浅谈硅钼球铁的一些问题-李传拭

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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850℃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

2、倍。各种在高温条件下作业的部件，从炉用部件到当时的汽轮机壳体，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1.8～2.2％、硅含量为5～7％、锰含量0.5～0.8％的西拉尔（Silal）耐热铸铁，1931年，BCIRA的A.L.Norbury和E.Morgan在JournaloftheIronandSteelInstitute杂志（Vol.23）发表了论文《EffectsofCarbonandSilicononGrowthandScalingofCastIron

3、》,公布了西拉尔铸铁的化学成分及生产工艺的要点。这种灰铸铁中，基体组织以铁素体为主，石墨形态以D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260℃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850℃、甚至900℃的高温下作业。不久以后，为了改善西拉尔铸铁的常温

4、力学性能，将硅含量修订为4～6％。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、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4～6％，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5～6％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Fe3Si，使韧性大幅度下降，出于兼顾二者的折衷考虑，耐热球墨

5、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0.6～2.0％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0.5～1.0％。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500℃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

6、800℃，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900℃，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950℃，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1000℃，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

7、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）

8、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