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；