硅强化铁素体球墨铸铁的研究与应用
固溶体的强化作用
固溶体的强化作用虽然纯金属在实际工业生产上得到了一定的应用，但是由于其强度一般都很低，如铁的抗拉强度约为200MPa，而铝的抗拉强度还不到100MPa，显然都不符合用作工业的结构材料。
近年来，为了适应多方面的要求，各种新材料、新工艺不断出现，但是就目前来说，新材料的制造方法比较复杂，制备成本较高，市场应用不是特别广泛，所以，在今后很长一段时间之内，用的较多的仍然是一些传统材料。
目前应用的金属材料大多数是合金，新材料的广泛应用还有一段时间。
所以，对其研究仍有重大意义。
固溶体是几乎所有合金的基体相，固溶强化作为最基本的强化手段已被广泛地利用于生产中。
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。
随着溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般规律情况是：强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率逐渐升高，导电性逐渐下降，磁矫顽力升高等。
例如铜镍合金，其性能如图一。
通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
固溶强化的产生是由于溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而使位错移动时所受到的阻力增大的缘故。
固溶强化是材料的一种主要的强化途径。
实践证明，适当掌握固溶体中的溶质含量，可以在显著提高金属材料的强度、硬度的同时，使其仍然保持相当好的塑性和韧性。
例如，向铜中加入19%镍，可使合金的σb由220MPa升高至380 -400MPa，硬度由HB44升高至HB70，而塑性仍然保持Ψ=50%。
数据结果如图一。
若将铜通过其他途径（例如冷变形时的加工硬化）获得同样的强化效果，其塑性将接近完全丧失。
十分明显，固溶强化是一种极为优异的强化方式，因而在金属材料的生产和研究中得到了极为广泛的应用，几乎所有对综合力学性能要求较高（强度、韧性和塑性之间有较好的配合）的结构材料都是以固溶体作为最主要最基本的相组成物的。
可是通过单纯的固溶强化所达到的最高强度指标仍然有限，常常不能满足人们对于结构材料的要求，因而不得不在固溶强化的基础上再补充进行其他强化处理。
不同炉前硅含量对高硅固溶强化铁素体球墨铸铁性能及组织的影响
不同炉前硅含量对高硅固溶强化铁素体球墨铸铁性能及组织的影响摘要：近年来随着汽车、高铁、电力等工业的发展，国内外标准牌号球墨铸铁的部分性能已难以满足要求。
高硅固溶强化铁素体球墨铸铁作为一种铸态全铁素体的球墨铸铁，与传统标准牌号的球墨铸铁相比具有优异的综合力学性能和加工性能。
本文研究了不同炉前硅含量对高硅固溶强化铁素体轴承盖基体的力学性能及组织的影响，研究发现：随着炉前硅含量的增加，轴承盖本体的抗拉强度及屈服强度均逐渐增加，伸长率先增加再降低；轴承盖选定区域的石墨球数逐渐增加，球径变小，晶粒尺寸逐渐减小；轴承盖不同的区域的硬度逐渐增加，当炉前硅元素增加到ω(Si)≥3.1%时，各区域硬度变化趋于一致。
关键词：球墨铸铁；固溶强化；QT600-10%球墨铸铁因其石墨在基体呈球状，减小了尖端应力集中效应，使铸铁的强度和延伸率得到很大提高，因此球墨铸铁作为结构材料广泛应用在各个领域。
近年来随着汽车、高铁、电力等工业的发展，一些重要的球铁零件不仅要求其具有较高的抗拉强度、屈服强度和伸长率性能，同时要求加工表面硬度分布均匀，加工性能优异，这些要求使得国内外标准牌号球墨铸铁的部分性能难以满足要求。
因此如何提高球墨铸铁的强韧性和加工性能并扩大其应用范围成为球墨铸铁新的研究方向和发展趋势。
通常球墨铸铁可以通过合金化和热处理方法调整铸态基体组织来获得的高强韧性。
其中高硅固溶强化铁素体球墨铸铁是利用合金硅元素的石墨化和固溶强化作用生产的一种铸态全铁素体的球墨铸铁，与传统标准牌号的球墨铸铁相比具有优异的综合力学性能和加工性能。
目前很多关于高硅固溶强化铁素体球墨铸铁的研究报道仅局限在试验阶段以及由于部分企业保密的原因，使得这种铸铁材料应用和发展在我国较滞后。
最近我公司与某知名汽车厂商合作开发了一款材质为QT600-10%的球铁轴承盖并批量生产，本文通过制备不同的炉前硅含量的铁液浇注轴承盖产品，并对轴承盖本体进行力学性能和金相组织检测，研究了当炉料配比、铸件工艺排布、浇注工艺参数固定时，不同炉前硅含量对轴承盖力学性能和金相组织的影响并做了进一步的分析，希望高硅固溶强化铁素体球墨铸铁这种材料能得到更多地推广和应用。
硅在铸铁中的作用
硅在铸铁中的作用 The latest revision on November 22, 2020Si在铸铁中的应用铁器是人类文明开始疾速发展的里程碑。
直至现在，“铸造”依旧是制造业的根底。
近年来，精密铸造尽管为习惯多方面的要求，各种新工艺、新材料不断涌现，轻合金铸件、铸钢件的运用发展也很快，但宏元的技术人员告诉小编铸铁件的需求量依然稳居首位。
从进入铁器时代起，硅与铸造业就有着密不可分的联系，今天宏元精密铸造厂就与我们探讨下硅在铸铁中的效果。
1、硅在铸铁中推进石墨化的效果：在铸铁中，硅是推进石墨化效果最强的合金元素，其推进石墨化的才华，是镍的3倍、铜的5倍。
而且无论在液态或固态的铸铁中，硅与铁联系的效果都比碳强。
液态铸铁中含有硅，就会使碳的溶解度降低。
铁液中硅的含量愈高，碳含量相应地愈低，就会有更多的碳被架空出来。
此外，铸铁中的氧和氮都有安稳碳化物的效果。
铸铁中含有的硅，可以使其中的氧、氮含量降低，这样，又间接地增强了硅对石墨化的效果。
2、硅在铁素体中的固溶强化效果：在固态铸铁中，硅简直悉数固溶于奥氏体和铁素体，不进入碳化物。
硅原子与铁原子可以联系成具有强共价键的含硅铁素体，不仅推进铁素体形成，而且使铁素体强化的效果很强。
为了解硅强化铁素体的才华，上世纪五十年代，国外研讨者在碳含量为％、不含其他合金元素的钢中，加入不同量的硅，以比较硅对力学功能的影响。
在生产铸铁时，使用硅的固溶强化效果，可以削减或不必铜、镍、锡、钼、铬等进步强度的合金元素，是有益于降低生产成本和避免合金元素的负面效果的。
3、硅在铸铁中的其他效果硅在铸铁中的效果是多方面的，除“推进石墨化”和“固溶强化”外，硅还有不少重要的效果，在此，简略介绍两个：1）溶于液态铸铁中的硅，使铁液抗氧化才华大为增强，而且硅还可以使氮在铁液中的溶解度降低。
各种铸造合金中，只要铸铁才华够用冲天炉、氧气回转炉这类熔炼设备，在富氧、富氮的气氛中熔炼，恰是因为硅的这种效果。
高硅钼球墨铸铁的研发
力 学 性 能 指 标 ， 主 要 有 抗 拉 强 度 ≥４ ２ ０ ＭＰ ａ 、屈 服 强度 尺 ｏ ２ ≥３ ０ ０ ＭＰ ａ 、伸长璋 ≥１ ０ ％； 二是附加研究 了高温性能指标。
铸铁 中以合金元素的形式独立存
在 。此 时 ，锰 的作 用就 是 形 成 碳 化 物 和 珠 光 体 。 由于 本 试 验 要 检 测 冲 击 性 能 ，所 以锰 含 量 越 低 越
现 场 的 环 境 安 全 ， 降低 了工 人 劳 动 强度 ，节 约 了人 工成 本 ，提 高
大型专业铸造企业 在用 。
发 展 的 方 向 。在 目前 的形 势 下 ，
当然 ，熔炼 自动化除 了以上
三 方 面 ， 目前 较 为 先 进 的还 有 采
即使无法 实现全部的 自动化 ，也 要做到持续改善 ，在现有资源 的
造 更 加 良好 的 生 产环 境 ！
式，但由于其前期投资较大，运行 维护成本较高，人员素质要求高，
因此大部 分国内铸造企业 都是望洋
础条件要求也很高。 不管怎样 ，随着环境安全标
准 不 断 提升 ，人 工 成 本 的 持续 走
作 者 简介 ：汪 海峰 ，天 津 一 汽 夏 利 汽 车 股份 有 限公 司 内燃 机
Ｍ Ｉ 熔 炼
高硅钼球墨铸铁的研发
■ 韩 军 ，尤国庆
摘 要 ：对 铁 素体 基体 硅 钼球 墨铸 铁 进 行试 验研 究 ，通过 大量 的试 验 ，得 出 了最 佳 的化 学成 分、 熔炼 工 艺 等参 数 ， 获得 了球 化 率 ≥８ ０ ％、抗 拉 强度 ｉ ＞４ ２ ０ ＭＰ ａ 、屈服 强度 ≥３ ０ ０ ＭＰ ａ 、伸 长率 ≥１ ０ ％的 高性 能硅 钼球 墨铸铁 ，此材 料 的 高温性 能随 着温度
高硅固溶强化球墨铸铁熔炼工艺的研究
高硅固溶强化球墨铸铁熔炼工艺的研究摘要：为生产高硅固熔强化球墨铸铁，对熔炼中铁液的化学成分、孕育处理及热处理技术进行了分析研究，得出高硅固熔强化球墨铸铁比传统球墨铸铁具有更高的抗拉强度，硬度和强度分布更均匀，机械性能及加工性能良好。
关键字：高硅固熔强化球墨铸铁熔炼工艺1.前言在生产中发现，随着珠光体稳定元素含量的波动，既使是同一批次生产的铸件，在不同铸件的相同部位性能也会产生很大的波动；硬度的波动造成同牌号的球墨铸铁不同位置机加工性能相差可高达50%，HBW230 时的进刀量要比HBW170 时小0.1mm。
所以寻找一种基本上是单相基体的球墨铸铁，减少硬度波动，提高球墨铸铁的机械加工性能也十分必要。
硅是铸铁中使用最广泛的元素，它可以固溶于铁素体中起强化作用，从而提高铁素体的强度。
图1、图2是硅含量对铁素体球墨铸铁抗拉强度和伸长率的影响关系。
图1 Si含量与抗拉强度的关系图2 Si含量与伸长率的关系2.工艺原理2.1化学成分的分析与确定依据化学成分对球墨铸铁性能的影响，尤其是硅含量对铁素体球墨铸铁伸长率的影响关系，化学成分按照如下原则确定。
1.CE值。
碳当量对球墨铸铁的流动性和缩孔、缩松影响很大，在碳当量的质量分数为 4.6%-4.8%时，流动性最好，有利于浇注成形、补缩，缩孔、缩松倾向小，可以获得健全的铸件[1]。
因此，球墨铸铁的碳当量控制在4.6-4.8%范围内。
2.硅。
硅是促进石墨化元素，硅多提高了铸铁共晶转变时的临界冷却速度，使铁水在凝固过程中对冷却速度的敏感性降低，更有利于形成全铁素体球墨铸铁。
由图1看出，当球铁中硅含量小于5％时，铸件的抗拉强度、屈服强度和硬度都随Si含量呈增大趋势，而断后伸长率则呈下降趋势，从图2可以看出，当Si含量超过4.5%时，其伸长率急剧下降，故Si含量一般控制在在3.5％-4.5％的范围。
3.锰。
锰是阻碍石墨化、强烈稳定奥氏体的元素，并容易在共晶团边界上富集形成偏析，对力学性能有特别不利的影响[2]，对于铁素体基体的球墨铸铁来说，则锰的质量分数应在0.3以下。
硅强化铁素体球墨铸铁的研究与应用
和断裂韧性来取代； 3.扩大应用的试验。
同上 同上
基体 F(P＜5%
P+F P
HBW 135-180
170-230 130-270
背 景2
国外的铸铁都采取合成铸铁的技术来生产，即金属料都用 废钢及回炉料组成；
为减轻产品重量，世界各国都在提高材料性能上下功夫。 钢材在提高强度时，使用了不少合金元素。 Mn量可高达0.8% 以上，同事还有比Mn作用更强的珠光体稳定元素Cu、Cr、V存 在，从而给获得高伸长率的球墨铸铁牌号增加了困难；
203,203 203,203 203,203
保定华龙
长期以来都用高硅来生产500-7的 球墨铸铁：在Mn量0.36%～0.4%时，用 Si3.06%～3.20%，抗拉强度在509～ 540MPa，伸长率都在12%～14%。
山东一家铸造企业
今后的研究方向
1.各种元素组合对力学性能的影响； 2.讨论和研究冲击性能指标对零件设计有多大
EN-GJS-600-10 5.3110
～4.3
≤0.05
≤0.50
注意：1.由于其他合金元素的存在，Si量可适当降低； 2.Mn量降低时，例如在0.30，机加工性能和伸长率会更好。
生产中要注意的问题
1. 要优化孕育技术:硅量提高后，在铸件的厚壁部分容 易出蠕虫状石墨,在其总量不大于20%时，不影响力学性能。在 壁厚大于20mm时，要选用合适的孕育剂来保证全部是球状和 团球状石墨；
德国400-18牌号球墨铸铁的典型成分（质量分数，%）
元素
C
Si
Mn
P
S
Mg
含量 3.5～3.6 2.4～2.5 0.15～0.2 ～0.02 ＜0.009 ～0.04
高硅固溶强化铁素体球墨铸铁的工艺研究
１５ 中国铸造装备与技术 ５∕２０１７ 高硅固溶强化铁素体球墨铸铁的工艺研究高博１，张涛２，杨霄峰２，陈园社２（１．海军驻兴平地区军事代表室，陕西兴平 ７１３１００；２．陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 ７１３１００）摘要：针对ＥＮ１５６３：２０１２标准中提出的牌号为ＥＮ－ＧＪＳ－５００－１４和ＥＮ－ＧＪＳ－６００－１０的材料性能要求，本文从化学成分的选择、铁水球化及孕育处理等方面进行了工艺研究。
通过多次的试验研究标明：本文所设计的工艺不仅满足ＥＮ１５６３：２０１２中机械性能和金相组织的要求，而且可有效提高回炉料的加入量，节约生产成本，为高效化生产提供一定依据。
关键词：固溶强化；球墨铸铁；工艺中图分类号：ＴＧ２５５＋．１；文献标识码：Ａ；文章编号：１００６－９６５８（２０１７）０５－００１５－０３ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－９６５８．２０１７．０５．００５ 收稿日期：２０１７－０４－０１稿件编号：１７０４－１７２９作者简介：高博（１９８１—），工程师，主要从事舰船柴油机质量监督与验收工作．随着科技的进步，在工程应用中对球墨铸铁的性能有了更高的要求。
在EN1563：2012中提出了EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10两种新材料牌号，材料力学性能见表1，在高抗拉强度的前提下，还必须保证高的屈服强度、高的延伸率，传统生产工艺难以完成。
表１ ＥＮ１５６３：２０１２规定力学性能材料牌号试样壁厚t /mmR m /MPaR p0.2/MPaA /%EN-GJS-500-14t ≤305004001430≤t ≤6048039012t ＜60由供、需双方协商规定EN-GJS-600-10t ≤306004701030≤t ≤605804508t ＜60由供、需双方协商规定通过固溶强化作用来提高材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率是目前最有效的一种工艺方法。
固溶强化是指通过融入某种溶质元素形成固溶体而使金属强化，融入固溶体中的溶质原子造成晶格的畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度增加 [1]。
球墨铸铁中主要元素的作用
一、碳1.当碳当量小于4.5%~4.7%时，增加含碳量可提高镁的吸收率，有利于球化。
2.碳高铁水流动性好，凝固期间析出石墨最多，石墨化体积膨胀增加，补偿收缩增加铸件致密性，改善机械性能。
3.在共晶成分以上，增加含碳量易产生石墨漂浮，降低机械性能。
4.降低含碳量易产生游离渗碳体，使机械性能降低，脆性增加，同时增加缩孔，缩松等铸造缺陷。
二、硅1.硅是强烈的石墨元素，即使石墨结晶，又使渗碳体分解。
因此，提高含硅量，石墨球径减小，数量增加，形态圆整。
2.硅量增加，铁素体增加，珠光体减少，强度和硬度降低，塑性和韧性提高。
3.硅具有强化铁素体的作用，当含量大于3.3%时，脆性增加，塑性降低。
4.硅使共晶点向左上方移动，使凝固区间缩小，增加流动性，减少缩松。
三、锰1.锰降低共析转变温度，从而稳定并细化珠光体组织，在石墨化退回时，阻止珠光体的分解。
2.锰促使渗碳体形成，增加锰量可提高强度，降低塑性、韧性。
当组织中出现较多自由渗碳体时，除硬度外，其他性能均下降。
3.锰增加过冷奥氏体稳定性，使S曲线右移。
加入量为0.5%为宜。
四、磷1.磷在铁中具有一定的溶解度，超过此值在组织中出现二元或三元磷共晶，沿晶界分布，破坏了晶粒间的结合能力，因此使球铁的强度下降。
2.磷增加晶间缩松倾向，降低机械性能。
3.在热处理中，磷不阻碍共晶渗碳体的分解，而阻碍共析渗碳体的分解。
4.磷提高脆性转变温度范围，增大冷裂性。
5.随着磷含量增加，缩孔，缩松倾向增加。
五、硫1.硫与稀土、镁具有很强的结合能力，原铁液含硫高会消耗过多球化剂，而出现球化不良和球化衰退。
2.原铁水含硫量高，球化剂加入量大，处理后铁水温度低，铁水中夹杂物多，铁水表面氧化结膜温度高，铁水流动性差，容易使球铁产生夹渣、皮下气孔等缺陷。
3.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
540MPa，伸长率都在12%～14%。
山东一家铸造企业
今后的研究方向
1.各种元素组合对力学性能的影响； 2.讨论和研究冲击性能指标对零件设计有多大 的功效？ 有趋势不用冲击性能指标，而用屈服强度 和断裂韧性来取代； 3.扩大应用的试验。
QT45 0-18
QT50 0-14 QT60 0-10
490
512 605
373
410 484
22.0
19.5 15.5
203
203 235
5.8
3.8 2.0
3.4
2.4 1.6
石墨与基体（600-10）
试制铸件（1050x320x210,80kg)
硬度分布
牌号
壁厚，mm QT-450-18 QT-500-14
图14 孕育对石墨形状影响的示意图
孕育剂不同、孕育方法不同会产生极大的影响。
试样相对重量
图15 不同硅量的充型能力
充型能力取决于浇注温度，与硅量无关。
试样相对重量
图16a 补缩能力用试样
图16b 补缩试验结果
提高硅量不影响充填和补缩
Si
图17 2.39%Si时两石墨球之间的偏析
Mn
Si
图18 5.0%Si时两石墨球之间的偏析
采用热处理，在铸态就可获得。
为什么？ 如何做？
背 景1
原先球墨铸铁各牌号的强度与伸长率都取决于
球墨铸铁的基体，即珠光体与铁素体的比例。为获
得不同的牌号，可以应用球墨铸铁成分中的Mn、
Cu、Sn等元素的含量来调整基体中珠光体量而达到
某一牌号；
德国一家公司的做法
不同牌号球墨铸铁件的成分
牌号 400-15 C 3.6-3.7 Si 1.6-1.8 Mn ≤0.2 P ≤0.02 S ≤0.008 Ti ≤0.002 Sn ≤0.001 Mg 0.035-0.045 其它 Cu≤0.05 Sb≤0.001 Cr≤0.05 Pb≤0.001 干扰元素 总量≤0.2 同上 同上 基体 F(P＜5% HBW 135-180
优缺点与应用
应用： 1. 国外某公司22000t件（管件、风电件、卡车件）。 过去，生产500-7用Si1.9%～2.1%，C3.6%，因废钢中的 Mn量等元素过高，为确保必要的伸长率必须用10%～15% 的优质生铁。现在全部用废钢、成分是Si3.4%～3.5%，碳 3.0%， 每吨件降低成本25欧元，而且生产控制简化。 2.德国已有5家企业大批量应用。
型号 EN-GJS-450-18 EN-GJS-500-14 EN-GJS-600-10 材料编号 5.3108 5.3109 5.3110 Rm,MPa 450 500 600 Rp0.2,MPa 350 400 470 A,% 18 14 10 壁厚，mm t≤30 t≤30 t≤30
这些新牌号在同样强度下大幅提高了伸长率和屈服强度，而且是不
≤0.50 ≤0.50
EN-GJS-600-10
5.3110
～4.3
注意：1.由于其他合金元素的存在，Si量可适当降低； 2.Mn量降低时，例如在0.30，机加工性能和伸长率会更好。
生产中要注意的问题
1. 要优化孕育技术:硅量提高后，在铸件的厚壁部分容 易出蠕虫状石墨,在其总量不大于20%时，不影响力学性能。在 壁厚大于20mm时，要选用合适的孕育剂来保证全部是球状和 团球状石墨； 2.确保光谱试验的样片是白口； 3.硅是总量（炉料+球化处理+孕育）； 4.硅量增加后要降低碳量，使碳当量保持在4.3。
在同样强度时有更高的伸长率
硅强化铁素体球墨铸铁的疲劳强度高
硅强化铁素体球墨铸铁的屈强比高
在同样伸长率时，硅强化铁素体球墨铸铁的屈服强度高
硅强化铁素体 球墨铸铁的冲击 吸收能量的转变 温度高
日本这次研究结果得出一个结论
在冲击转变温度以上时，硅强化铁素体 球墨铸铁的所有力学性能和机械加工性能都 比普通球墨铸铁的好。适用于无应力集中和 低温无冲击要求的零件。
断后伸长率A[%]
图3 Si量对断后伸长率的影响
Si量增加，伸长率下降；超过4.3%时，急剧下降。
硬度HBW
图4 Si量对硬度的影响
Si量增加，硬度增加。
图5 温度对力学性能的影响
温度变化时，各牌号性能变化趋势一致，400℃时变化大。
图6 不同温度下的冲击性能对比 三种新牌号的变化趋势是一致的，在低温时也无突变现象。
硬度下降6～8HBW
图28 本体性能对比
屈服强度和抗拉强度之比明显提高
同样硬度下有更高的屈服强度
硅强化铁素体球墨铸铁的化学成分
牌号 材料编号
Si,%
～3.2
P,%
≤0.05
Mn,%
≤0.50
EN-GJS-450-18
5.3108
EN-GJS-500-14
5.3109
～3.8
≤0.05 ≤0.05
德国400-18牌号球墨铸铁的典型成分（质量分数，%）
元素 C Si Mn P S Mg
含量
3.5～3.6
2.4～2.5 0.15～0.2
～0.02
＜0.009
～0.04
试验时保持碳当量在4.3。
图1 Si量对抗拉强度的影响
Si在4.3%时抗拉强度达最高值。
图2 Si量对屈服强度的影响
Si在4.7%时获最高屈服极限。
中国菲美德公司的试验
牌号
QT450-18
C,%
Si,%
Mn,%
≤0.15
P,%
≤0.03
3.2～3.3 3.1～3.2
QT500-14
QT600-10
3.1～3.2 3.6～3.8
2.9～3.0 4.2～4.3
≤0.25
≤0.30
≤0.03
≤0.03
力学性能
牌号 Rm Rp0.2 A HBW 20℃ 冲击，J 负20℃ 冲击，J
其他国家的研究
2013年，日本九州大学和日之出水道机器 公司技术开发部也对此进行了试验研究。
铸铁编号 SiQT1 QT1 SiQT2 C 3.22 3.65 3.04 Si 3.82 2.24 4.40 Mn 0.24 0.40 0.27 P 0.020 0.016 0.022 S 0.009 0.006 0.004 Cu 0.01 0.22 0.01 Mg 0.042 0.040 0.037 Cr 0.031 0.024 0.036
500-7 600-3
同上 同上
同上 同上
≤0.3 同上
同上 同上
同上 同上
同上 同上
0.01-0.015 0.025-0.03
同上 同上P+F P源自170-230 130-270
背 景2
国外的铸铁都采取合成铸铁的技术来生产，即金属料都用
废钢及回炉料组成； 为减轻产品重量，世界各国都在提高材料性能上下功夫。 钢材在提高强度时，使用了不少合金元素。 Mn量可高达0.8% 以上，同事还有比Mn作用更强的珠光体稳定元素Cu、Cr、V存 在，从而给获得高伸长率的球墨铸铁牌号增加了困难； 解决的途径是使用高纯生铁，这无疑会增加铸件的生产成 本；
背 景4
Si可以强化铁素体，提高强度。但过去一直认为Si 使球墨铸铁变脆。Millis在1949年申请第一个球墨铸 铁美国专利时认为“增加Si的含量（＞2.5%），明显 降低力学性能，特别是韧性、抗拉强度和延展
性……”。
德国1991年百科全书对碳硅的规定
硅量对基体和冲击能量的影响
背 景4
这和以后的实际生产有出入。 通过研究，瑞典首先就规定了可以用3.2% Si来 生产450牌号，3.7% Si来生产500牌号。认为这样伸 长率能提高2倍，屈服强度提高，屈服比从0.6提高到
位置1
23 180,188 173,175
位置2
15 203,203 203,203
位置3
28 203,203 203,203
QT-600-10
173,175
241,235
203,203
保定华龙
长期以来都用高硅来生产500-7的
球墨铸铁：在Mn量0.36%～0.4%时，用 Si3.06%～3.20%，抗拉强度在509～
硅强化铁素体球墨铸铁； 提高发动机铸件热导性的新铝合金（大幅度降低 Ti,Zr,V的含量）； 铝合金铸件和钢板的复合构件； 快速成型； 无机粘结剂； 在线无损检测； 数字模拟； 铸钢件的低压铸造； 砂子再生。
试验研究 德国铸造所与奥地利铸造所联手对Si强化球墨铸 铁进行了系统研究，为其成员提供有关概念与生产 经验，并于2012年11月作了汇报和公开。 试验的基础成分（400-18用的成分）。
0.8，疲劳强度稍优。
从而导致大量的研究，最终完成了标准的制定。
对Si强化球墨铸铁的评价
现在欧洲有人称用Si强化的球墨铸铁和ADI为第二 代球墨铸铁；
至今美国已收授了3个用Si强化的球墨铸铁专利；
今年是德国铸造杂志发刊100年纪念，认为硅强化
铁素体球墨铸铁是21世纪铸造材料里排第一的发现。
21世纪德国铸造材料的新成果
图7 合金元素对抗拉强度的影响
图8 合金元素对屈服强度的影响
断后伸长率 A
图9 合金元素对断后伸长率的影响
Cr在0.6%时，才使伸长率有明显下降。
图10 Y2试样金相组织
图11 Y2试样金相组织（约5%珠光体）
图12 Y2试样金相组织（约25%珠光体）
图13 两种途径时不同组织
在600-10时，基体基本上都是铁素体。
硅强化铁素体球墨铸铁的研究与应用
中国农业机械化科学研究院 2014.5
张伯明
新情况
2004年ISO1083/JS球墨铸铁标准公布后，又补充了一个 JS500-10的牌号；