有關(guān)硅鉬球鐵的一些問題-李傳拭(已修改)
2025-04-06 03:57 本頁(yè)面
【正文】 有關(guān)SiMo 球墨鑄鐵的一些問題中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)資深顧問李傳拭（在上海鑄造展會(huì)期間論壇發(fā)表演講） 硅鉬球墨鑄鐵是一種價(jià)格比較低廉、應(yīng)用面較廣的耐熱材料，用以制成的鑄件可以長(zhǎng)時(shí) 間在不超過850℃的高溫下作業(yè)。為了有助于現(xiàn)場(chǎng)工作的同仁對(duì)其有更好的了解，想在這里 就有關(guān)的問題作簡(jiǎn)要的介紹。一、SiMo 球墨鑄鐵的由來硅在灰鑄鐵中的應(yīng)用 19 世紀(jì)，繼英國(guó)之后，一些工業(yè)國(guó)家都相繼完成了工業(yè)革命，促進(jìn)了生產(chǎn)力的快速發(fā) 展。20 世紀(jì)起，各產(chǎn)業(yè)部門的生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，增強(qiáng)了對(duì)耐熱材料的需求。20 世紀(jì)初期，灰鑄鐵是最重要的鑄造合金，用量是其他各種鑄造合金總和的若干倍。各種在高溫條件下作業(yè)的部件，從爐用部件到當(dāng)時(shí)的汽輪機(jī)殼體，都用灰鑄鐵制造。因此，首先考慮的問題是，如何改善灰鑄鐵的耐熱性能。80 多年前，英國(guó)鑄鐵研究學(xué)會(huì)（BCIRA）～％、硅含量為5～7％、～％的西拉爾（Silal）耐熱鑄鐵，1931 年，BCIRA 的A. L. Norbury 和E. Morgan在Journal of the Iron and Steel Institute 雜志（Vol. 23）發(fā)表了論文《Effects of Carbon and Silicon on Growth and Scaling of Cast Iron》,公布了西拉爾鑄鐵的化學(xué)成分及生產(chǎn)工藝的要點(diǎn)。 這種灰鑄鐵中，基體組織以鐵素體為主，石墨形態(tài)以D 型為主，由于硅對(duì)鐵素體的固溶強(qiáng)化作用，鐵素體的硬度較高、強(qiáng)度也明顯提高。由于基體組織是鐵素體，常溫下，這種鑄鐵的抗拉強(qiáng)度可能略低于常規(guī)的珠光體灰鑄鐵，但脆性反而高一些，承受沖擊載荷的能力也較差，但是，在260℃以上其抗拉強(qiáng)度和抗沖擊能力都高于常規(guī)的灰鑄鐵。提高了鑄鐵中的硅含量后，不僅鑄鐵的高溫強(qiáng)度提高，更為重要的是，顯著增強(qiáng)了鑄鐵在高溫下的抗氧化能力和抗熱生長(zhǎng)能力，鑄件可以在850℃、甚至900℃的高溫下作業(yè)。不久以后，為了改善西拉爾鑄鐵的常溫力學(xué)性能，將硅含量修訂為4～6％。這樣的成分，一直沿用至今。早期，西拉爾鑄鐵是世界知名的耐熱鑄鐵。由西拉爾鑄鐵到SiMo 球墨鑄鐵 20 世紀(jì)40 年代，球墨鑄鐵問世，為鑄鐵的發(fā)展開創(chuàng)一個(gè)新的紀(jì)元。隨著球墨鑄鐵的推廣應(yīng)用，50 年代就有人研究將西拉爾鑄鐵的經(jīng)驗(yàn)用于球墨鑄鐵。將球墨鑄鐵中的硅含量提高到4～6％，鑄鐵的抗氧化能力、抗熱生長(zhǎng)能力都顯著改善，60 年代，一些工業(yè)國(guó)家就已在生產(chǎn)中應(yīng)用。 硅含量5～6％的球墨鑄鐵抗氧化能力很好，但是，硅含量超過5％以后，鐵素體有一部分會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈韵郌e3Si，使韌性大幅度下降，出于兼顧二者的折衷考慮，耐熱球墨鑄鐵的硅含量一般都不超過5％。提高了硅含量的球墨鑄鐵中，～％的鉬，可以提高常溫下的強(qiáng)度和韌性，高溫力學(xué)性能的改善尤為明顯，％％，鑄鐵的蠕變性能也逐步改善。但是，從價(jià)值工程的觀點(diǎn)看來，～％。從20 世紀(jì)70 年代起，SiMo 球墨鑄鐵就是一種常用的耐熱鑄造合金，其用途很廣。 早期的內(nèi)燃機(jī)，燃燒效率不高，排出的廢氣溫度約在500℃左右，排氣歧管一般都用灰鑄鐵制造。隨著技術(shù)的進(jìn)步，內(nèi)燃機(jī)排氣溫度逐漸提高，排氣歧管的材質(zhì)也隨之不斷改進(jìn)。80 年代以后，檔次較高的內(nèi)燃機(jī)排氣溫度超過了800℃，所用的排氣歧管和渦輪增壓器，灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、硅鑄鐵等材質(zhì)都不能適應(yīng)要求。于是，SiMo 球墨鑄鐵大行其道，廣泛用于世界各國(guó)的汽車行業(yè)，其需求量猛增。 90 年代以后，一些汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度超過了900℃，SiMo 球墨鑄鐵不能勝任了，開始用高鎳奧氏體球墨鑄鐵。2000 年代早期，高檔汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度又越過了950℃，排氣歧管和渦輪增壓器不得不改用鐵素體耐熱鋼。2005 年以后，為了進(jìn)一步提高燃油的燃燒效率，排氣溫度超過了1000℃，又要改用高鎳奧氏體不銹鋼。在內(nèi)燃機(jī)燃燒效率不斷提高的條件下，SiMo 球墨鑄鐵在汽車行業(yè)的應(yīng)用是有所減少了，而且還有繼續(xù)減少的趨向。但是，在柴油機(jī)方面的應(yīng)用仍然很多，而且，其他方面對(duì)耐熱鑄件的需求量也非?？捎^，SiMo 球墨鑄鐵仍然是一種重要的鑄造合金。二、SiMo 球墨鑄鐵的化學(xué)成分及其對(duì)力學(xué)性能的影響 SiMo 球墨鑄鐵中的主要合金元素是硅，鉬是為改善鑄鐵而加入的輔助合金元素，在硅、鉬含量確定之后，對(duì)碳、錳、磷、硫等元素的含量也應(yīng)該予以嚴(yán)格的控制。硅 在SiMo 球墨鑄鐵中，硅是重要的組分，其在球墨鑄鐵中的作用是多方面的，主要是提高抗氧化能力和降低熱生長(zhǎng)率，同時(shí)還可以使鐵素體固溶強(qiáng)化。其負(fù)面作用是，硅含量太高時(shí)導(dǎo)致鑄鐵脆化。（1）促進(jìn)石墨化、抑制滲碳體的析出 在鑄鐵中，硅固溶于奧氏體中
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