蠕墨铸铁的机械性能应用分析研究

王莉静

（三门峡职业技术学院，河南 三门峡 472000）

1 蠕墨铸铁材料的发展及其优势

目前，灰铸铁件的比例明显下降，但是在制造中仍占很大地位，蠕墨铸铁的产量持续增长，可锻铸件的产量大幅下降，蠕墨铸铁有较大的发展。我国的灰铸铁约占铸铁总产量的80%以上，而高强的灰铸铁比重较小，如国内柴油机缸体采用铸铁材料比国外重30%以上，且抗拉强度和含碳量相同的情况下比国外低1-2级，在拉伸性能方面也低于发达国家1-2个牌号。我国的高强度铸铁与国外相比，主要差距在强度低、耐磨性差、寿命低、断面感性大、加工性差。所以，除了不断的改进灰铸铁材料生产的工艺方法外，还可以通过用其他铸铁材料来代替，从而来减少制造成本，提高铸铁材料在机械制造业的地位。

2 蠕墨铸铁和灰铸铁机械性能比较分析

蠕墨铸铁的机械性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间蠕墨状的石墨相对较，端部较钝，这就是蠕墨铸铁比灰铸铁有更好强度，有一定的韧性以及更好的机加工表面光洁度。

（1）在抗拉强度方面。虽然蠕墨铸铁的塑性较低。但抗拉强度和屈服强度和可锻铸铁相似。全部珠光体的蠕墨铸铁缸体的抗拉强度比珠光体灰铸铁高两倍，即使70%珠光体的蠕墨铸铁缸体的抗拉强度也比珠光体灰铸铁高。同时有较大的塑性。

图1 珠光体和铁素体蠕墨铸铁典型应变-应力曲线

图2 几中品牌号灰铸铁应力——应力曲线

（2）在疲劳强度方面。由于蠕墨铸铁独特的石墨形态使其减少了裂纹的产生和扩展，因而其疲劳强度是均好于灰铸铁（见表1）。

表1 灰铁与蠕铁在690~240℃之间进行热循热疲劳实验

（3）在硬度方面。采用简单的冶金技术，改变蠕墨铸铁的基体结构，能达到提高硬度等级的目的，70%珠光体的蠕墨铸铁与100%珠光体的灰铸铁的硬度相同，且具有更高的抗拉强度。

（4）在耐磨性方面。蠕墨铸铁中的石墨表面粗糙,限制了石墨的脱离,使得石墨粒子在表面长期存在,因此其耐磨性比灰铸铁高40%~70%,耐磨实验表明,蠕墨铸铁的耐磨性为HT300的两倍以上；灰铸铁有良好的机械制造工艺性能和机械性能，优越的耐磨性、减震性和导热性，而且生产方便、价格便宜在众多工业领域中的铁系零件被选定为复杂形状零件的首选材料。由于灰铸铁中C元素以片状石墨长且薄，表面平坦，端部尖锐，在承受载荷时尖锐部位易产生应力集中，成为灰铸铁破坏的起点，造成铸件的强度和韧性的下降，石墨虽然是优良的固体润滑剂，能防止剧烈的磨损，但其平坦的表面易造成石墨的脱落，同时尖锐部的端部产生裂纹扩展，反而引起磨损的加剧，所以由于片状石墨的存在，使得为了继续提高灰铸铁的强度、韧性和耐磨性变的极为困难。所以从石墨的形态出发，用蠕墨铸铁取代灰铸铁的最好材料。蠕墨铸铁的石墨形状与片状石墨相比，其长度较短而厚，端部较圆，且表面粗糙，较圆的端部能抑制裂纹的发生和扩展，粗糙的表面也能限制石墨 的脱落，这种独特的石墨形状与灰铸铁相比，能大大地提高抗拉强度、疲劳强度、弹性模量和耐磨性能。

3 蠕墨铸铁在汽车缸体中应用分析研究

表2 发动机灰铸铁缸体材料与蠕墨铸铁缸体材料的比较

整个缸体都用优质耐磨材料来制造，将造成材料的浪费，在汽缸中，只有与活塞配合的汽缸壁表面要求有较高的耐磨性外，其余各部分的耐磨性要求并不高。当前广泛采用在汽缸体内镶入汽缸套，形成汽缸耐磨性较高的工作面，缸体则用价格较低普通铸铁材料制造。蠕墨铸铁不仅具有以上所要求的性能外，且在机械性能方面优于灰铸铁，用蠕墨铸铁代替灰铸铁作发动机的汽缸材料在机械性能 （见表2）、用寿命、重量、尺寸、等诸多方面。由于蠕墨铸铁具有如此优良的性能，因此用蠕墨铸铁替代灰铸铁气缸体材料，可以减小缸体壁厚，减轻缸体质量，降低磨损和油耗，提高发动机效率和使用寿命。发动机上采用蠕墨铸铁材料，使发动机质量减轻20%。