蠕墨铸铁

力学性能较高热导率高

蠕墨铸铁是具有片状和球状石墨之间的一种过渡形态的灰口铸铁，它是一种以力学性能和导热性能较好以及断面敏感性小为特征的新型工程结构材料。蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在20世纪60年代。我国是研究蠕墨铸铁最早的国家之一。1966年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论文，标志了我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功。

发展历史

1947年英国人莫罗（H.Morrogh）在研究用铈处理球墨铸铁（简称球铁）的过程中，发现了蠕虫状石墨。由于莫罗当时及后来的研究工作主要集中在怎样得到球状石墨及其性能上，而蠕虫状石墨则被认为是处理球铁失败的产物。1955年美国人伊斯蒂斯（J.W.Estes）和斯奇内登温德（R.Schneidenwind）首次提出建议，采用蠕墨铸铁（简称蠕铁）；1966年，又有斯切尔伦（R.D.Schelleng）继续提出应用蠕铁。美国在1965年的一项专利中提到，通过加入一种合金使铁液含镁0.05%～0.06%、钛0.15%～0.50%、稀土金属0.001%～0.015%，就能得到蠕虫状石墨组织。到1976年，美国富特（Foote）矿业公司将这些元素按一定比例配成Mg-Ti系合金，作为商品供应市场，称为“Foote”合金，因此，蠕铁在工业上有了较多的应用。在60年代，奥地利人研究了稀土对铁液的影响，从中得到了生产蠕铁的可靠方法，于1968年获得奥地利专利。60年代中国在高碳铁液中加入稀土硅铁合金，发现其中部分试样的宏观断口呈“花斑”状，石墨为蠕虫状，其性能超过中国标准中HT300的指标。鉴于当时国内高级灰铸铁生产中废钢来源短缺，于是不加废钢，仅用稀土硅铁合金直接处理冲天炉高碳铁液来生产高级灰铸铁件，就成为当时研究的出发点。在试验过程中发现，具有蠕虫状石墨的铸铁，其强度大幅度提高，从而获得了不加废钢的高强度灰铸铁。由于上述高级铸铁是用稀土处理而得到，因此曾先后将其命名为稀土高牌号灰铸铁、稀土（灰）铸铁等。从1965年开始，中国才有意识地把含有蠕虫状石墨作为新型工程材料来研究和应用。70年代末期，根据光学显微镜下看到的石墨形貌，并为与国外命名力求统一，因此中国把它称为蠕虫状石墨铸铁，又称为蠕墨铸铁。1977年第44届国际铸造年会上成立了“蠕虫状石墨铸铁委员会”，同时也统一规定这种铸铁的名称为“紧密式蠕虫状石墨铸铁”。

化学成分

蠕墨铸铁的化学成分一般为：C%=3.4%~3.6%；Si%=2.4%~3.0%；Mn%=0.4%~0.6%；S%<0.06%；P%<0.07%。

目前市面上的蠕墨铸铁光谱标准样品成分如下：

牌号

蠕墨铸铁的牌号为：RuT+数字。

牌号中，“RuT”是“蠕铁”二字汉语拼音的大写字头，为蠕墨铸铁的代号；后面的数字表示最低抗拉强度。例如：牌号RuT300表示最低抗拉强度为300MPa的蠕墨铸铁。

石墨形态

图1～3分别为灰铸铁、蠕铁和球铁的石墨形态，可见蠕铁的石墨介于片状和球状之间。蠕铁的石墨短而厚，端部较圆，形同蠕虫。在电子显微镜下观察蠕虫状石墨的三维形态可知，石墨的端部具有螺旋生长的明显特征，类似于球状的表面形态。但在石墨的枝干部分则又具有叠层状结构，类似于片状石墨。它的紧密程度也介于片状和球状之间。片状、蠕虫状、球状之间有个比例关系：片状石墨的长度l与厚度d之比即l：d>50；一般蠕虫状石墨l：d=2～10；球状石墨l：d≈1。

基体组织

蠕铁铸态基体组织以较高的铁素体含量（40%～50%或更高）为特征，但亦可加入珠光体稳定元素（如铜、锡、锑等），以获得铸态珠光体基体，其含量为70%左右，也可以采用正火处理方法获得珠光体基体。

铸造性能

（1）蠕铁的碳当量高，加稀土合金后又使铁水得到净化，因而使它具有较好的流动性。在碳当量相同的情况下，蠕铁和灰铸铁的流动性相似。

（2）蠕铁的收缩也介于灰铸铁和球铁之间，浇注系统可按灰铸铁进行设计。但对致密性要求较高，壁厚相差较大的复杂铸件，要采用球铁的浇注和补缩系统。

（3）蠕铁兼有灰铸铁和球铁的良好性能，抗拉强度和屈服强度高于灰铸铁，相当于铁素体球铁。导热性接近于灰铸铁，因而铸造工艺方便、简单、成品率高。

（4）蠕铁有较好的抗生长和抗氧化性能，蠕铁的耐磨性为中国标准HT300的2.2倍以上，比高磷铸铁高1倍，而与磷铜钛铸铁相近。

应用领域

由于蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能，因此，它具有独特的用途，在钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果。特别是我国第二汽车厂蠕墨铸铁排气管流水线的投产，标志着我国蠕墨铸铁生产已达到高水平。

到目前为止，世界蠕墨铸铁的产量尚难以统计，这是因为蠕墨铸铁往往被统计在灰铸铁的产量之内，而不是从单独的项目统计。我国蠕墨铸铁的年产量不尽确切。

我国制作蠕墨铸铁所用的蠕化剂中均含有稀土元素，如稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅钙合金、稀土锌镁硅铁合金等。由此，形成了适合国情的蠕化剂系列。

我国在蠕墨铸铁的形成机制的研究方面处于领先地位。另外在蠕墨铸铁的处理工艺、铁液熔炼及炉前质量控制、蠕墨铸铁常温和高温性能方面均进行了广泛、深入的研究。特别要指出的是，在我国冲天炉条件下，不少工厂能稳定地生产蠕墨铸铁，取得了显著的经济效益。可以预期，利用蠕墨铸铁具有的良好的综合性能、力学性能较高，在高温下有较高的强度，氧化生长较小、组织致密、热导率高以及断面敏感性小等特点，取代一部分高牌号灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁，由此，将取得良好的技术经济效果。

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