工业电炉的应用：蠕墨铸铁与合金灰口铁
来源:开封市华能电炉有限公司
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作者:huanengdl
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发布时间: 2017-05-25
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由于发动机负荷的增加开始超过了普通灰口铁(GJL250)可承受的强度，一些铸造业及汽车制造业为增加抗拉强度，就设法向普通灰口铁中加些合金元素和硬化剂，例如铬、镍、铜、锡和钼等。
由于发动机负荷的增加开始超过了普通灰口铁(GJL250)可承受的强度，一些铸造业及汽车制造业为增加抗拉强度，就设法向普通灰口铁中加些合金元素和硬化剂，例如铬、镍、铜、锡和钼等。为了进一步增加强度，完全满足最小抗拉强度为300MPa的要求(GJL300)，有些标准还降低碳含量，由3.2%到3.0%以缩小片状石墨的尺寸，降低铸件开裂的风险。虽然加入硬化合金和降低碳含量可增加10%-20%的力学性能，但同时也丧失了普通灰口铁的优点：良好的可铸性，良好的热传导性，良好的可机械加工性和便宜的制造成本。
(1)可铸性
在浇注后的普通灰口铁的凝固过程中，片状石墨形成时的体积膨胀，能弥补铁本身凝固时引起的收缩，所以降低了碳的含量也就降低了普通灰口铁本身自我补缩的能力。许多合金元素（铬、铜、锡、钼）在铁液凝固过程中都有偏析现象。这种偏折就使得在最后凝固的铁液中很易形成缩孔和碳化物。总的结果是合金灰口铁的可铸性，包括补注的要求，与蠕墨铸铁没有什么区别。对形状复杂的铸件尤其是这样，例如4气门的缸盖。
(2)热传导
向普通灰口铁中加入合金元素相应的降低了它的导热性。典型的合金加入量（0.3%铬和0.3%钼）将降低普通灰口铁的热传导能力约10%～15%。另外，普通灰口铁是由于具有较长的片状石墨才使其有良好的热传导性能，合金灰口铁中的低碳含量将进一步恶化其热传导能力。合金灰口铁的热传导性能比标准的珠光体蠕墨铸铁高出约5%。
(3)可加工性
合金元素的加入在增加了普通灰口铁强度的同时，也增加了铸铁的硬度和耐磨性，当普通灰口铁的强度增力口10%～20%的同时，它的硬度却要增加30%。根据合金元素的加入量，合金灰口铁的硬度往往都比蠕墨铸铁高。普通灰口铁的可加工性与蠕墨铸铁是有很大差异，但用于合金灰口铁加工的刀具寿命与用于蠕墨铸铁加工的刀具寿命在许多加工工艺中基本上没有区别。
(4)成本
与普通灰口铁相比(GJL250)，合金灰口铁易形成缩孔（需要补注）和可加工性差（刀具寿命短），增加了使用合金灰口铁的成本。除此之外还得考虑合金本身的成本，例如钼的市场价格从2004年到目前已由5000欧元／t增加到50000欧元／t。考虑100kg重的铸件，70%的铸成率和O.3%的钼含量，就钼本身所增加的成本就有20欧元。
(5)噪声-振动-不平顺性(NVH)
NVH指标的决定因素是铸铁的刚性。当把普通灰口铁从GJL250提高至GJL300，增加了20%的抗拉强度，但是弹性模量仅增加了约l0%。蠕墨铸铁的弹性模量比普通灰口铁(GJL250)高40%。因而，尽管蠕墨铸铁的耐冲击性差于以上两种灰口铁，但它高的弹性模量值将导致噪声降低约1个分贝。
在1999年前，当蠕墨铸铁还没被确认为可以确保高质量、大批量生产的时候，合金灰口铁确实是制作重型发动机缸体的材料。而今，先进的工艺控制和生产技术已能保证蠕墨铸铁高质量、大批量的生产，所以已没必要再选用合金灰口铁了。合金灰口铁在可铸性、热传导、可加工性和成本方面与蠕墨铸铁相类似，但却没有蠕墨铸铁的其它优点。如果柴油发动机设计者们认可由于使用合金灰口铁所带来的以上诸问题，倒不如选用蠕墨铸铁而全面提升材料的性质和由于应用高性质材料而充分的改善发动机的工作性能，噪声-振动-不平顺性指标和使用寿命。
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