蠕墨铸铁(compacted graphite cast
铁),是一种介于
球墨铸铁与
灰铸铁之间的新型工程结构材料。
蠕墨铸铁的石墨形态是
植物病原线虫状,它比片状石墨短、粗,对
基体的割裂作用比片状小。蠕墨铸铁端部呈圆形,
应力集中作用小,因此其强度比灰铸铁有较大的提高,接近于球墨铸铁,还具有一定的塑性和韧性。
1947年英国人莫罗(H.Morrogh)在研究用处理球墨铸铁的过程中,发现了蠕虫状石墨。1955年美国人伊斯蒂斯(J.W.Estes)和斯奇内登温德(R.Schneidenwind)首次提出建议,采用蠕墨铸铁;1966年,又有斯切尔伦(R.D.Schelleng)继续提出应用蠕墨铸铁。在20世纪60年代,
奥地利人研究了
稀土对铁液的影响,从中得到了生产蠕墨铸铁的可靠方法,并于1968年获得奥地利专利。
20世纪60年代中国在高碳铁液中加入稀土
硅铁合金,发现其中部分试样的宏观
断口呈“花斑”状,石墨为
植物病原线虫状,其性能超过中国标准中HT300的指标。20世纪70年代末期,根据
光学显微镜下看到的石墨形貌,结合国际通用名称改为蠕虫状石墨
生铁或蠕墨铸铁。
1947年英国人莫罗(H.Morrogh)在研究用铈处理
球墨铸铁(简称球铁)的过程中,发现了蠕虫状石墨。由于莫罗当时及后来的研究工作主要集中在怎样得到球状石墨及其性能上,而蠕虫状石墨则被认为是处理球铁失败的产物。1955年美国人伊斯蒂斯(J.W.Estes)和斯奇内登温德(R.Schneidenwind)首次提出建议,采用蠕墨铸铁(简称蠕铁);1966年,又有斯切尔伦(R.D.Schelleng)继续提出应用蠕铁。
美国在1965年的一项专利中提到,通过加入一种合金使铁液含镁0.05%~0.06%、钛0.15%~0.50%、稀土金属0.001%~0.015%,就能得到
植物病原线虫状石墨组织。到1976年,美国富特(Foote)矿业公司将这些元素按一定比例配成Mg-Ti系合金,作为商品供应市场,称为“Foote”合金,因此,蠕铁在工业上有了较多的应用。在60年代,
奥地利人研究了
稀土对铁液的影响,从中得到了生产蠕铁的可靠方法,于1968年获得奥地利专利。60年代中国在高碳铁液中加入稀土
硅铁合金,发现其中部分试样的宏观
断口呈“花斑”状,石墨为蠕虫状,其性能超过中国标准中HT300的指标。鉴于当时国内高级灰
生铁生产中废钢来源短缺,于是不加废钢,仅用稀土硅铁合金直接处理
冲天炉高碳铁液来生产高级灰
铸铁件,就成为当时研究的出发点。在试验过程中发现,具有
植物病原线虫状石墨的铸铁,其强度大幅度提高,从而获得了不加废钢的高强度
灰铸铁。由于上述高级铸铁是用
稀土处理而得到,因此曾先后将其命名为稀土高牌号灰铸铁、稀土(灰)铸铁等。从1965年开始,
中原地区才有意识地把含有蠕虫状石墨作为新型工程材料来研究和应用。70年代末期,根据
光学显微镜下看到的石墨形貌,并为与国外命名力求统一,因此中国把它称为蠕虫状石墨
生铁,又称为蠕墨铸铁。1977年第44届国际铸造年会上成立了“蠕虫状石墨铸铁委员会”,同时也统一规定这种铸铁的名称为“紧密式蠕虫状石墨铸铁”。
蠕墨铸铁的化学成分一般为:C%=3.4%~3.6%;Si%=2.4%~3.0%;Mn%=0.4%~0.6%;S%\u003c0.06%;P%\u003c0.07%。
牌号中,“RuT”是“蠕铁”二字汉语拼音的大写字头,为蠕墨铸铁的代号;后面的数字表示最低抗拉强度。例如:牌号RuT300表示最低抗拉强度 为300MPa的蠕墨铸铁。
分别为
灰铸铁、蠕铁和球铁的石墨形态,可见蠕铁的石墨介于片状和球状之间。蠕铁的石墨短而厚,端部较圆,形同
植物病原线虫。在
电子显微镜下观察蠕虫状石墨的三维形态可知,石墨的端部具有
尾旋生长的明显特征,类似于球状的表面形态。但在石墨的枝干部分则又具有叠层状结构,类似于片状石墨。它的紧密程度也介于片状和球状之间。片状、蠕虫状、球状之间有个比例关系:片状石墨的长度l与厚度d之比即l:d\u003e50;一般蠕虫状石墨l:d=2~10;球状石墨l:d≈1。
蠕铁铸态基体组织以较高的铁素体含量(40%~50%或更高)为特征,但亦可加入珠光体稳定元素(如铜、锡、锑等),以获得铸态珠光体基体,其含量为70%左右,也可以采用
正火处理方法获得珠光体基体。
(1)蠕铁的碳当量高,加
稀土合金后又使铁水得到净化,因而使它具有较好的流动性。在碳当量相同的情况下,蠕铁和
灰铸铁的流动性相似。
(4)蠕铁有较好的抗生长和抗氧化性能,蠕铁的耐磨性为中国标准HT300的2.2倍以上,比高磷
生铁高1倍,而与
磷铜钛铸铁相近。
由于蠕墨铸铁兼有
球墨铸铁和
灰铸铁的性能,因此,它具有独特的用途,在
钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果。特别是我国第二汽车厂蠕墨铸铁排气管
流水线的投产,标志着我国蠕墨铸铁生产已达到高水平。
我国制作蠕墨铸铁所用的
蠕化剂中均含有
ree,如稀土
硅铁镁合金、稀土
硅铁合金、稀土硅钙合金、稀土锌镁硅铁合金等。由此,形成了适合
国情的蠕化剂系列。
我国在蠕墨铸铁的形成机制的研究方面处于领先地位。另外在蠕墨铸铁的处理工艺、铁液熔炼及炉前
质量控制、蠕墨铸铁常温和高温性能方面均进行了广泛、深入的研究。特别要指出的是,在我国
冲天炉条件下,不少工厂能稳定地生产蠕墨铸铁,取得了显著的经济效益。可以预期,利用蠕墨铸铁具有的良好的综合性能、力学性能较高,在高温下有较高的强度,氧化生长较小、组织致密、热导率高以及断面敏感性小等特点,取代一部分高牌号
灰铸铁、
球墨铸铁和
可锻铸铁,由此,将取得良好的技术经济效果。