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[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。

蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途(摘自JB4403－1987)

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致。为取得纯粹蠕墨铸铁的特殊性能，瑞典在活塞环上应用就要求蠕墨数量大于90%。和此相比，我国标准中规定的大于50%就显得要求有所放低，要求较低的生产水平。和我国一样，该标准根据单铸试样(加工过)的抗拉强度，对蠕墨铸铁进行分级。如表1所示共分五级，每级抗拉强度差50Mpa，也即和灰铸铁、球墨铸铁的分级一样。和我国标准相比(见表2)，我国也为五级。

表1 蠕墨铸铁的分级及力学性能

但级差为40MPa，整个强度性能要比国外订低一级。在硬度上，我国允许硬度范围大，且高值硬度也高。这表明，国外用蠕墨铸铁更注重它的强度性能，同时又要求它有较好的机械加工性能。

表2 我国蠕墨铸铁的分级(JB/T4403－1999)

前面提到的坎泼公司，它可生产合金蠕墨铸铁，表3是其GJVSiMo4.5～0.6的性能。这表面整个标准要求要比我国高，工厂所做工作更为细，要求更高(硬度值差仅HB20)。

表3 坎泼公司的合金蠕墨铸铁性能

蠕墨铸铁的生产

蠕墨铸铁的蠕化处理范围本身就很窄，国外又要求更高的蠕化率，所以必须要采用合适的生产技术与相应的蠕化剂。

国外铸造厂广泛采用冲天炉、电炉或电炉双联工艺，处理前后又有热分析仪与真空直读光谱仪进行检测，加之炉料秤量准确，炉况稳定，工艺人员对每种铸件都有详细的工艺规定，所以很容易达到对每个铸件的特殊要求(例如，铁液的碳当量波动都能小于±0.05%)，为获得高蠕化率的铸件打下了基础。

原铁液中硫的含量对蠕化处理，即蠕化剂的消耗与最终蠕化率的大小有决定性的影响，为此几家工厂都采用炉外脱硫，使蠕化处理前铁液的含硫量稳定在0.01～0.03%之间，并认为最佳的原铁液残硫量应在0.01～0.02%。除了已熟悉的吹气、摇包脱硫外，有一工厂使用4个感应器产生磁场搅拌的装备，可使硫量脱至0.01～0.02%。它使用碳化钙和石灰脱硫，每次处理的量最大可至20t，处理时间为9～15min，修理间隔为3～4个月，已可靠地使用两年。

铁液在蠕化处理后的镁稀土量决定了石墨的形状与各类石墨的数量。图8为一个研究所得结果，即凝固后铸件中石墨球比例与镁含量的关系。较为一致的看法是Mg≤0.01%为片状石墨，Mg在0.01～0.018%可获得蠕墨铸铁，Mg在0.025～0.04为球墨铸铁。故获得蠕墨铸铁的镁范围为±0.004%。实际生产中，因每五分钟又要损失镁0.001%，故增加了控制的难度。

各研究结果基本趋于一致，为防止钛对炉料的污染，蠕化剂多为FeSiMgRe。其中Mg量为4～5%，Re主要是铈，量在0.5%到6.0%不同，但倾向于在1.0～1.5%。有的企业在蠕化剂中还使用钙。

蠕化处理方法和球化处理方法相同，由于喂丝法有控制精确、改善劳动环境的优点，尤其可用计算机，根据快速测定的硫量可精确控制喂丝量，故国外喂丝得到了迅速的推广应用(表4)，且此法更适合于生产蠕墨铸铁。

表4 德国使用铸造喂丝化处理的企业比例，%

使用工艺不稳定的冲入法时，Mg的吸收率波动大，对蠕墨铸铁来说往往有处理过头的现象，故不少厂使用加硫(FeS)的方法，来消耗过量的镁，获得蠕墨。在残镁量为0.015～0.03%时，建议加硫0.002～0.04%。

最后举一生产实例来总结本文。德国哈尔贝克(Halberg)铸造厂，从1991年开始为奥迪生产V8蠕墨铸铁气缸体。缸体主要壁厚为3.5mm，3升排量功率为150KW的缸体仅重74Kg。铁液在感应炉中熔炼，成分(质量分数)为：3.3～3.5%C，0.010～0.014%S，2.10～2.25%Si，≤0.06%Cr，0.25～0.30%Mn，＜0.03%P。使用FeSiMg(5%)蠕化剂，每次处理1200Kg。过去使用盖包法，现在使用喂丝法。铸件所有要求性能的壁厚处，其蠕墨含量大于90%。要求抗拉强度为400MPa，实际为450MPa，基体内珠光体含量大于95%。