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⼀、对蠕墨铸铁的⼏点基本认识
铸铁中的蠕⾍状⽯墨在20世纪四五⼗年代发现球墨铸铁时就已发现，但由于获得困难及对其性能认识不⾜，直到70年代蠕铁才开始应⽤于⼯业⽣产中，⽐球铁的应⽤晚了近30年。我国在七⼋⼗年代，研究和应⽤蠕铁曾风靡⼀时，后渐转⼊沉寂。直到21世纪初，随着蠕铁在汽车缸体、缸盖上的应⽤成功，研究与应⽤⼜渐多了起来，且与ADI、⾼韧性球铁并称“新铁器时代”的象征。 蠕铁问世40余年来，业界对蠕铁的⼀些基本认识并不完全⼀致，下⾯仅就笔者认识谈点看法。
GB/T 9441—2009对球化率的定义是：“在放⼤100倍的光学显微镜视场中球状⽯墨（Ⅵ型）和团状⽯墨（Ⅴ型）个数占⽯墨总个数的百分率”。
GB/T 26656—2011对蠕化率的定义是：“蠕⾍状⽯墨（Ⅲ型）和部分团状（Ⅴ型）、团絮状（Ⅳ型）⽯墨占⽯墨总⾯积的百分⽐”。
ISO 945把铸铁中的⽯墨分为6种类型，即Ⅰ型-⽚状，Ⅱ型-蟹状，Ⅲ型-蠕⾍状，Ⅳ型-（团）絮状，Ⅴ型-団状，Ⅵ型-球状（见图1），其中Ⅳ型团絮状⽯墨是退⽕态⽯墨，其他5种都是从铁液中析出。
图1 铸铁中的⽯墨分为6种类型
球铁标准中没有把Ⅳ型⽯墨计⼊球化率，这是因为即使存在因碳化物⾼⽽退⽕的球铁，退⽕态⽯墨（团絮状⽯墨）也都数量较少且球径较⼩，⽽球径⼩于2mm(实际尺⼨0.02mm)是不计数的，因此对判断球化率影响不⼤；但对蠕化率⽽
数量较少且球径较⼩，⽽球径⼩于2mm(实际尺⼨0.02mm)是不计数的，因此对判断球化率影响不⼤；但对蠕化率⽽⾔，对⽯墨的⾯积是有影响的（蠕化率⽆法⽤计数法测定），因此要把团絮状⽯墨⾯积也计算在内。
虽然球化率和蠕化率计算⽅法不⼀样，但其实质是⼀样的，即球化率+蠕化率=100%，球化率、蠕化率是互补的。此外，⽆论计算球化率还是计算蠕化率，都不应该出现⽚状⽯墨，若出现⽚状⽯墨，就是材质不合格，不存在球化率（或蠕化率）为多少的问题。
2．蠕墨铸铁和蠕墨铸铁铸件
GB/T 26656—2011对蠕墨铸铁的定义是“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”，其具体技术要求中，对⽯墨形态的要求是：“蠕墨铸铁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%应该是球状⽯墨、团状⽯墨，不允许出现⽚状⽯墨”。通常所说的蠕化率⼤于80%
才称为“蠕墨铸铁”即由此⽽来。国标中的定义实际是直接采⽤ISO 16112:2006的定义，是不容修改的。实际上在GB/T 1348—2009中，对球墨铸铁的技术要求也有“⽯墨以球状为主，球化级别不低于GB/T 9441规定的球化级别4级”这样的词句，球化4级即球化率为70%，这句话说⽩了就是球化率低于70%不属于球墨铸铁。也就是说，球化率⼤于20%⽽⼩于70%的铸铁或者说蠕化率⼤于30%⽽⼩于80%是什么铸铁，并没有定义，但这并没有影响这类铸铁在实际上的使⽤。有部分⼈⼠认为，既然蠕化率+球化率=100%，那么除了球化率⼤于70%的部分划分球铁，剩余的都属蠕铁吧。这种观点没有得到主流界的认可，因为容易造成误解，认为蠕化率控制范围宽，怎么做总是蠕铁。
影响⽯墨形态的除了化学成分和⼯艺⽅法外，还有冷却速度，灰铸铁如此，球铁、蠕铁也如此。⽐如同⼀蠕铁缸体，其缸顶⾯、缸筒⾯蠕化率为80%以上，⽽曲轴箱⾯（壁厚3.5~5mm，⾮加⼯⾯）蠕化率就可以低于60%，但并不影响加⼯和使⽤。因此，在GB/T 26655—2011中技术要求，还有⼀句话是：“由于铸件的复杂性，蠕墨铸铁件应根据其⼯况、服役的条件，由供需双⽅商定蠕化率。”这也就是把蠕墨铸铁和蠕墨铸铁件分成两个既有联系⼜有所不同的概念。
ISO 16112:2006 为什么把蠕墨铸铁的界限确定在蠕化率≥80%？这是因为：
（1）蠕化率≥80%⽐较稳定，随球化剂含量（如Mg残%）变化影响较⼩（见图2），因⽽可以控制。若定为
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50%~70%，则Mg残的影响⼗分敏感，实际⽣产中很难控制。笔者公司曾做过⽤超声波测定蠕化率的试验，图3即为蠕化率与超声波关系显⽰。从图中可以看出，在蠕化率为76%以上，超声波变化不敏感，⽽蠕化率⼩于76%时，超声波对蠕化率的变化⼗分敏感。
（2）⼤量试验表明，铁液变质成蠕铁后，较之灰铸铁除了强度有了突变，可提⾼75%~100%外，其他如铸造性能、收缩性能、机加⼯性能、导热性能都变化不⼤，⽣产中可以⽤原灰铸铁的⼯装（铸模）和⼯艺继续⽣产，不需要修改缩尺甚⾄浇冒系统。⽽若蠕化率低于80%，则收缩倾向明显增加，加⼯性能也变得更差，原⼯装或⼯艺就可能不适⽤了。
（3）允许同⼀铸件上不同部位存在不同的蠕化率。如内燃机的缸体、缸盖，只要保证主要⼯作⾯和
加⼯⾯蠕化率不低于80%，对⾮加⼯⾯或壁薄处（如缸体的曲轴箱、缸盖的加强筋条）蠕化率可以低些，因此规定主要⼯作⾯蠕化率不低于80%，不会影响蠕铁件的推⼴应⽤。
把蠕墨铸铁和蠕墨铸铁件分成两个概念，有利于促进蠕铁的应⽤。如汽车排⽓管、涡轮增速器壳体等零件，都是薄壁件（主要壁厚⼤多为4~5mm），加⼯⾯也不是太多，蠕化率就可以定得低些（如管壁处蠕化率≥50%），有些件不加⼯，使⽤中⼜认为蠕化率低些更好铸件（如钢锭模），蠕化率也可以定为≥30%，当然，这都需要供需双⽅共同商定。
⼆、蠕墨铸铁的⽣产技术
按堤信久的划分，可把制取蠕铁的⽅法分为三类，即半球化法；⼲扰法；弱球化法。
按堤信久的划分，可把制取蠕铁的⽅法分为三类，即半球化法；⼲扰法；弱球化法。
234mm1．半球化法
以球化剂作蠕化剂，加⼊不⾜量的球化剂，使其球化不良⽽成蠕铁。这种⽅法极难控制获得满意的蠕化率。20世纪70年代有⼯⼚采⽤这⽅法⽣产蠕铁，使⽤冲天炉熔炼，事先测定铁液中的含S量，控制好铁液温度和出液量，根据镁和稀⼟的吸收率确定最终的蠕化剂加⼊量，可得到合格的蠕铁。
另⼀种⽅法是先把铁液处理成球铁，测定其Mg残和Re残，再兑⼊⼀定量的灰铁铁液，最终成为蠕铁。这种⽅法同样难以控制。
2.⼲扰法
配制⼀种蠕化剂，其成分包括球化元素Mg，球化⼲扰元素Ti，另外还配⼀定的Re和Ce，使其反应平稳。东风汽车公司铸造⼀⼚20世纪80~90年代在造型⾃动线上⼤量流⽔⽣产蠕铁排⽓管即采⽤这类蠕化剂，其含Mg量为4.5%~5.5%(MgO ＜1%)，Ti 3%~5%（利⽤⽣铁中含有的⼀部分Ti，原铁液含Ti 量为0.04%~0.07%），Re 1%~3%，Ca 2%~4%，Si 42%~46%，余为Fe。冲⼊法处理，加⼊量1.1%~1.3%，⽣产很稳定。这种蠕化剂⽐较适⽤于电炉铁液⽣产薄壁蠕铁件，反应平稳，渣量少。20世纪七⼋⼗年代，国外也⼤多采⽤⼲扰法⽣产蠕铁。
3.弱球化法
Ca、Re都有⼀定的球化能⼒，但球化能⼒都不如Mg，恰好可⽤蠕化剂。Ca与S、O的亲和⼒⽐Mg强，能够有效的脱S 除氧，作球化剂⽤时可减少Mg的加⼊量，作蠕化剂⽤则延缓⽯墨由蠕⾍状转变到球状的过程，放宽合⾦加⼊量的范围。但Ca造成渣量⼤，且易形成氧化壳，很少单独⽤Ca作蠕化剂。Re对⽯墨球化有明显作⽤，但⽯墨圆整度⽐Mg处理得要差，容易出现团状或蠕⾍状（团⽚状）⽯墨。因此，稀⼟硅铁是很好的蠕化剂。为了解决⾃沸腾问题，⼀般加⼊3%~4%的Mg，同时还2%~4
%的Ca以减少Re的⽩⼝倾向和加⼤合⾦加⼊量范围。稀⼟含量多选择8%~10%或
13%~15%。轻稀⼟包含La、Ce等17种元素，其中Ce约占⼀半左右。有试验表明，如果适当调整La、Ce含量⽐例，使La量⾼于Ce，蠕化效果更好⼀些。蠕化剂加⼊量以确保蠕铁中Re残 0.035%~0.055%，Mg残 0.008%~0.015%为宜，但Ce和Mg的吸收率同铁液中的硫、氧和液温有关，计算时应注意。
作为处理⽅法，⼤体可分为“⼀步法”和“两步法”两种。
冲⼊法是常⽤的”⼀步法”，其操作要点与球化处理相同，只是将球化剂换作蠕化剂。由于蠕化剂多以稀⼟为主，镁量较低，反应时很少沸腾和镁光，故不必采⽤盖包处理。喂丝法可为⼀步，也可为两步。可以将蠕化丝直接插⼊铁液中进⾏蠕化处理，即⼀步处理成蠕铁，⽽Sintercast法则是两步喂丝法：第⼀步，加⼊蠕（球）化剂，使铁液成为蠕化不⾜状态；第⼆步，根据取样分析结果⽤喂丝法补加Mg量使其成为理想的蠕铁。国内也有⼈第⼀步处理成球铁，第⼆步喂含S 的丝使铁液成为合格的蠕铁。
选⽤哪种处理⽅法?应根据零件的产量和复杂程度、重要程度以及企业实⼒综合考虑。图4⼤致显⽰了两种蠕化⽅法的各⾃应⽤范围。年产量越⾼，铸件越重要、越复杂，则选择以Sintercast为代表的两步法较为有利。
图4 对过程控制的需求是随年产量、铸件复杂性和质量要求的提升⽽增加的
蠕铁的孕育，强化孕育会增加灰铸铁和球铁的⽯墨核⼼数，但在蠕铁中，强化孕育会使⽯墨球增多，蠕化率降低，因此在蠕铁⽣产中，不宜随意增⼤孕育量或增加孕育次数。
ts2三、蠕铁在汽车零件上的应⽤
（1）缸盖、缸体
商⽤车发动机的缸盖、缸体采⽤蠕铁材质已基本得到认可，国内商⽤车内燃机主流⽣产⼚家都已成功开发出了蠕铁缸盖、缸体铸件，产量也逐年有所增加，尤其是⽟林柴油机集团铸造⼚，其蠕铁缸盖产量已占缸盖总量的30%，产量、质量、综合废品率均为⾏业内领先。
由于商⽤车发动机功率越来越⼤，排放越来越严，对缸体、缸盖材质要求也越来越⾼。⽬前在材质的发展上有两条途径，⼀是在⾼碳当量前提下（CE≥3.8%~3.9%），利⽤低合⾦化，以强化孕育来强化⼆次枝晶，⽣产HT300甚⾄
HT350，⼆是⽣产以珠光体基体为主的蠕铁，如RuT400、RuT450。笔者认为，蠕铁⽐⾼牌号灰铁有更⾼的强度、更好的铸造性能、耐热性能和更低的成本，应重点发展。
乘⽤车缸体是蠕铁发展的⼀个⾮常重要的领域。当前在汽车“轻量化”的⼝号之下，都把注意⼒放在铝、镁合⾦上，这是因为当前的汽车排放法规把评估只放在尾⽓排放上。美国⾦属材料协会（ASM）理事主席John指出：“只关注尾⽓排放可能会增加⼀辆汽车的⽣命周期温室⽓体排放，这是因为轻量化替代材料⽐钢铁在⽣产过程中产⽣的排放⾼5~20倍”。表1列出了⽣产铁和铝时能耗和排放物的⽐较，可以看出，熔炼1t原⽣铝要⽐铁的能耗多出9倍。
因此如果站在全球环境⾼度⽽不仅仅某个⾏业的⾓度看，这样的轻量化并不是⼗分妥当。人机对弈
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即使站在⾏业的⾓度看，蠕铁在轻量化⽅⾯也⽐铝合⾦有优势。20世纪90年代末，欧宝公司采⽤蠕铁⽣产了2.5L针织牛仔布
V6DTM赛车缸体，与标准灰铁缸体相⽐，功率提⾼了172%，功率⽐提⾼了70.2%（见表2）。在这基础上开发的2L系列4缸缸体，减重25.7%，功率⽐提⾼29.8%（见表3）。
不仅与灰铸铁缸体相⽐，蠕铁有优势，即使同铝缸体相⽐，蠕铁缸体优势同样明显。图5是奥迪蠕铁缸体和奔驰铝缸体的⽐较。同为3.0L V6发动机缸体，两者扭矩和功率相当，但奥迪发动机长度减短了125mm，重量减轻了15kg。尽管蠕铁缸体本⾝⽐铝合⾦缸体重，但蠕铁的性能允许奥迪⼯程师制造出更⼩的发动机，圆满地完成了开发任务。
图5 奥迪蠕铁缸体和奔驰铝缸体的⽐较
（2）排⽓管
（3）制动⿎
四、结束语
（1）蠕墨铸铁⾃20世纪70年代⽤作⼯程材料以来，有过辉煌，有过沉寂。在称之为“新铁器时代”到来的今天，蠕墨铸铁应占有⼀席之地。
（2）真正意义上的“绿⾊环保”，要评估产品的“⽣命周期”能耗，即从⼤⾃然中开采到制成产品供⼈们使⽤所耗去的所有能量。从这个意义上来说，汽车界的“轻量化”不仅仅是使⽤密度低的铝镁合⾦，钢铁仍是⼤有作为的。
（3）可以把“蠕墨铸铁”和“蠕墨铸铁件”分别看待，根据实际情况确定蠕墨铸铁件上的蠕化率。
（4）蠕墨铸铁的⽣产⽅法有多种，共同点就是严格控制⼯序质量，减少过程中的各种变差，不断提⾼⽣产过程中的⼯程能⼒指数（Cpk值）。
（5）应⼤⼒推进蠕铁缸体缸盖在商⽤车发动机上的应⽤，积极开发乘⽤车蠕铁缸体的⽣产技术。
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