好的應(yīng)用前景，于是又有人撰文稱：“鐵質(zhì)材料會(huì)重新奪回其應(yīng)用市場，而 Al 質(zhì)材料只不過是一時(shí)時(shí)尚而已”。這場“Fe、Mg 之爭”在中國波瀾不驚，因?yàn)橹钡?2001 年，我國汽車總產(chǎn)量還只有233.4 萬輛，其中轎車產(chǎn)量不足 1/3，桑塔納、捷達(dá)、富康“三大品牌”轎車的缸體都是鑄鐵材質(zhì)。唯一受到影響的是高等院校和科研單位有關(guān)鑄鐵的課題已申請不到經(jīng)費(fèi)了，一些資深的研究鑄鐵的教授、專家轉(zhuǎn)而去研究 Al 合金、Mg 合金鑄件。十多年過去了，我國的汽車年產(chǎn)量已超過2 000 萬輛（2013 年生產(chǎn)了 2 211.7 萬輛），鑄件

10、產(chǎn)量也連續(xù) 12 年雄踞全球之首，而鑄鐵業(yè)發(fā)展得怎么樣呢？有賴于市場經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)，鑄鐵業(yè)不是“在狹縫中求生存”，反而是產(chǎn)量翻番，技術(shù)含量提高，鑄鐵件標(biāo)準(zhǔn)也全部刷新，甚至還有人歡呼“新的鐵器時(shí)代已經(jīng)來臨”。表 1 為 20012011 年我國鑄鐵件產(chǎn)量。11年來鑄件總產(chǎn)量增加了 1.79 倍，而鑄鐵件產(chǎn)量只增長了 1.52 倍，鑄鐵件占鑄件總產(chǎn)量的比例下降了 7.7%，說明有色鑄件或鑄鋼件發(fā)展得更快；但從鑄鐵件結(jié)構(gòu)上看，同期球鐵件產(chǎn)量增長了 2.85 倍，高于鑄件總產(chǎn)量的增長，占鑄件總產(chǎn)量的比例也增長了 7%，說明鑄鐵件中技術(shù)含量提高了。表 2 為近 5 年來部分新制訂或修訂的鑄鐵件國家標(biāo)準(zhǔn)，所有

11、標(biāo)準(zhǔn)均與國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）接軌，有些 ISO 標(biāo)準(zhǔn)中沒有的，則也參照先進(jìn)工業(yè)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂，確保了國標(biāo)的先進(jìn)性。這些標(biāo)準(zhǔn)，展示了鑄鐵件的發(fā)展和旺盛的生命力。1 灰鑄鐵的發(fā)展灰鑄鐵在產(chǎn)量增速上雖有所放緩，但質(zhì)量上卻有很大提高。體現(xiàn)在：（1）新國標(biāo)中牌號的細(xì)化，增加了 HT225 和HT275 兩個(gè)牌號，以適應(yīng)汽車鑄件的需要；更強(qiáng)調(diào)鑄件本體而不僅僅是單鑄試棒達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的力學(xué)性能。新國標(biāo)對 C 型石墨也作了更明確的定義，更正了以往常將亞共晶灰鑄鐵中因截面不同而出現(xiàn)的塊狀石墨誤判為 C 型石墨的情況。（2）掌握了 HT300 和 HT350 的生產(chǎn)技術(shù)34，并已用于大量流水生產(chǎn)汽車缸體、缸蓋，可

12、在較高 CE 情況下，不增加收縮傾向和白口傾向，獲得高的力學(xué)性能和好的切削加工性能。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的鑄鐵缸體、缸蓋鑄件生產(chǎn)已經(jīng)國產(chǎn)化，而且HT250、HT300 仍是內(nèi)燃機(jī)缸體、缸蓋的主流材質(zhì)。（3）專用灰鑄鐵的開發(fā)，如轎車制動(dòng)盤，為了有良好的導(dǎo)熱性，要求采用 CE 為 4.4%4.5%的過共晶鑄鐵5，A 型石墨長度 13 級6，允許有少量 C 型石墨，抗拉強(qiáng)度 175225 MPa。另外，Nb表 1 20012011 年我國鑄鐵件產(chǎn)量2鑄鐵也在一定范圍內(nèi)得到了應(yīng)用。2 球鐵的發(fā)展球鐵件不僅在產(chǎn)量上快速發(fā)展，而且更有質(zhì)的飛躍，以至業(yè)界驚嘆“球鐵、ADI、蠕鐵的發(fā)展與應(yīng)用，帶來了新的鐵器時(shí)代”。60

13、 年來球鐵的進(jìn)步，可概括為如下幾點(diǎn)2：（1）發(fā)展速度令人驚異，從無到有，從少量生產(chǎn)到占世界球鐵產(chǎn)量的 49.5%；（2）球鐵應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，如汽車、內(nèi)燃機(jī)、鑄管、大型機(jī)床、風(fēng)電、高鐵等；（3）開發(fā)出各種球化處理方法；（4）系列化生產(chǎn)了球化劑和孕育劑。2.1 Si固溶強(qiáng)化鐵素體球鐵眾所周知，球鐵的抗拉強(qiáng)度和伸長率是一對矛盾，在 GB/T 1348-2009 中，球鐵基體中珠光體體積分?jǐn)?shù)越高，則抗拉強(qiáng)度越高，伸長率越低；反之，若鐵素體體積分?jǐn)?shù)越高，則伸長率越高，抗拉強(qiáng)度越低。為了得到高珠光體體積分?jǐn)?shù)，通常有 2 種方法：（1）正火處理；（2）加入一定量的 Cu、Sn、Cr、Sb 等合金元素。為了

14、得到高鐵素體體積分?jǐn)?shù)，通常也有 2 種方法：（1）退火處理；（2）盡可能降低 Cu、Sn、Cr、Sb等元素含量，同時(shí)進(jìn)行多次孕育。多次孕育的結(jié)果就是提高鑄件中 w（Si終）量，因此一般來說，在相同 CE 情況下，鐵素體基體球鐵的 w（Si）量（2.2%2.6%）要高于珠光體球鐵的 w（Si）量（1.8%2.2%）。這就使人會(huì)以為在球鐵中，Si 是一種提高伸長率而降低強(qiáng)度的元素。其實(shí)這是一個(gè)誤讀。研究表明7，在鐵素體球鐵中，w（Si）量的增加，會(huì)提高抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度、降低伸長率。圖 1圖 4 是德國鑄造學(xué)會(huì)與奧地利鑄造學(xué)會(huì)對 Si 固溶強(qiáng)化鐵素體球鐵進(jìn)行深入研究后得出的結(jié)果（Y2，Y4 均為單

15、鑄試塊）8。圖 5圖 6 是根據(jù)曾藝成教授提供的數(shù)據(jù)9而作成的曲線。從圖 1圖 3 中可以看出，只有當(dāng) w（Si）4.3%以后（對屈服強(qiáng)度是 4.7%），抗拉強(qiáng)度和伸長率才出現(xiàn)急劇下降的拐點(diǎn)。圖 5圖 6 說明對退火態(tài)鐵素體球鐵，同樣是 w（Si）量高，強(qiáng)度也高，只有在-150 以下時(shí)有些異常，而伸長率隨 w（Si）量升高而下降，但溫度影響更為顯著。圖 1 w（Si）量對抗拉強(qiáng)度的影響以上數(shù)據(jù)表明了 Si 對鐵素體的固溶強(qiáng)化作用。2004 年 ISO 標(biāo)準(zhǔn)推出了一個(gè)新牌號 QT500-10 （2009 年我國修訂的 GB/T 1348 也在規(guī)范性附錄 A 中采用，其性能見表 3），推薦 w（S

16、i）量為3.7%。2012 年 3 月，德國和歐盟標(biāo)準(zhǔn) DINEN 1563在修訂時(shí)又增加了 3 個(gè)牌號：EN-GIS450-18、EN-GIS500-14、EN-GIS600-10，推薦 w（Si）量為4.3%。Si 固溶強(qiáng)化鐵素體球鐵除了具有高強(qiáng)度、高韌性外，還具有硬度差小的特點(diǎn)（見表 3），因而加工性能優(yōu)于混合基體球鐵。國內(nèi)率先公開報(bào)導(dǎo)采用高 Si 固溶強(qiáng)化鐵素體成功生產(chǎn) QT500-10 球鐵件的是南車集團(tuán)戚墅堰機(jī)車車輛研究所的唐中權(quán)等，他們在 2012年生產(chǎn)的高速列車用踏面清掃器本體鑄件化學(xué)成分如表 4 所示，力學(xué)性能如表 5 所示，實(shí)際性能達(dá)到 QT550-14 的水平10。2.2

17、高強(qiáng)度高伸長率球鐵近年來，由于球化處理和孕育處理技術(shù)的提高，以及高純鑄造生鐵的推出和對感應(yīng)電爐廢鋼增 C 熔煉技術(shù)的掌握，許多企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)高于國標(biāo)牌號的球鐵件，并稱之為高強(qiáng)韌性球鐵或高強(qiáng)度高伸長率球鐵，如一汽已開發(fā)出牌號為QT600-5 的汽車后橋殼（長 2 218 mm）11，東風(fēng)汽車公司鑄造二廠也開發(fā)出本體性能達(dá)到 QT550-10 的后橋殼（長 1 610 mm，重 150 kg）和 QT600-8的托臂梁支架（重 60 kg）等12。但生產(chǎn)這些“高強(qiáng)韌性”球鐵件仍未突破低合金化和低 Si 的傳統(tǒng)做法。東風(fēng)公司雖已意識到用固溶處理來提高鐵素體的強(qiáng)度，但也只利用了 Ni 的固溶作用，w

18、（Si終）量仍控制在 2.2%2.6%范圍內(nèi)。表 6、表 7 分別列出了一汽整體橋殼和東風(fēng)小速比橋殼的化學(xué)成分和力學(xué)性能、金相組織的數(shù)值。為了比較，把戚墅堰機(jī)車車輛研究所生產(chǎn)的清掃器本體的有關(guān)數(shù)值也一并列入。比較了表 6、表 7 的數(shù)據(jù)，似乎 Si 固溶強(qiáng)化鐵素體球鐵更適合作為汽車驅(qū)動(dòng)橋殼體。目前不明確的是這 3 種牌號的室溫和負(fù)溫的沖擊功是多少。w（Si）量由 2.5%左右提高到 4.0%，沖擊功肯定會(huì)降低，但珠光體體積分?jǐn)?shù)由5%提高到50%甚至到85%，沖擊功也會(huì)急劇下降，況且珠光體球鐵的抗拉強(qiáng)度在負(fù)溫下隨著溫度的降低而降低（這一點(diǎn)是與鐵素體球鐵不一樣的）。汽車經(jīng)常在高寒地區(qū)行駛，其負(fù)溫沖

19、擊功應(yīng)該引起足夠重視，對表 6 所列的 3 種球鐵的負(fù)溫性能有必要做進(jìn)一步的試驗(yàn)。2.3低溫鐵素體球鐵低溫鐵素體球鐵首先是為了滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組鑄件的需求而開發(fā)出來的，這類鑄件采用了國標(biāo) GB/T 1348-2009 中的 QT350-22A （L）和QT400-18A（L）的材質(zhì)，分別提出了-20 、-40時(shí)的沖擊性能要求。隨著高鐵的發(fā)展，由于工作條件更為惡劣，工件需在高寒地區(qū)承受振動(dòng)載荷，因此進(jìn)一步要求在-50 、-60 時(shí)也有足夠高的沖擊性能。國內(nèi)幾家生產(chǎn)高鐵鑄件的企業(yè)，已在執(zhí)行力學(xué)性能達(dá)到 400-18 或 350-22 前提下，其-60 時(shí)沖擊功也要求達(dá)到 12 J 以上的標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)

20、準(zhǔn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 GB/T 1384 要求了。表 8 是 w（Si）量為 1.5%、2.0%、2.5%的退火鐵素體球鐵在不同溫度下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率的值8，圖 7 和圖 8 則是根據(jù)表 8 數(shù)據(jù)作出的相應(yīng)的圖。由圖 8 可以看出，w（Si）量對脆性-塑性轉(zhuǎn)變溫度有顯著影響，而且無論何種 w（Si）量，其轉(zhuǎn)變都有一個(gè)急劇下降的拐點(diǎn)，但即使 w（Si）量為 2.5%，其拐點(diǎn)也出現(xiàn)在-70 以下，而沖擊性能對低溫的變化更為敏感。因此，對低溫鐵素體球鐵，更為關(guān)注的是低溫沖擊性能，尤其是出現(xiàn)拐點(diǎn)的溫度。表 9 和圖 9 是常州華德機(jī)械有限公司提供的數(shù)據(jù)，他們還繪出了低溫沖擊功-溫度關(guān)系圖8。表 1

21、0 和圖 10 則為萊州新忠耀公司提供的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是在為生產(chǎn)要求-60 沖擊功12 J 鑄件時(shí)的一組檢測數(shù)據(jù)，對這組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，證明生產(chǎn)過程是穩(wěn)定的。以上兩家企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，目前我國已經(jīng)能夠穩(wěn)定生產(chǎn)符合要求（即-60 下抗拉強(qiáng)度在 350 MPa 以上而沖擊功12 J） 的低溫鐵素體球鐵，同時(shí)兩家提供的數(shù)據(jù)都表明，-50 以下，沖擊功下降更為明顯。由于沒有做更低溫度下的沖擊試驗(yàn)，還不能判斷-50 就是拐點(diǎn)。除溫度外，w（Si）量對沖擊功影響也十分大。至于 Si 對低溫沖擊韌性的影響，南車集團(tuán)戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所的喻光遠(yuǎn)等對 Si 與 C 對鑄態(tài)無Ni 低溫球鐵沖擊韌性的影響進(jìn)

22、行了研究，得出結(jié)果如圖 11 所示，試驗(yàn)所選成分范圍則圖 8 w（Si）量和溫度對伸長率的影響w（P）量 0.02%的退火球鐵由圖 11 可以看出，只有 Si/C 比在 0.460.52時(shí)，才能得到最佳的沖擊性能。可以推算出，在鑄態(tài)下，當(dāng) CE 為 4.35%4.55%時(shí)，得到最佳沖擊性能的 w（C）量為 3.7%3.95%，w（Si）量為 1.8%2.0%。2.4珠光體基體球鐵不論哪個(gè)牌號，基本上都能在鑄態(tài)下達(dá)到其力學(xué)性能。很多曲軸生產(chǎn)廠采用鐵型覆砂工藝，通過良好的球化和孕育處理，在不加 Cu 的情況下，僅加 0.02%0.03%的 Sb，曲軸性能即可穩(wěn)定達(dá)到QT900-4 的水平。玉柴機(jī)器

23、配件制造公司采用鐵型覆砂工藝生產(chǎn)牌號為 QT800-6 的 YC6C 曲軸，總長 2 200 mm，重 540 kg。冷激球鐵凸輪軸是近十年開發(fā)的一種新產(chǎn)品。內(nèi)燃機(jī)中的凸輪軸目前有鑄鐵材質(zhì)和鋼質(zhì)兩類，鑄鐵類又有 3 種材質(zhì)：冷激鑄鐵、可淬硬鑄鐵和氬弧重熔鑄鐵。鋼質(zhì)凸輪軸抗擦傷性能差，用量越來越少；而鑄鐵軸中冷激鑄鐵有最好的抗擦傷性能和最低的成本，故用量占總量的 60%以上。冷激灰鐵凸輪軸最大缺點(diǎn)是抗疲勞性能差。為了既保持有最好的抗擦傷性能，又提高抗疲勞性能，于是開發(fā)了冷激球鐵凸輪軸。東風(fēng)汽車公司鑄造一廠于 2001 年立項(xiàng)，開發(fā)康明斯 6CT 柴油機(jī)（功率 220 kW 以上）冷激球鐵凸輪軸，

24、2002年完成課題并大量生產(chǎn)。冷激球鐵凸輪軸生產(chǎn)難點(diǎn)在于既要冷激面游離石墨小于 5%，不允許出現(xiàn)游離鐵素體，硬度達(dá)到 45 HRC 以上，又要保證非冷激區(qū)碳化物15%，本體 Rm550 MPa。由于冷激球鐵在保證非冷激區(qū)碳化物15%的前提下，在冷激區(qū)很難獲得初生滲碳體，因此冷激區(qū)硬度往往低于灰鐵冷激區(qū)的硬度。2.5 ADI我國是世界上最早研發(fā) ADI 且取得成功的國家之一，但產(chǎn)量的增長不如預(yù)期，原因早期是因?yàn)閲鴥?nèi)沒有現(xiàn)代化的熱處理設(shè)備，現(xiàn)在主要是設(shè)計(jì)師們對此工程材料的性價(jià)比還缺乏足夠的認(rèn)識，以及大量流水生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性尚存在一些問題。由于熱處理工藝限制，ADI 較適宜生產(chǎn)中小鑄件，在汽車行業(yè)

25、有很大的發(fā)展前景。在歐美等發(fā)達(dá)國家的 ADI 應(yīng)用中，汽車零件占了ADI 總量的 50%以上，其中又以底盤零件（尤其是中、重型卡車底盤零件）應(yīng)用最多14。國內(nèi)一汽在上世紀(jì) 90 年代開發(fā) ADI，先后已有 CA141 后拖鉤支承座、16 t 重卡后鋼板彈簧支架、越野車前橋驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)等零件采用 ADI 材質(zhì)，東風(fēng)汽車公司更是在某軍用越野車上用 ADI 替代鑄鋼，用于前懸架上、下橫梁臂、中后懸架上、下橫梁臂、彈簧支架等十幾種零件上，使這些零件的總重由630.6 kg 減少至 380.7 kg，減重率達(dá) 39.6%。東風(fēng)汽車公司還早在上世紀(jì) 90 年代末期就完成了康明斯 B 系列柴油機(jī) ADI 齒輪

26、國產(chǎn)化工作15，后因價(jià)格問題和大量生產(chǎn)中的穩(wěn)定性問題，ADI 齒輪21商用車鑄造二廠用 ADI代替普通球鐵生產(chǎn)某重型工程車的導(dǎo)向座，減重9.5%，使用壽命延長 56 倍，但生產(chǎn)成本增加65%16。ADI 在耐磨件上已得到廣泛應(yīng)用，尤其是CADI，年用量已有數(shù)萬噸之多。2.6 奧氏體球鐵奧氏體鑄鐵是以 Fe、C、Ni 為主，添加 Si、Mn、Cu 和 Cr 等元素經(jīng)熔煉而成，室溫下具有穩(wěn)定性的以奧氏體基體為主的鑄鐵。在 2011 年我國制定的第一個(gè)奧氏體鑄鐵國標(biāo)中，12 個(gè)牌號有 10 個(gè)是球鐵，只有 2 個(gè)是灰鐵。由于奧氏體球鐵件具有良好的耐熱性、耐腐蝕性、無磁性、耐低溫性等，又有較高的強(qiáng)度，

27、因此被廣泛應(yīng)用于汽車、核電、海洋工程等領(lǐng)域，用于制造汽車排氣歧管、渦輪增壓器殼體、海水泵閥、渦輪發(fā)電機(jī)端蓋、無磁性電工鑄件及-196 的制冷工程用鑄件。尤其是隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)比功率要求的不斷提高，渦輪增壓技術(shù)越來越多被采用。據(jù)稱，渦輪增壓器能夠減小發(fā)動(dòng)機(jī)體積，提高20%40%的燃油效率，減小排放，以及加大功率和扭矩，提高駕駛性。不僅商用車普遍采用渦輪增壓器，汽油乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)也將廣泛采用渦輪增壓器，以達(dá)到節(jié)能減排的目的17。汽車做功后排出的廢氣溫度往往高達(dá) 1 000 以上，因此排氣歧管和渦輪增壓器殼須經(jīng)受 1 000 高溫的沖擊，一般的鐵素體球鐵、蠕鐵和中 Si-Mo 球鐵、蠕鐵都經(jīng)受不了如此高

28、溫，唯有高 Ni 奧氏體球鐵可在此工況下使用。因此，對奧氏體球鐵件的需求量將會(huì)劇烈增加。如同 ADI 一樣，奧氏體球鐵件生產(chǎn)也有一定技術(shù)難度，而且材料成本高，鑄件收得率較低，因此適宜專業(yè)廠大批量生產(chǎn)。目前國內(nèi)已有幾家生產(chǎn)奧氏體球鐵件的“小巨人”型企業(yè)。2.7高強(qiáng)韌TWIP鑄鐵1819奧氏體球鐵的抗拉強(qiáng)度一般都在 450 MPa 以下，普通球鐵珠光體型的可達(dá) 700 MPa 以上，但伸長率只有 2%左右。福州大學(xué)朱定一教授等人研制出一種高強(qiáng)韌性球鐵，性能可達(dá)到 QT700-20 的水平，見表 12。該球鐵是將 TWIP 鋼的技術(shù)引用到奧氏體球鐵中來。“TWIP”（Twinning Induced

29、 Plasticity）效應(yīng)是“孿晶誘發(fā)塑性”效應(yīng)，其做法是：通過添加 Ni、Mn、Cu 等元素得到室溫下具有穩(wěn)定奧氏體基體的組織（鑄態(tài)組織為球狀石墨+奧氏體+碳化物），然后通過高溫固溶處理，消除碳化物，使組織成為球狀石墨+奧氏體+少量退火孿晶，這些孿晶在外力作用下（如軋制），產(chǎn)生“TWIP 效應(yīng)”，退火孿晶成為形變孿晶，使材料的強(qiáng)度和塑性得到大幅度提高。高溫固溶處理的工藝是：加熱到 1 000 左右，保溫一定時(shí)間然后水淬。盡管這種材料還遠(yuǎn)未到工程應(yīng)用階段，但還是提供了一個(gè)提高球鐵強(qiáng)韌性的思路。2.8 生產(chǎn)高端球鐵件的關(guān)鍵點(diǎn)近年來，隨著球鐵件應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和品種的不斷增多，理論研究逐步深入，生

30、產(chǎn)技術(shù)也得到很大提升。生產(chǎn)高端球鐵件的關(guān)鍵點(diǎn)可以概述為“優(yōu)化石墨、凈化晶界、強(qiáng)化基體”。（1） 優(yōu)化石墨。指石墨形狀、大小、數(shù)量、分布均勻程度均符合要求，包括石墨球圓整，球化率高（85%，甚至90%），石墨球數(shù)100 個(gè)/mm2，厚大斷面石墨球分布宜均勻。為此要求采用高純生鐵熔制低球化干擾元素且高溫的鐵液；采用良好的球化劑和良好的球化處理技術(shù)（喂絲法或蓋包法），控制好合適的殘留 Mg 量和殘留 RE 量；采用良好的孕育劑和恰當(dāng)?shù)脑杏夹g(shù)；進(jìn)行預(yù)處理等。（2）凈化晶界。晶界上容易出現(xiàn)以下 3 類物質(zhì)：共晶物，包括硫共晶和磷共晶。現(xiàn)在由于脫 S 技術(shù)容易，鐵液中 w（S）量一般都在 0.025%以

31、下，球化處理后還多形成渣子被扒除，因此球鐵件硫共晶很少見到。但脫 P 困難，w（P）量很難控制在 0.02%以下，因此時(shí)有磷共晶存在于晶界上，嚴(yán)重影響球鐵的塑韌性。金屬碳化物，包括金屬間化合物，是 C 與鑄鐵中的一種或多種金屬元素（如 Mn、Cr、Ti、Mo等）形成的化合物，也包括一些金屬間化合物（如Fe-Ti、Fe-Cr、Fex-B 等），常常分布于晶界，影響強(qiáng)度和塑韌性。非金屬夾雜物，是鑄鐵熔煉時(shí)冶金反應(yīng)所形成的化合物，包括氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物及其組成的多元素復(fù)合化合物，多沿晶界分布，影響球鐵強(qiáng)度和塑韌性以及鐵液流動(dòng)性。為凈化晶界，應(yīng)盡量采用高純生鐵，保持爐料潔凈少渣，熔制高溫且

32、少氧化的鐵液，必要時(shí)采用吹 Ar 或 N 凈化技術(shù)。高純生鐵的推出為優(yōu)化石墨、凈化晶界提供了良好的物質(zhì)條件。2013 年 5 月審定通過的 JB/T鑄造用高純生鐵規(guī)定了兩種牌號供選用，C1（純 1）w（Ti）0.01%、w（Mn）0.05%、w（P）0.02%、w（S）0.015%，C2（純 2）w（Ti）0.03%、w（Mn）0.15%、w（P）0.03%、w（S）0.02%。而 11 種微量元素最大值為：w（Cr）0.015%，w（V）0.015%，w（Mo）0.01%，w（Sn）0.003%，w（Sb）0.0008%，w（Pb）0.001%，w（Bi）0.001%，w（Te）0.003%

33、，w（As）0.002%，w（B）0.001%，w（Al）0.01%。高純生鐵獲取方法有兩種：一是精料法，即精選原料，特別注意對 P、Ti 含量的控制，采用一定措施，既大幅度提高鐵精粉品位，又顯著降低鐵精粉中 TiO2、P2O5等有害雜質(zhì)元素的含量，采用精料法可生產(chǎn)出 C2 級高純生鐵；二是氧化法，一般是采用高爐外“三脫”工藝，將煉鋼生產(chǎn)中的一些工藝引用到生鐵冶煉中來，采用氧化法可生產(chǎn)出 C1 級高純生鐵。（3）強(qiáng)化基體：根據(jù)不同的要求強(qiáng)化不同的基體。通常采用合金化的方法或通過熱處理的方法來達(dá)到。“第一代球鐵”中已經(jīng)通過添加 Cu、Cr、Mo、Sn 等方法提高或強(qiáng)化珠光體，或通過正火處理方法強(qiáng)

34、化珠光體，提高球鐵件的強(qiáng)度和硬度，也采用退火的方法獲得全鐵素體以提高塑韌性，而現(xiàn)在強(qiáng)化基體可獲得綜合性能更為優(yōu)良的球鐵件，如通過等溫淬火處理獲得奧鐵體，使綜合性能達(dá)到 QT800-10QT1400-1 的水平；通過Si 固溶強(qiáng)化鐵素體，得到 QT450-18QT600-10且硬度均勻加工性能好的鐵素體球鐵；通過高溫固溶處理加軋制、利用“TWIP”效應(yīng)得到 QT700-20 的高強(qiáng)韌性球鐵等。可以相信，通過“優(yōu)化石墨、凈化晶界、強(qiáng)化基體”等一系列措施，球鐵的應(yīng)用范圍還將擴(kuò)大，“新的鐵器時(shí)代來臨”并非虛言。3 蠕鐵的進(jìn)步3.1 新的國標(biāo)替代了舊的部標(biāo)2011 年，新的 GB/T 26655蠕墨鑄鐵

35、件替代了執(zhí)行了 25 年的 JB/T 4403-87。新的國標(biāo)中，把蠕鐵分為 RuT300、RuT350、RuT400、RuT450、RuT500 五個(gè)牌號，并采用了 ISO 標(biāo)準(zhǔn)中對蠕墨鑄鐵的定義。鑒于冷卻速度對蠕化率的影響，允許蠕墨鑄鐵件上不同壁厚處有不同的蠕化率，使得新標(biāo)準(zhǔn)既先進(jìn)又合理，這對推動(dòng)蠕鐵的應(yīng)用是有益的。3.2 蠕鐵缸體、缸蓋的生產(chǎn)漸入佳境全國蠕鐵的年產(chǎn)量為多少，現(xiàn)在沒有一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，能感覺到的是汽車鑄造廠蠕鐵缸蓋和缸體的生產(chǎn)多了起來。為了提高比功率，商用車內(nèi)燃機(jī)的缸蓋、缸體采用蠕鐵材質(zhì) （牌號為RuT400 和 RuT450）已基本形成共識。現(xiàn)在一汽鑄造（含錫鑄）、東風(fēng)公司

36、、玉柴、濰柴等先進(jìn)鑄造廠隨著大馬力內(nèi)燃機(jī)的推出，無一不在生產(chǎn)或試制蠕鐵缸蓋、缸體。阻礙擴(kuò)大應(yīng)用的原因仍是生產(chǎn)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)成本。如果在這兩點(diǎn)上有進(jìn)一步的突破，不僅商用車缸體、缸蓋，就是乘用車缸體，也有可能采用蠕鐵材質(zhì)。3.3 蠕鐵制動(dòng)盤的擴(kuò)大應(yīng)用正在穩(wěn)妥推進(jìn)1993 年，鐵道部批準(zhǔn)實(shí)施了第一個(gè)蠕鐵件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) TB/T 2444-93鐵道機(jī)車輛用蠕鐵鑄鐵件通用技術(shù)條件，2000 年又批準(zhǔn)實(shí)施了 TB/T2980-2000 客車用制動(dòng)盤技術(shù)條件，規(guī)定RuT300 材質(zhì)可用于最高時(shí)速 160 km/h、軸重不大于 18 t 客車用軸裝式摩擦制動(dòng)盤上。而后，河南省和鄭州鐵道局又把“高速列車制動(dòng)盤”列為

37、20012003 年河南省杰出人才創(chuàng)新基金項(xiàng)目，委托河南科技大學(xué)等單位組織實(shí)施，項(xiàng)目如期完成，樣件在青島四方車輛研究所進(jìn)行了 1：1 臺架性試驗(yàn)，又裝車進(jìn)行了累計(jì) 2.4 萬 km 的實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，與灰鐵制動(dòng)盤相比，蠕鐵盤的抗疲勞開裂能力提高 1 倍以上，耐磨性提高 50%以上，生產(chǎn)成本提高幅度小于 15%。應(yīng)該指出的是，樣件的實(shí)際牌號達(dá)到 RuT450 級別，本體珠光體達(dá) 80%。據(jù)了解，現(xiàn)在南車集團(tuán)和北車集團(tuán)都在組織蠕鐵制動(dòng)鼓的批量生產(chǎn)，其牌號也由TB/T 2980 中規(guī)定的 RuT300 提高到了 RuT400以上。4 結(jié)論（1）在市場經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，近 10 年來我國鑄鐵件產(chǎn)量翻番，鑄鐵件結(jié)構(gòu)有了明顯調(diào)整，技術(shù)含量得到提高，一大批鑄鐵件的