《有关硅钼球铁的一些问题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有关硅钼球铁的一些问题.docx（11页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、有关Si-Mo球墨铸铁的一些问题中国铸造协会资深顾问李传拭（在上海铸造展会期间论坛发表演讲）硅钼球墨铸铁是一种价格比较低廉、应用面较广的耐热材料，用以制成的铸件可以长时间在不超过850C 的高温下作业。为了有助于现场工作的同仁对其有更好的了解，想在这里就有关的问题作简要的介绍。一、Si-Mo球墨铸铁的由来1、硅在灰铸铁中的应用19世纪，继英国之后，一些工业国家都相继完成了工业革命，促进了生产力的快速发 展。20世纪起， 各产业部门的生产技术不断进步，增强了对耐热材料的需求。20世纪初期，灰铸铁是最重要的铸造合金，用 量是其他各种铸造合金总和的若干倍。各种在高温条件下作业的部件，从炉用部件到当时
2、的汽轮机壳体，都 用灰铸铁制造。因此，首先考虑的问题是，如何改善灰铸铁的耐热性能。80多年前，英国铸铁研究学会（BCIRA） 就开发了碳含量1.82.2%、硅含量为57%、锰含量0.50.8%的西拉尔（Silal）耐热铸铁，1931年， BCIRA 的A. L. Norbury 和E. Morgan在Journal of the Iron and Steel Institute 杂志（Vol. 23）发表 了论文Effects of Carbon and Silicon on Growth and Scaling of Cast Iron，公布了西拉尔铸铁的化 学成分及生产工艺的要点。这种灰铸
3、铁中，基体组织以铁素体为主，石墨形态以0型为主，由于硅对铁素体的固溶强化作用，铁素 体的硬度较高、强度也明显提高。由于基体组织是铁素体，常温下，这种铸铁的抗拉强度可能略低于常规的 珠光体灰铸铁，但脆性反而高一些，承受冲击载荷的能力也较差，但是，在260C以上其抗拉强度和抗冲击能 力都高于常规的灰铸铁。提高了铸铁中的硅含量后，不仅铸铁的高温强度提高，更为重要的是，显著增强了 铸铁在高温下的抗氧化能力和抗热生长能力，铸件可以在850C、甚至900C的高温下作业。不久以后，为了 改善西拉尔铸铁的常温力学性能，将硅含量修订为46%。这样的成分，一直沿用至今。早期，西拉尔铸铁 是世界知名的耐热铸铁。2、
4、由西拉尔铸铁到Si-Mo球墨铸铁20世纪40年代，球墨铸铁问世，为铸铁的发展开创一个新的纪元。随着球墨铸铁的推广应用，50年代 就有人研究将西拉尔铸铁的经验用于球墨铸铁。将球墨铸铁中的硅含量提高到46%，铸铁的抗氧化能力、 抗热生长能力都显著改善，60年代，一些工业国家就已在生产中应用。硅含量56%的球墨铸铁抗氧化能力很好，但是，硅含量超过5%以后，铁素体有一部分会转变为脆性相 Fe印i，使韧性大幅度下降，出于兼顾二者的折衷考虑，耐热球墨铸铁的硅含量一般都不超过5%。提高了硅含量的球墨铸铁中，加入0.62.0%的钼，可以提高常温下的强度和韧性，高温力学性能的改善尤 为明显，钼含量从0.2%逐步
5、增加到2.5%，铸铁的蠕变性能也逐步改善。但是，从价值工程的观点看来，最 相宜的加入量为0.51.0%。从20世纪70年代起，Si-Mo球墨铸铁就是一种常用的耐热铸造合金，其用途 很广。早期的内燃机，燃烧效率不高，排出的废气温度约在500C左右，排气歧管一般都用灰铸铁制造。随着技 术的进步，内燃机排气温度逐渐提高，排气歧管的材质也随之不断改进。80年代以后，档次较高的内燃机排 气温度超过了 800C，所用的排气歧管和涡轮增压器，灰铸铁、蠕墨铸铁、硅铸铁等材质都不能适应要求。于 是，Si-Mo球墨铸铁大行其道，广泛用于世界各国的汽车行业，其需求量猛增。90年代以后，一些汽车发动机的排气温度超过了
6、900C，Si-Mo球墨铸铁不能胜任了，开始用高镍奥氏 体球墨铸铁。2000年代早期，高档汽车发动机的排气温度又越过了950C，排气歧管和涡轮增压器不得不改 用铁素体耐热钢。2005年以后，为了进一步提高燃油的燃烧效率，排气温度超过了1000C，又要改用高镍奥 氏体不锈钢。在内燃机燃烧效率不断提高的条件下，Si-Mo球墨铸铁在汽车行业的应用是有所减少了，而且 还有继续减少的趋向。但是，在柴油机方面的应用仍然很多，而且，其他方面对耐热铸件的需求量也非常可 观，Si-Mo球墨铸铁仍然是一种重要的铸造合金。二、Si-Mo球墨铸铁的化学成分及其对力学性能的影响Si-Mo球墨铸铁中的主要合金元素是硅，钼
7、是为改善铸铁而加入的辅助合金元素，在硅、钼含量确定之 后，对碳、锰、磷、硫等元素的含量也应该予以严格的控制。1、硅在Si-Mo球墨铸铁中，硅是重要的组分，其在球墨铸铁中的作用是多方面的，主要是提高抗氧化能力和 降低热生长率，同时还可以使铁素体固溶强化。其负面作用是，硅含量太高时导致铸铁脆化。(1) 促进石墨化、抑制渗碳体的析出在铸铁中，硅固溶于奥氏体中的溶解度约为2%，在铁素体中的溶解度可高达18.5%。铸铁中，硅是促进 石墨化作用最强的合金元素，其促进石墨化的能力大致是镍的3倍、铜的5倍。无论在液态铸铁或固态铸铁 中，铁与硅结合的能力比与碳结合的能力强。增加铸铁中的硅含量，可以使铁碳平衡图中
8、铁-石墨系的共晶 转变温度略有提高，铁-渗碳体系的共晶转变温度明显降低，从而使二者之间的间隔显著扩大。对二者的共析 转变温度也有类似的影响。液态铸铁中含有硅，就会使碳的溶解度降低。铁液中硅的含量愈高，能溶解的碳量相应地愈低，就会有 更多的碳脱溶析出。铁液为过共晶成分时，硅含量高，凝固过程中，有更多的碳以初生石墨的形态析出，直 到剩余的铁液达到共晶成分后发生共晶转变。铁液为亚共晶成分时，凝固过程中，硅富集于初生奥氏体中。 共晶转变时，硅富集于早期结晶的共晶奥氏体中，抑制碳与铁化合成渗碳体，增强碳在奥氏体中的扩散速度， 促使碳以共晶石墨的形态析出。共析转变时，固溶于奥氏体中的硅，仍然抑制碳与铁形成
9、渗碳体，增强碳在 奥氏体中的扩散速度，促使碳以共析石墨的形态析出，硅含量为4%左右的铸铁，基体组织大体上全是铁素体。 在加入了钼，而且用于制造薄壁铸件的条件下，组织中就可能含有少量的珠光体和碳化物。Si-Mo球墨铸铁 中，硅含量较高，因而，薄壁铸件中形成碳化物的倾向较低，这对于制造排气歧管之类的薄壁铸件是很适宜 的。(2) 提高铸铁的抗氧化能力一般说来，耐热铸件的作业条件是，在高温下、长时间与氧化性气体(主要是02、H2O、CO2)接触。在这 种条件下，铁基铸件的表面层会被氧化。高温气体介质中有时还含有硫化物，硫对铁的作用也属于氧化反应。 耐热铸件应具有在高温下抗氧化的能力，也就是高温下的化学
10、稳定性。铁在高温下的氧化从表面开始，先形 成一层薄氧化膜，然后逐渐增厚。由于铸铁件的基本成分是铁，其氧化过程实际上是铁被氧化的过程。在570C以上的高温下，铁基铸件表面的氧化膜为三层结构。内层（贴近金属本体）为FeO,中间层为Fe3O4， 外层为Fe2O3。氧化过程中，氧原子以扩散的方式通过氧化膜进入铁中，使铁氧化，铸铁中的铁原子则向氧化 膜方面扩散。铁逐层被氧化成FeO, FeO逐层被氧化成Fe3O4，Fe3O4又逐层被氧化成Fe2O3。结果是各氧化 层不断增厚，金属本体逐渐减薄（见图1）。铸铁的氧化过程中，在金属本体逐渐减薄的同时，由于氧化膜的 密度小于铁，铸件的体积却反而会增加。铸件外表
11、面产生的氧化皮，是可能剥落的。如果铸件的内部氧化， 则产生的氧化皮不可能剥落，结果是导致铸件的体积增大，这就是因氧化而致的热生长。图1铁基铸件表面氧化的示意图要提高铸铁的抗氧化能力，必须使其中含有能形成致密氧化膜的合金元素，而且这种氧化膜还应与金属本体 结合紧密，从而抑制外界的氧原子通过氧化膜向铸件内部扩散、以及铁原子向氧化膜扩散。如果铸铁中含有加入铝、硅、铬等元素，形成的氧化膜的成分和结构都有变化，可以增强铸铁的抗氧化 能力。铬、铝含量高时，铸件的表面上形成致密的Cr2O3或A12O3氧化膜，有良好的保护作用。铬、铝含量 不很高时，铸件的表面上形成FeOCr2O3、FeO - A12O3等尖
12、晶石型氧化物，能与铁结合牢固，也有一定的保 护作用。硅含量较高的铸铁中，氧化膜的主要组成成分是铁橄榄石（Fe2SiO4），致密程度大为改善，能抑制 外界的氧原子通过表面进入铸铁内部。就提高铸铁的抗氧化能力而言，硅是很强的抗氧化元素，其作用能力 大约是铬的3倍。几种常用合金元素对铁氧化速率的影响见图2。图2常用合金元素对铁氧化速度的影响0. 01IIiii048121620合金元素含量（%）（3）减少铸件的热生长铸铁件热生长的定义是：铸件长时间暴露于高温下，或在反复加热、冷却作用下所产生的永久性体积增 大。热生长不仅使铸铁的强度降低，还可能损坏与之接触的其他部件。铸铁发生热生长的原因，可以简要地
13、归纳为以下三个方面。1）高温下珠光体中的渗碳体分解、析出石墨所致的体积膨胀球墨铸铁中的珠光体在540C以下比较稳定。超过540C以后，其中的渗碳体就会逐渐分解，碳以石墨的 形态析出，通过扩散方式沉积在石墨球上。650C以上，石墨化的速度提高。在700C以上，石墨化在短时间 内就可以完成。石墨化的结果就导致铸铁的体积膨胀。基体组织全部为珠光体的球墨铸铁件，因石墨化而致 的体积生长，按计算，大约是1%。由于铸件内部存在疏松和其他细小的孔隙，实际铸件因石墨化而致的生长 低于此值。有研究报告称：珠光体组织的球墨铸铁件，在高温下长时间保持，因石墨化而致的体积生长约在 0.250.5%之间。完全铁素体基体
14、的球墨铸铁件，在820C以下保持，实际上不可能因石墨化而产生体积增长。Si-M。球墨 铸铁中，硅含量提高到4%左右，不仅基体组织基本上是铁素体，珠光体很少，而且可以使铁石墨系的共析 转变温度Ac提高到870C以上。因此，在作业温度不超过850C的条件下，不必担心铸件因石墨化而产生热生 长的问题。2）相变所致的体积膨胀铸件作业过程中，即使是铁素体基体的球墨铸铁，如果所处的温度不断通过铸铁共析转变温度范围，铸 铁周期性地发生铁素体一奥氏体、奥氏体一铁素体的相变。加热到基体组织为奥氏体时，少量石墨溶入奥 氏体，留下一些微小的孔隙。冷却时，奥氏体中的碳又以石墨的形态析出，但不会析出在原来留下的孔隙中，
15、 从而造成石墨化膨胀。长时间反复经历这种转变，铁就会有可观的体积膨胀，导致很坏的后果。因此，常规 的铁素体球墨铸铁的作业温度，一般都不能高于共析转变温度（约在760C左右）。提高铸铁中的硅含量，可 以使其共析转变温度提高，铸铁作业的温度也可相应地提高，参见表1。表1硅含量对共析转变温度的影响碳含量，3. 993. 782. 513. 322. 193. 10硅含量，1. 603. 273. 431. 381. 165. 61加热时的临界温度，C755835800815875935冷却时的临界温度，C6557957408758109203）铸铁内部氧化所致的体积膨胀前面已经提到，铸铁件的内部氧化
16、是导致热生长的主要原因之一，而铸铁组织中石墨的形态和数量又是影响 铸件内部氧化的重要因素。灰铸铁的显微组织中，石墨呈分散的片状，实际上是相互连接的团簇体，而且还有触及铸件表面的石墨片。 石墨是碳质材料，在高温、氧化性气氛下易于氧化，这样，就逐渐形成了氧进入铸件内部的通道。因此，灰 铸铁是易于发生内部氧化，所导致的热生长率也高。石墨片越粗大、数量越多、连续性越好，内部的氧化就 越严重。球墨铸铁中的石墨球是互不相连的，也没有联通外界的通道，可以有效地抑制内部的氧化。提高铸铁的硅含 量后，铸铁本身抗氧化能力又大为增强，这方面就更不成问题了Si-Mo球墨铸铁件中，可能导致内部氧化 的因素是：在反复加热
17、、冷却的条件下，可能产生延伸到铸件表面的细微裂纹。4）硅对铁素体的固溶强化作用在球墨铸铁中，硅固溶于铁素体，有抑制渗碳体析出、促进铁素体形成、提高铸铁抗氧化能力等作用，此外， 固溶于铁素体的硅能使铁素体强化、改善球墨铸铁的力学性能。将球墨铸铁中的硅含量提高到3.84.5%， 可以得到全铁素体组织。由于硅对铁素体的固溶强化作用，抗拉强度可以略高于600MPa，而且屈服强度、伸 长率都有较大幅度的提高。但是，硅含量超过4.5%以后，铸铁即显现脆性，伸长率随硅含量的增高而急剧下 降。由于铸铁组织全部为铁素体，铸件的硬度均匀，加工性能明显改善。硅固溶强化的球墨铸铁，疲劳极限 优于常规球墨铸铁。硅固溶强
18、化的球墨铸铁，脆性转变温度很高：用V-形缺口试样和U-形缺口试样测定时， 脆性转变温度都高于室温，在60C以上；用无缺口试样测定时，也在10C以上。因此，硅固溶强化的球墨铸 铁不宜用于制造结构上有应力集中部位的铸件，尤其不宜用于在低温条件下承受冲击载荷的铸件。在脆性转 变温度以上，硅固溶强化的球墨铸铁的冲击韧性优于常规球墨铸铁。无论是铸铁或铸钢中，硅含量太高都会使铸铁（或铸钢）的脆性增大。因此，硅作为提高抗氧化性能的元素， 其应用受到了很大的制约，不像铬那样，加入量可高达2030%。灰铸铁是脆性材料，硅含量可略高一点， 一般宜在6%以下；球墨铸铁中，硅含量不宜超过5%；铸钢中的硅，一般都用作改
19、善抗氧化性的辅助元素， 其含量应限制在3%以下。2、钼钳是促进碳化物形成能力很强的元素之一。钳在奥氏体中的固溶度可达3%，随着奥氏体中碳含量的增高，固 溶度还可提高。钳在铁素体中的固溶度更高，可达37%左右，有使铁素体固溶强化的作用。硅含量较高的铁 素体球墨铸铁加入钳，可以提高其常温强度、高温强度和蠕变性能，其正面作用是非常明显的。但是，加入钳不可避免地也会有一些负面作用，随着钳含量的增加，铸铁组织中可能出现少量碳化物。凝固 终了后，珠光体分解时，还可能在晶界附近析出富钳的次生相。次生相的组成挺复杂，其中含有Fe-Mo-Si金属间化合物、钼的碳化物、固溶有钼和硅的铁素体和珠光体，有时简化用分子
20、式Fe MoC - M C表示。含有少量26珠光体和这种次生相，铸铁的伸长率和断面收缩率当然会相应地有所下降。关于钼含量对Si-Mo球墨铸铁性能的影响，美国Climax Molybdenum公司曾经进行过大量的试验研究工作。以下，引用该公司的一些实验数据，大致说明在Si-Mo球墨铸铁中的作用。1）钥对Si4球墨铸铁拉伸性能的影响采用碳、硅、锰含量基本一致的铸铁（碳含量为3.163.23%；硅含量为3.974.04%；锰含量均为0.31%）， 球化处理和孕育处理的工艺相同，只改变钼的含量，制成拉伸试样后，在不同温度下的拉伸性能见表1.1 （说 明：屈服强度均为残留变形为0.2%的屈服强度）。表1
21、.1在不同温度下钼含量对Si4球墨铸铁拉伸性能的影响铝含量，0. 020. 490. 981. 451.9320 C抗拉强度，MPa565596610626635屈服强度，MPa443470474485478伸长率，19. 517. 014. 512. 010. 0断面收缩率，26. 523. 013. o10. 09. 0320 C抗拉强度，MPa490524546557579屈服强度，MPa388407414426446伸长率，%6. 56. 24. 64. 63.8断面收缩率，7. 56. 15. 84. 65. 5425 C抗拉强度，MPa383422434446屈服强度，MPa345
22、3653873 96403伸长率，1. 92. 31. 51. 51.9断面收缩率，1. 83. 13.42. 03. 0510C抗拉强度，MPa249277302299320屈服强度，MPa224250273262281伸长率，%45. 035. 524. 523. 021. 5断面收缩率，43. 037. 529. 523. 019. 5650 C抗拉强度，MPa83130130138145屈服强度，MPa67112111119120伸长率，%59. 071. 573. 048. 542. 5断面收缩率，56. 047. 539. o36. 024. 5700 C抗拉强度，MPa61778
23、99()97屈服强度，MPa506S767985伸长率，%87. 575. 5c：9. 035. 351. 5断面收缩率，62. 052. 543. 539. 036. 02）钳对Si4球墨铸铁蠕变性能的影响在硅含量为4%左右的球墨铸铁中，增加少量的钼，还可以降低铸铁在高温下的蠕变速度、提高蠕变断裂的强 度。钼含量对Si4球墨铸铁在705C保持后的断裂强度的影响见图3。图3钥含量对Si4球墨铸铁在705C保持100h和1000h后的断裂强度的影响（试样经790C退火）Gd5H钼含量对Si4球墨铸铁在815C下产生1%蠕变的应力和时间的影响见图4。图4钥含量对Si4球墨铸铁在815C下产生1%蠕
24、变的应力和时间的影响3、Si-Mo铸铁中的其他组分1）碳和碳当量常规的球墨铸铁，随着硅含量的提高，碳含量要相应降低，以调整碳当量，但是，碳含量降低的程度，不能 按保持碳当量相同考虑。在降低碳含量的同时，往往要使碳当量略高一些。Si-Mo球墨铸铁中的硅含量较高，应该相应地调低碳含量，而碳当量的值则应略高于常规球墨铸铁。确定碳 含量，还应考虑铸件结构特点及壁厚等要求。对于排气歧管之类的薄壁铸件，没有石墨漂浮的问题，碳当量 宜保持在4.8%左右，或者再略高一点。壁厚50 mm左右的铸件，碳当量则以控制在4.54.7%为好。2）锰车孟是大家熟知的碳化物形成元素，常规的铁素体球墨铸铁中，通常都要求车孟含
25、量不超过0.2%，为此，炉料中 往往不得不配用高纯生铁。但是，球墨铸铁中可以容许的孟含量，与铸铁中的硅含量和铸件的壁厚有关。提 高铸铁中的硅含量，可以有效地削弱车孟促进碳化物形成的作用，而且铸件的壁厚愈薄，这种作用就愈明显。 大约每增加1%的硅，可容许车孟含量增加0.1%。铸件凝固过程中，硅偏析于石墨球附近，锰则偏析于最后凝固的液相中。因此，厚壁铸件凝固过程中，最后 凝固部位的锰含量很高，例如，平均锰含量为0.35%的中厚铸件，最后凝固部位的锰含量可能高达2.5%。铸 铁中的硅，则在铸件凝固的早期偏析于石墨球附近的铁素体中，最后凝固部位的硅含量很低。因此，对于中、 厚型铸件，不可能通过提高硅含
26、量来解决锰在晶界处形成碳化物的问题。Si-Mo球墨铸铁中的硅含量相当高，对于铸造排气歧管之类的薄壁铸件，锰的负面作用不像常规铁素体铸件 那样严重，一般说来，锰含量的上限值可以是0.4%，美国SAE标准规定的上限值为0.5%。3）磷磷在球墨铸铁中是导致脆性的有害元素，其在铁素体中的固溶度随铁素体中碳含量的提高而降低。铸铁中的 磷含量如果在0.07%以下，可固溶在铁素体中，对铸铁的性能影响不大；超过固溶度以后，就可能析出分散 的新相Fe3P （熔点1166C）；含量更高一些，就可能出现二元磷共晶（铁素体+Fe3P，熔点约1050C ）或三元 磷共晶（铁素体+Fe3P+Fe3C，熔点约953C），析
27、出于共晶团的边界，使铸铁脆化。磷还可能使铁素体球墨 铸铁的脆性转变温度提高。此外，有报道说，提高铸铁中的硅含量，还可能增强磷的脆化作用。Si-Mo球墨铸铁中的磷含量，一般都要 求低于0.05%，也有将上限值规定为0.07%的。4）硫总体而言，球墨铸铁中，硫是有害元素。硫与稀土、镁、钙、锰等元素结合的能力很强，球化处理时，原铁 液含有的硫首先与球化剂中的活性元素反应，耗用球化剂。因此，通常都认为硫是反球化的元素，其在原铁 液中的含量愈高，铸铁球化需用的球化剂量愈多。高硫原铁液还会导致铸件产生浮渣缺陷。球墨铸铁件表面 出现的浮渣，主要是由硫化镁、氧化镁和硅酸镁组成的。如浮渣中硫化镁含量高，在铸件与
28、砂型的界面处， 可能与大气中的氧反应（2MgS+O2-2MgO+2S），硫返回界面处的铁液，使铸件表面的球化衰退，出现片状石 墨。硫化镁还可能与型砂中的水分反应（MgS+H2O-MgO+H2S），使铸件产生皮下气孔。但是，硫又是球墨铸 铁中不可或缺的元素。球墨铸铁凝固过程中，最先结晶析出的是石墨，而石墨析出所依托的是异质晶核。经 球化处理的铁液，纯净度高，其中的硫、氧含量显著降低。从热力学能位的角度看来，一些元素的硫化物比 氧化物稳定，因而先形成MgS. CaS和MnS等硫化物，作为晶核的核心。然后，在微细的硫化物上形成多种氧 化物，这些氧化物又与SiO2作用，形成复合的硅酸盐外层，其与石墨晶
29、格的匹配度较好，这就是析出球状石墨 所依托的异质晶核。因此，从石墨化生核方面考虑，原铁液中不能没有硫，其含量还不宜太低，尤其不宜时高、时低，最好保持 在0.0100.015%之间，生产薄壁铸件时尤应如此。当然，原铁液还应该保留有一定的氧含量。基于这样的 认识，就会想到：如果原铁液经球化处理后用含硫、氧的孕育剂进行孕育处理，应该有很好的效果。这种设 想，已在十多年前由欧洲同行的研究工作确认，采用含硫、氧的孕育剂，可以使球化率提高、石墨球数量增 多、石墨球尺寸减小，因而可以从多方面提高球墨铸铁件的质量。4、Si-Mo球墨铸铁的规格和标准迄今为止，国际标准化组织、欧洲标准化组织、美国的ASTM和日本
30、标准化组织，都未发布有关Si-M。球墨铸 铁的标准。我国标准GB/T9437 2009耐热铸铁件中，列有两种Si-Mo球墨铸铁(QTRSi4Mo和QTRSi4Mo1), 化学成分要求见表2,力学性能要求见表3。表2 Si-Mo球墨铸铁的化学成分(%)牌号CSiMnPSMoQTRSi4Mo2. 7-3. 53.5-1. 50. 5CO. 07$0. 0150. 3-0. 7QTRSi4Mol2. 7-3. 51.0-1. 50. 3WO. 05$0. 0151. 0 1. 5表3 Si-Mo球墨铸铁的力学性能要求牌号常温抗拉强度，MPa常温硬度，HBW700C短时抗拉强度,MPa800C短时抗拉
31、强度，MPaQTRSi4Mo5 10197280N101-46QTRSi4Mol三540197-280101-46美国汽车工程师学会标准SAE J2582 DEC200M用于高温条件的汽车球墨铸铁件也列有两种Si-Mo球墨铸铁， 标准中规定硅含量、钼含量和布氏硬度必须符合要求，见表4。表4对Si、Mo含量和硬度的要求牌号Si含量，%Mo含量,%硬度，HBW23. 504. 500. 51-0. 7018724133. 50-1. 500. 71-1. 00196269碳、锰、磷、硫等元素的含量和残留镁量，标准中只提出适用于两种牌号的大致范围，供参考：C 3.303.80%； Mn 0.100.
32、50%； PW0.050%； SW0.035%； Mg 0.0250.060%。实际生产中，铸造厂应该根据客户的要求和对铸件的具体条件，规定更为严格的成分控制范围。至于对力学 性能的要求，铸造ASTM A536标准规定的单铸试块，截取试样，预期的测定值见表5。表5 Si-Mo球墨铸铁力学性能的预期值(SAE J2582 DEC2001)牌号抗拉强度，MPa屈服强度，MPa伸长率,%杨氏模量，GPa2485380615235154154152实际生产中，由于铸件的几何形状和截面的冷却速率不同，自铸件本体截取试样测定的值可能与表5中的数 值有所不同。应该符合客户根据铸件用途提出的具体要求。三、有关
33、生产工艺的几个问题由于Si-Mo球墨铸铁化学成分和性能要求方面的特点，生产工艺方面不宜完全沿用常规球墨铸铁的方式，以 下简单地提及以下几点，供参考。1、熔炼理论上，熔炼Si-Mo球墨铸铁所需的原铁液，既可以用冲天炉，也可以用感应电炉。实际上，当前应用的Si-Mo 球墨铸铁件的大多是小型、薄壁铸件，单位时间需求的原铁液为量不多，而且要求控制的成分范围很窄，不 宜用大型冲天炉熔炼。小型冲天炉，在能耗、环保等方面又难以适应当前的要求。因此，熔炼设备宜优先选 用感应电炉。炉前最好配备有光谱分析仪。由于铸铁的硅含量比常规铸铁高，应该按要求的硅含量范围，用专用的标样校 定光谱仪。对钼含量的测定，也要经常校
34、核。碳含量，应以燃烧法的测定值为依据。2、炉前的处理Si-Mo球墨铸铁的碳当量较高，生产壁厚20 mm的铸件时，宜采用稀土含量低、或不含稀土的球化剂，以避免 出现碎块状石墨。由于铸铁中的硅含量高，有利于石墨化，尤其是对于薄壁铸件，球化剂的用量可以略低于 常规球墨铸铁。这样，既可以节省球化剂，又有利于控制铸态组织中的珠光体含量和碳化物。国外一些铸造 厂，将残留镁量控制在0.0200.025%之间，效果很好。当然，提出这一数值只是供参考而已，各铸造厂的 最佳控制范围，要根据厂家的具体生产条件，如所用的球化剂、孕育剂、孕育方法、孕育剂加入量等，经实 际试验后确定。孕育处理方法一般都应该采用瞬时孕育方
35、式，使孕育的衰退减至最小。最好在出炉前，用碳化硅对原铁液进 行预处理，以获得更好的显微组织。3、防止铸件出现收缩缺陷Si-Mo球墨铸铁是过共晶成分，碳当量较高，而硅含量又较高，碳大都在铁液中脱溶、以初生石墨析出。凝 固过程的早期，奥氏体析出，又促使石墨球长大，而凝固后期析出的石墨相当少，石墨化膨胀的补缩作用降 低。因而，铸件产生缩孔、缩松之类收缩缺陷的倾向较大。工艺设计时，要注意设置较大的冒口，而且补缩 的距离不可太长。4、冷隔缺陷及其对策生产Si-Mo球墨铸铁件、尤其是薄壁铸件时，易出现冷隔缺陷。如何应对这样的问题？不少人马上会想到提 高浇注温度。实际上，这种考虑是不够全面的，也是不很妥当的
36、oSi-Mo球墨铸铁中的硅含量较高，充型时， 液流表面、紊流产生的液滴表面上，很快就会形成氧化膜，阻隔液流的对接。这种情况，往往是铸件出现冷 隔缺陷的主要原因。不必要地提高浇注温度，只会使氧化膜的形成更快、更多、更厚，反而更易于造成冷隔 缺陷。为防止冷隔缺陷，浇注系统的设计应力求液流充型平稳，不宜采用阻流式浇注系统。浇注系统中采用 过滤片，不仅可以吸附氧化物，而且，如系统设计适当，紊流的铁液可以转换为平流，防止冷隔的效果很好。5、铸件的热处理Si-Mo球墨铸铁中的钼含量较高，生产薄壁铸件时，组织中会出现一些珠光体、碳化物和次生相。如果组织 现珠光体含量不超过15%、碳化物不超过5%，铸件可不必
37、经热处理。虽然这种铸铁常温下的脆性较大，如果 在铸件后处理过程中充分注意到这一特点，尽量做到轻取、轻放，一般都没有什么问题。如果组织中珠光体、碳化物的含量较高，铸件就应该进行热处理。在组织中不存在游离渗碳体的条件下，没 有必要采用高温下的全退火，最适当的热处理工艺是在亚临界温度下退火。硅含量为45%的球墨铸铁件，应用非常广泛的亚临界退火温度是790。在此温度下，珠光体和碳化物分解 的方式不是通过相变，而是逐渐扩散。将铸件加热到790C，铸件厚度在20 mm以下，保温1h。厚度在20 mm以 上，每增加20mm，保温时间增加1h。保温后，随炉缓慢冷却。缓慢冷却的过程中，组织中的珠光体、碳化物 会逐步分解为石墨和铁素体。经亚临界退火后，既可以提高铸铁常温下的伸长率，又可以获得很好的高温力 学性能。6、增加其他合金元素近年来，也有客户要求在Si-Mo球墨铸铁中再增加其他合金元素的情况。例如：有的客户要求将硅含量提高 到5%，以改善铸铁的抗氧化能力；也有客户要求将钼含量保持在1.5%左右（我国标准规定的QTRSi4Mo1,钼 含量的上限值就是1.5%）；还有客户要求在铸造涡轮增压器壳体的Si-Mo球墨铸铁中增加0.70.9%的铬。 在这种情况下，最好请客户提供一些相关的试验数据，否则，最好在投入生产前先进行试验。
