蠕墨鑄鐵的機械性能應(yīng)用分析研究

王莉靜

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000）

1 蠕墨鑄鐵材料的發(fā)展及其優(yōu)勢

目前，灰鑄鐵件的比例明顯下降，但是在制造中仍占很大地位，蠕墨鑄鐵的產(chǎn)量持續(xù)增長，可鍛鑄件的產(chǎn)量大幅下降，蠕墨鑄鐵有較大的發(fā)展。我國的灰鑄鐵約占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上，而高強的灰鑄鐵比重較小，如國內(nèi)柴油機缸體采用鑄鐵材料比國外重30%以上，且抗拉強度和含碳量相同的情況下比國外低1-2級，在拉伸性能方面也低于發(fā)達國家1-2個牌號。我國的高強度鑄鐵與國外相比，主要差距在強度低、耐磨性差、壽命低、斷面感性大、加工性差。所以，除了不斷的改進灰鑄鐵材料生產(chǎn)的工藝方法外，還可以通過用其他鑄鐵材料來代替，從而來減少制造成本，提高鑄鐵材料在機械制造業(yè)的地位。

2 蠕墨鑄鐵和灰鑄鐵機械性能比較分析

蠕墨鑄鐵的機械性能介于灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間蠕墨狀的石墨相對較，端部較鈍，這就是蠕墨鑄鐵比灰鑄鐵有更好強度，有一定的韌性以及更好的機加工表面光潔度。

（1）在抗拉強度方面。雖然蠕墨鑄鐵的塑性較低。但抗拉強度和屈服強度和可鍛鑄鐵相似。全部珠光體的蠕墨鑄鐵缸體的抗拉強度比珠光體灰鑄鐵高兩倍，即使70%珠光體的蠕墨鑄鐵缸體的抗拉強度也比珠光體灰鑄鐵高。同時有較大的塑性。

圖1 珠光體和鐵素體蠕墨鑄鐵典型應(yīng)變-應(yīng)力曲線

圖2 幾中品牌號灰鑄鐵應(yīng)力——應(yīng)力曲線

（2）在疲勞強度方面。由于蠕墨鑄鐵獨特的石墨形態(tài)使其減少了裂紋的產(chǎn)生和擴展，因而其疲勞強度是均好于灰鑄鐵（見表1）。

表1 灰鐵與蠕鐵在690~240℃之間進行熱循熱疲勞實驗

（3）在硬度方面。采用簡單的冶金技術(shù)，改變?nèi)淠T鐵的基體結(jié)構(gòu)，能達到提高硬度等級的目的，70%珠光體的蠕墨鑄鐵與100%珠光體的灰鑄鐵的硬度相同，且具有更高的抗拉強度。

（4）在耐磨性方面。蠕墨鑄鐵中的石墨表面粗糙,限制了石墨的脫離,使得石墨粒子在表面長期存在,因此其耐磨性比灰鑄鐵高40%~70%,耐磨實驗表明,蠕墨鑄鐵的耐磨性為HT300的兩倍以上；灰鑄鐵有良好的機械制造工藝性能和機械性能，優(yōu)越的耐磨性、減震性和導(dǎo)熱性，而且生產(chǎn)方便、價格便宜在眾多工業(yè)領(lǐng)域中的鐵系零件被選定為復(fù)雜形狀零件的首選材料。由于灰鑄鐵中C元素以片狀石墨長且薄，表面平坦，端部尖銳，在承受載荷時尖銳部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中，成為灰鑄鐵破壞的起點，造成鑄件的強度和韌性的下降，石墨雖然是優(yōu)良的固體潤滑劑，能防止劇烈的磨損，但其平坦的表面易造成石墨的脫落，同時尖銳部的端部產(chǎn)生裂紋擴展，反而引起磨損的加劇，所以由于片狀石墨的存在，使得為了繼續(xù)提高灰鑄鐵的強度、韌性和耐磨性變的極為困難。所以從石墨的形態(tài)出發(fā)，用蠕墨鑄鐵取代灰鑄鐵的最好材料。蠕墨鑄鐵的石墨形狀與片狀石墨相比，其長度較短而厚，端部較圓，且表面粗糙，較圓的端部能抑制裂紋的發(fā)生和擴展，粗糙的表面也能限制石墨 的脫落，這種獨特的石墨形狀與灰鑄鐵相比，能大大地提高抗拉強度、疲勞強度、彈性模量和耐磨性能。

3 蠕墨鑄鐵在汽車缸體中應(yīng)用分析研究

表2 發(fā)動機灰鑄鐵缸體材料與蠕墨鑄鐵缸體材料的比較

整個缸體都用優(yōu)質(zhì)耐磨材料來制造，將造成材料的浪費，在汽缸中，只有與活塞配合的汽缸壁表面要求有較高的耐磨性外，其余各部分的耐磨性要求并不高。當前廣泛采用在汽缸體內(nèi)鑲?cè)肫滋?，形成汽缸耐磨性較高的工作面，缸體則用價格較低普通鑄鐵材料制造。蠕墨鑄鐵不僅具有以上所要求的性能外，且在機械性能方面優(yōu)于灰鑄鐵，用蠕墨鑄鐵代替灰鑄鐵作發(fā)動機的汽缸材料在機械性能 （見表2）、用壽命、重量、尺寸、等諸多方面。由于蠕墨鑄鐵具有如此優(yōu)良的性能，因此用蠕墨鑄鐵替代灰鑄鐵氣缸體材料，可以減小缸體壁厚，減輕缸體質(zhì)量，降低磨損和油耗，提高發(fā)動機效率和使用壽命。發(fā)動機上采用蠕墨鑄鐵材料，使發(fā)動機質(zhì)量減輕20%。