蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵是具有片狀和球狀石墨之間的一種過渡形態的灰口鑄鐵，它是一種以力學性能和導熱性能較好以及斷面敏感性小為特徵的新型工程結構材料。蠕墨鑄鐵作為一種新型鑄鐵材料出現在20世紀60年代。我國是研究蠕墨鑄鐵最早的國家之一。1966年山東省機械設計研究院發表了稀土高強度灰鑄鐵論文，標誌了我國蠕墨鑄鐵生產技術的研製成功。

基本介紹

• 中文名：蠕墨鑄鐵
• 外文名：vermicular cast iron
• 類型：金屬材料
• 出現時間：20世紀60年代
• 優點：強度較高、鑄造性能較好
• 套用：生產大型鑄件、排氣管及鋼錠模等

發展歷史

1947年英國人莫羅（H.Morrogh）在研究用鈰處理球墨鑄鐵（簡稱球鐵）的過程中，發現了蠕蟲狀石墨。由於莫羅當時及後來的研究工作主要集中在怎樣得到球狀石墨及其性能上，而蠕蟲狀石墨則被認為是處理球鐵失敗的產物。1955年美國人伊斯蒂斯（J.W.Estes）和斯奇內登溫德（R.Schneidenwind）首次提出建議，採用蠕墨鑄鐵（簡稱蠕鐵）；1966年，又有斯切爾倫（R.D.Schelleng）繼續提出套用蠕鐵。美國在1965年的一項專利中提到，通過加入一種合金使鐵液含鎂0.05%～0.06%、鈦0.15%～0.50%、稀土金屬0.001%～0.015%，就能得到蠕蟲狀石墨組織。到1976年，美國富特（Foote）礦業公司將這些元素按一定比例配成Mg-Ti系合金，作為商品供應市場，稱為“Foote”合金，因此，蠕鐵在工業上有了較多的套用。在60年代，奧地利人研究了稀土對鐵液的影響，從中得到了生產蠕鐵的可靠方法，於1968年獲得奧地利專利。60年代中國在高碳鐵液中加入稀土矽鐵合金，發現其中部分試樣的巨觀斷口呈“花斑”狀，石墨為蠕蟲狀，其性能超過中國標準中HT300的指標。鑒於當時國內高級灰鑄鐵生產中廢鋼來源短缺，於是不加廢鋼，僅用稀土矽鐵合金直接處理沖天爐高碳鐵液來生產高級灰鑄鐵件，就成為當時研究的出發點。在試驗過程中發現，具有蠕蟲狀石墨的鑄鐵，其強度大幅度提高，從而獲得了不加廢鋼的高強度灰鑄鐵。由於上述高級鑄鐵是用稀土處理而得到，因此曾先後將其命名為稀土高牌號灰鑄鐵、稀土（灰）鑄鐵等。從1965年開始，中國才有意識地把含有蠕蟲狀石墨作為新型工程材料來研究和套用。70年代末期，根據光學顯微鏡下看到的石墨形貌，並為與國外命名力求統一，因此中國把它稱為蠕蟲狀石墨鑄鐵，又稱為蠕墨鑄鐵。1977年第44屆國際鑄造年會上成立了“蠕蟲狀石墨鑄鐵委員會”，同時也統一規定這種鑄鐵的名稱為“緊密式蠕蟲狀石墨鑄鐵”。

化學成分

蠕墨鑄鐵的化學成分一般為：C%=3.4%~3.6%；Si%=2.4%~3.0%；Mn%=0.4%~0.6%；S%<0.06%；P%<0.07%。

目前市面上的蠕墨鑄鐵光譜標準樣品成分如下：

蠕墨鑄鐵光譜標樣
編號	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni
GSB 03-1567-2003-1	2.15	4.67	0.223	0.067	0.0074	2.87	1.45
GSB 03-1567-2003-2	2.54	4.05	0.551	0.248	0.024	1.76	0.383
GSB 03-1567-2003-3	3.1	3.28	0.819	0.384	0.05	1.34	0.794
GSB 03-1567-2003-4	3.4	2.54	1.04	0.836	0.091	0.034	0.12
GSB 03-1567-2003-5	3.68	0.972	1.2	0.149	0.0042	0.958	3.33
GSB 03-1567-2003-6	3.77	1.5	1.45	0.294	0.013	0.581	2.35
GSB 03-1567-2003-7	3.84	0.566	1.87	0.508	0.0074	2.03	1.94
GSB 03-1567-2003-8	4.15	0.651	2.1	0.024	0.0087	2.33	4.68
編號	Mo	V	Mg	Cu	Ti	W	Nb
GSB 03-1567-2003-1	0.113	0.636	0.027	0.116	0.254	0.024	0.69
GSB 03-1567-2003-2	0.184	0.618	0.007	0.275	0.12	0.048	0.458
GSB 03-1567-2003-3	0.353	0.431		0.357	0.138	0.103	0.351
GSB 03-1567-2003-4	0.557	0.346		0.516	0.126	0.236	0.263
GSB 03-1567-2003-5	0.817	0.254	0.03	0.642	0.285	0.43	0.147
GSB 03-1567-2003-6	1.09	0.123	0.089	0.911	0.069	0.485	0.117
GSB 03-1567-2003-7	1.59	0.057	0.072	1.3	0.976	0.173	0.032
GSB 03-1567-2003-8	2.04	0.069	0.093	1.36	0.791	0.85	0.032
編號	Sb	La	Ce	Pb	Sn
GSB 03-1567-2003-1	0.089	0.016	0.046	0.029	0.064
GSB 03-1567-2003-2	0.092	0.0034	0.011	0.029	0.013
GSB 03-1567-2003-3	0.111	0.0061	0.021	0.011	0.018
GSB 03-1567-2003-4	0.167			0.019	0.012
GSB 03-1567-2003-5	0.013	0.035	0.088	0.005	0.022
GSB 03-1567-2003-6	0.045	0.0082	0.021	0.012	0.013
GSB 03-1567-2003-7	0.126			0.007	0.108
GSB 03-1567-2003-8	0.021	0.002	0.004	0.003	0.089

牌號

蠕墨鑄鐵的牌號為：RuT+數字。

牌號中，“RuT”是“蠕鐵”二字漢語拼音的大寫字頭，為蠕墨鑄鐵的代號；後面的數字表示最低抗拉強度。例如：牌號RuT300表示最低抗拉強度 為300MPa的蠕墨鑄鐵。

石墨形態

圖1～3分別為灰鑄鐵、蠕鐵和球鐵的石墨形態，可見蠕鐵的石墨介於片狀和球狀之間。蠕鐵的石墨短而厚，端部較圓，形同蠕蟲。在電子顯微鏡下觀察蠕蟲狀石墨的三維形態可知，石墨的端部具有螺旋生長的明顯特徵，類似於球狀的表面形態。但在石墨的枝幹部分則又具有疊層狀結構，類似於片狀石墨。它的緊密程度也介於片狀和球狀之間。片狀、蠕蟲狀、球狀之間有個比例關係：片狀石墨的長度l與厚度d之比即l：d>50；一般蠕蟲狀石墨l：d=2～10；球狀石墨l：d≈1。

基體組織

蠕鐵鑄態基體組織以較高的鐵素體含量（40%～50%或更高）為特徵，但亦可加入珠光體穩定元素（如銅、錫、銻等），以獲得鑄態珠光體基體，其含量為70%左右，也可以採用正火處理方法獲得珠光體基體。

鑄造性能

（1）蠕鐵的碳當量高，加稀土合金後又使鐵水得到淨化，因而使它具有較好的流動性。在碳當量相同的情況下，蠕鐵和灰鑄鐵的流動性相似。

（2）蠕鐵的收縮也介於灰鑄鐵和球鐵之間，澆注系統可按灰鑄鐵進行設計。但對緻密性要求較高，壁厚相差較大的複雜鑄件，要採用球鐵的澆注和補縮系統。

（3）蠕鐵兼有灰鑄鐵和球鐵的良好性能，抗拉強度和屈服強度高於灰鑄鐵，相當於鐵素體球鐵。導熱性接近於灰鑄鐵，因而鑄造工藝方便、簡單、成品率高。

（4）蠕鐵有較好的抗生長和抗氧化性能，蠕鐵的耐磨性為中國標準HT300的2.2倍以上，比高磷鑄鐵高1倍，而與磷銅鈦鑄鐵相近。

套用領域

由於蠕墨鑄鐵兼有球墨鑄鐵和灰鑄鐵的性能，因此，它具有獨特的用途，在鋼錠模、汽車發動機、排氣管、玻璃模具、柴油機缸蓋、制動零件等方面的套用均取得了良好的效果。特別是我國第二汽車廠蠕墨鑄鐵排氣管流水線的投產，標誌著我國蠕墨鑄鐵生產已達到高水平。

到目前為止，世界蠕墨鑄鐵的產量尚難以統計，這是因為蠕墨鑄鐵往往被統計在灰鑄鐵的產量之內，而不是從單獨的項目統計。我國蠕墨鑄鐵的年產量不盡確切。

我國製作蠕墨鑄鐵所用的蠕化劑中均含有稀土元素，如稀土矽鐵鎂合金、稀土矽鐵合金、稀土矽鈣合金、稀土鋅鎂矽鐵合金等。由此，形成了適合國情的蠕化劑系列。

我國在蠕墨鑄鐵的形成機制的研究方面處於領先地位。另外在蠕墨鑄鐵的處理工藝、鐵液熔煉及爐前質量控制、蠕墨鑄鐵常溫和高溫性能方面均進行了廣泛、深入的研究。特別要指出的是，在我國沖天爐條件下，不少工廠能穩定地生產蠕墨鑄鐵，取得了顯著的經濟效益。可以預期，利用蠕墨鑄鐵具有的良好的綜合性能、力學性能較高，在高溫下有較高的強度，氧化生長較小、組織緻密、熱導率高以及斷面敏感性小等特點，取代一部分高牌號灰鑄鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵，由此，將取得良好的技術經濟效果。