1. 研究背景

   蠕墨铸铁（或紧密石墨铸铁） 是碳主要以蠕虫状石墨析出存在于金属基体之中的铸铁材料。蠕墨铸铁的石墨形态应在其二维抛光平面上观察到至少有 80%的蠕虫状石墨，其余的20%应该是球、团状石墨，不允许出现片状石墨^[1]。经过蠕化处理，蠕墨铸铁的石墨片变得短而粗，端部圆钝，对铸铁基体的割裂作用显著降低，使蠕墨铸铁的拉伸性能要优于灰铸铁，因此蠕墨铸铁同时具有优良的力学性能和导热性能^[2]，其抗拉强度和屈服强度高于大多数灰铸铁而低于球墨铸铁，热传导性又接近于一般灰铸铁，因此蠕墨铸铁被用来制造在高温下以及有较大的温度梯度下工作的零件^[3]。因为对导热性能要求较高，灰铸铁的强度或者其他性能不能满足应用要求的场合，可以选用蠕墨铸铁，适用于汽车工业的气缸体、缸盖等，以及其他应用领域^[4]。

   合成蠕墨铸铁是使用废钢增碳技术，通过合理的蠕化、孕育处理制备生产蠕墨铸铁。在生产过程中如果工艺操作正确，不但铸铁的化学成分和温度便于控制，还可以提高铸件的综合物理性能。由于原材料没有使用硫、磷含量较高及杂质较多的普通铸造生铁，消除了生铁原料遗传性的不良影响，可获得比普通铸铁更好的力学性能，同时也可以降低铸件的生产成本，实现了废钢的综合利用^[5]。面对日益严峻的市场竞争形势，利用废钢增碳技术合成蠕墨铸铁通过成分设计、热处理工艺，以获得新型的蠕墨铸铁材质，为工程应用提供参考,以达到提高产品质量，降低生产成本，提高效益的目的^[6]。

2. 国内外研究现状分析

   国外最早提出蠕墨铸铁的形态是在1948年Morrogh的文献中，他在研究铈处理球铁的过程中发现的蠕墨，并在1949年取得了用镁制取蠕铁的专利；20世纪60年代中期，R.D. Schelleng和美国国际镍公司发明了用于镁与干扰元素相结合的蠕化剂处理铁液来制取蠕铁的方法并申请了专利。然而当时并没有得到正式应用；随后奥地利铸造研究所研制成功一种生产蠕铁的可靠方法并于1968年申请了奥地利专利。此后奥地利、德、美、英等国进行了大量研究并从70年代将它应用于电机外壳、机座、曲轴驱动箱箱体、制动鼓、钢锭模、液态阀阀体、大马力柴油机缸盖等，以代替高强度灰铁、合金铸铁、可锻铸铁和某些球铁^[7]。但由于技术上的原因，他仍然没有得到广泛的应用。直到1976年美国国际镍公司根据英国铸铁研究协会提供的配方，改进成为“Foote”合金蠕化剂，蠕铁应用才逐步得到推广^[8]。

   我国对蠕铁的研究与国外同期起步，而投入工业生产则早于国外。20世界60年代中期以来，我国的广大铸造科技作者对蠕铁就进行了大量的试验研究和生产应用工作，取得了很大的成绩。我国曾一度将蠕铁应用于试制和小量生产M114磨床和M131W万能磨床，大中型油压机等产品的主要高级灰铁件^[9]。此外还应用于内燃机的小型、薄壁铸件等^[10、11]。这种新型工程材料的应用已扩展到机械制造、矿山和冶金用件、交通运输、内燃机零件、军工产品等各个领域中，获得了显著的经济、技术效果^[12,13]。我国的 JB/T 4403-1999《蠕墨铸铁件》原来规定蠕墨铸铁的蠕化率≥50%，显然不符合实际要求；新国标除了规定蠕墨铸铁的蠕化率≥80%外，所设的 5 个牌号，其力学性能都有所提高，并与国际标准一致。因此，新国标的制订和发布，将促进我国蠕墨铸铁应用于最具有发展潜力的汽车及其发动机市场^[14,15]。然而，我国多数生产部门生产现场又缺乏快速准确的检测控制手段，导致蠕铁生产不稳定，所以，研制合成蠕墨铸铁,以提高产品质量的新生产工艺和降低生产成本势在必行^[16]。

3. 研究意义

   由于合成蠕墨铸铁铸件各项技术指标均优于普通蠕墨铸铁，而且，合成蠕铁的原材料成本比普通蠕铁低得多^[17]，所以随着熔炼工艺、蠕化及孕育处理工艺研究的深入研究^[18]，合成蠕墨蠕铁将拓展到更大的应用领域。

   本课题主要是采用废钢增碳工艺等技术制备合成蠕墨铸铁。由于难以稳定精确的控制蠕化率，国内外相关的科学研究成果较少，所以严格控制铁液温度、化学成分及熔炼过程是本课题的技术关键。通过成分设计、热处理工艺，以获得新型的蠕墨铸铁材质，为工程应用提供参考^[19]。

2. 研究的基本内容与方案

1. 基本内容

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