因此对于主要受热疲劳负荷的排气歧管铸件采用 蠕化率为５０％ 左右的蠕墨铸铁是很 正确 的 选 择 。同 时 由于轿车排气歧管是薄壁件， 管壁厚度一般为４ ｍｍ上 下， 蠕化率较难做的很高， 若管壁蠕化率≥７０％ ， 则 歧管法兰处就可能会出现片状石墨。故而将蠕化率控 制在５０％ 也是很合理的。 １．１．４ 不同铸件蠕化率的控制范围

  量低， 但强度和伸长率差， 应力集中系数大， 而且组 织稳定性差， 抗氧化生长能力低， 因此抗热疲劳能力 差， 在受热循环工作时因产生裂纹而损坏。球墨铸铁 的强度和韧性好， 应力集中系数小， 但弹性模量高， 热导率低， 抗蠕变能力差， 因此虽热疲劳能力强， 但 容易变形。蠕墨铸铁强度和塑性比灰铸铁高的多， 应 力集中系数比灰铸铁小， 而导热性能比球墨铸铁好的 多， 弹性模量又比球墨铸铁低， 因此蠕墨铸铁抗热疲

  高的硅量使中硅蠕墨铸铁的基体为铁素体组织， 而且随硅量的增加使铁素体向奥氏体转变的临界温度 上升， 硅含量４％ 时， ＡＣ１提高 到９００ ℃［４］。热循环温 度 低于此， 既没有珠光体的分解和碳的析出， 基体也不 会发生导致体积变化的相变。高的硅量还固溶强化铁 素体， 提高高温强度， 因此大幅度的提升了蠕墨铸铁的热 疲 劳 性 能 。 结 果 见 表５［３］。

  由于不同铸件的使用条件和要求各不相同， 因此 不能把蠕化率的高低作为衡量工艺水平的依据。 １．２ 中硅钼耐热蠕墨铸铁是排气歧管的理想材质 １．２．１ 增加硅量提高热疲劳性能

  为了提高排气歧管的抗热疲劳能力， 在普通蠕墨 铸铁的基础上， 将材质的含硅量增加至４％ ， 做成中硅 耐热蠕墨铸铁。中硅蠕墨铸铁的高温强度比普通蠕墨 铸铁提高３０％ 以 上， 较高的硅量在铸铁 表 面 形 成 二 氧 化硅为主的钝化保护膜， 能有效阻止氧离子向铸件内 部渗透， 抗氧化 能力 大 大 提 高 。如 在７００ ℃试 验 温 度 下， 中硅耐热蠕墨铸铁的抗氧化性比普通蠕墨铸铁提 高５ 倍以上［３］。

  Ｒ／（Ｎ·ｍｍ－２） Ａ（％） Ｅ×１０４／ （ Ｎ·ｍ－２） α×１０－６ （Ｗ·ｍ－１Ｋ－１）

  中硅蠕墨铸铁的含硅 量可提高到５％ ～６％ ， 但 脆 性增加， 考虑， 硅量控制在４％ 较好。 １．２．２ 加钼提高热疲劳性能

  由于钼在提高铸铁的耐热性方面是最有效的元素， 中硅蠕墨铸铁中添加０．４％ ～０．６％ 钼， 可进一步提升抗 高温蠕变及抗热疲劳能力， 做成中硅钼耐热蠕墨铸铁， 其热疲劳性能比普通蠕墨铸铁提高近３倍 （ 见表６） ， 是 制造排 气歧管和涡轮增压 器 的 理 想 材 料 ， 在８００ ℃温 度下可长期可靠工作。 １．３ 中硅钼耐热蠕墨铸铁排气歧管技术要求

  缸盖缸体的情况则与此不同。发动机缸盖结构复 杂， 壁厚不均， 而且局部在高温和水冷的工况下工作， 采用合金灰铸铁材质时， 因铸造性能差， 喷油嘴旁的 气道壁处常发生开裂和渗漏， 改用蠕墨铸铁后既保证

  了高强度又改善了铸造性能， 解决了开裂和渗漏问题。 缸体与缸盖类似， 且铸件更大更复杂。为轻量化采用 蠕墨铸铁材质不仅强度高， 壁厚敏感性小， 而且导热 性和铸造性能要好， 为此缸体缸盖铸件都需要高的蠕 化率来保证， 甚至要求蠕化率≥８０％ 。

  从表２至表４的数据分析可得出以下几点。 （ １） 热循环的最高温度对材质的热疲劳性能影响 较大， 最高温度上升， 出现首次裂纹的循环次数迅速 降低。如蠕化率５０％ 的蠕墨铸铁在２５０～５００ ℃时， 首 次裂纹的 循环次数是１５ ７６０次， 而在２５０～７００ ℃时很 快低到１ ８００次左右。 （ ２） 在 较 低 的 热 循 环 温 度 下 ， 如 ２５０～５００ ℃ ， 灰铸铁的热疲劳性能最差， 蠕墨铸铁次之， 球墨铸铁 最好。在较高的热循环温度下， 如２５０～７００ ℃， 蠕墨 铸铁与灰铸铁的热疲劳性能差别增加， 大大优于灰铸 铁， 与球墨铸铁相当。 （ ３） 球墨铸铁的热疲劳性能虽然很好， 但抗蠕变

  铸铁的热疲劳性能主要与材质、基体组织、热循 环的最高温度、加热冷却速度等紧密关联。各类铸铁 对热疲劳性能的影响见表２［１］， 表３［１－ ２］及表４［３］。

  灰 铸 铁ＨＴ２００ 蠕墨铸铁ＶＧ ９０％ 蠕墨铸铁ＶＧ ５０％ 球墨铸铁

  ２５０～７００ ℃ ３４０ ３５０ ４６０ １２００ １３００ １６５０ １２５０ １９００ １８００ １１００ １４００ １８００

  ２５０～９００ ℃ ８０ １００ １８０ ４６０ ６４０ ４５０ ６８０ ６６０ ６４０ ６２０ ５５０ ６４０

  ２５０～５００ ℃ ７９００ ─ ─ １１２５０ １４５００ ８０００ １９０００ ─ ─ １８０００

  收稿日期： ２００５－ １０－ ２０。 作者简介： 金永锡 （ １９４３－ ）， 男， 回族， 浙江杭州人， 教授级高工， 主要是做铸铁工艺及设备研究。

  劳能力比灰铸铁好， 抗热变形能力比球墨铸铁好， 所 以对于受激冷激热热冲击负荷的排气歧管铸件来说， 采用蠕墨铸铁优于灰铸铁和球墨铸铁。

  式中 ： ｌ为 石 墨 长 度 ， ｄ 为 石 墨 之 间 距 离 ， ρ为 石 墨 端

  摘要： 论述了蠕化率控制在 ５０％ 左右的中硅钼蠕墨铸铁， 由于在抗热疲劳和抗热 变 形 性 能 方 面 大 大 优 于 灰 铸 铁 和 球 墨

  能力差， 变形倾向大， 在有约束的条件下， 将导致较 大的内应力， 促使裂纹的产生和扩展。 １．１．３ 排气歧管铸件蠕化率的最佳控制范围

  从表２－ 表４看， 蠕墨铸铁的热疲劳能力还与蠕化 率有很大关系， 随着蠕化率的下降， 球状石墨增多， 蠕墨铸铁 的热疲劳性能提高， 蠕 化 率 为５０％ 时 ， 蠕 墨 铸铁的热疲劳性能最好， 甚至优于球铁。这主要因为 蠕化率５０％ 时， 其 高温导热性优于高蠕 化 率 蠕 墨 铸 铁 和球墨铸铁［１］， 而且高温强度也比蠕化率大于７０％ 的蠕 墨铸铁高。

  排气歧管是发动机排出废气的通道， 这个多管口 的薄壁异形管件， 由于排出的废气温度很高， 因此除 有少数发动机采用不锈钢板制作外， 大多数都采用铸 铁件。早先是用灰铸铁， 但在承受反复升温和速冷的 工况负荷时， 灰铸铁排气歧管会因热疲劳破坏而开裂。 为解决此问题， 蠕墨铸铁排气歧管成功地替代了灰铸 铁件。

  以上发生氧化及 珠光体 分 解 和 碳 的 析 出 ， 以 及７００ ℃

  ２５０～７００ ℃ ３５０－ ４６０ ３５０ １０００－ １２００ １２００－ １０００ １２５０－ １９００ ２８０－ ４２０ ９００ ６３０－ ９２０ １３００－ １６６０ １１００－ １８００

  ２５０～９００℃ ８０－ １８０ ─ ─ ４５０－ ６４０ ６４０－ ６８０ ─ ─ ─ ─ ６２０－ ６４０

  我公司生产的各种排气歧管有的是铁素体普通球 墨铸铁， 如奇瑞风云旗云； 有中硅钼耐热球墨铸铁， 如上海通用别克和赛欧； 有中硅钼耐热蠕墨铸铁， 如 上海大众的桑塔纳； 而帕萨特Ｂ５则采用耐 热性能更高

  Ｄｉｓ ｃｕｓ ｓ ｉｏｎ Ａｂｏｕｔ Ｍａ ｔｅ ｒｉａ ｌ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｓ ｉ－Ｍｏ Ｈｅ ａ ｔ－Ｒｅ ｓ ｉｓ ｔａ ｎｔ Ｖｅ ｒｍｉｃｕｌａ ｒ Ｉｒｏｎ Ｅｘｈａ ｕｓ ｔ Ｍａ ｎｉｆｏｌｄ

  Ｊ ＩＮ Ｙｏｎｇ－ｘｉ （ Ｓ ｈａ ｎｇｈａ ｉ Ｓ ａ ｎｄｍａ ｎ Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ．， Ｓ ｈａ ｎｇｈａ ｉ ２０１８０５， Ｃｈｉｎａ）

  灰铸铁 １００～３５０ ＜ １．０ 蠕墨铸铁 ３００～５００ １．５～８．０ 球墨铸铁 ３５０～９００ ３．０～２５

  １．１．２ 蠕墨铸铁抗热疲劳能力优于灰铸铁及球墨铸铁 分析各项参数， 可见灰铸铁的导热性好和弹性模

  铸铁， 因而是在高温热循环条件下工作的排气歧管的理想材料。总结了在 ＤＩＳＡ 高速造型线和自动塞杆气压浇注炉条件 下， 以稀土镁硅蠕化剂， 采用包内冲入法和槽内喂丝法相结合的蠕化工艺的成功经验， 以及从工艺设计上解决排气歧 管缩孔缩松缺陷的办法。

  关键词： 中硅钼蠕墨铸铁； 排气歧管； 蠕化率； 蠕化剂； 蠕化工艺 中图分类号： ＴＧ２５１．３ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １００１－ ４９７７ （ ２００５） １２－ １２３８－ ０７