一、核心性能特点：为何依赖 “硅”？

1. 强抗氧化性
   高温下，硅会在铸件表面形成一层致密、连续且与基体结合牢固的 SiO?氧化膜，这层膜能有效隔绝氧气、二氧化碳等腐蚀性气体与基体的接触，阻止内部金属进一步氧化。相比普通灰铸铁或低硅球墨铸铁，中高硅材质的抗氧化温度可提升至 800~1050℃（高硅牌号更优）。
2. 优异的抗生长性
   “生长性” 是耐热铸铁的核心指标（指高温下因氧化、渗碳体分解等导致的体积不可逆膨胀）。硅能抑制铸铁中渗碳体（Fe?C）在高温下的分解，同时细化基体组织（如形成稳定的铁素体或珠光体 - 铁素体混合基体），减少高温下的晶间腐蚀和微裂纹，从而显著降低体积膨胀率（通常≤1%/1000h，远低于普通耐热铸铁）。
3. 平衡的力学性能
   球化处理使石墨呈球状，避免了灰铸铁中片状石墨的 “应力集中” 问题；硅的固溶强化作用可提升基体硬度和强度，同时保证一定的韧性。中硅牌号（如 Si3.5~4.0%）常温抗拉强度可达 400~550MPa，高温（800℃）抗拉强度仍能保持 200~300MPa，满足多数高温结构件的承载需求。

二、典型化学成分设计：“硅” 的区间控制是关键

三、显微组织特征：决定耐热性能的核心

1. 石墨相：必须为球状或类球状（球化率≥85%，球化等级≥2 级，按 GB/T 9441-2020 标准），避免团絮状（可锻铸铁）或片状（灰铸铁）—— 球状石墨能最小化高温下的氧化通道，减少应力集中。
2. 基体相：
   • 中硅牌号（Si≤4.5%）：多为铁素体基体（或铁素体 + 少量珠光体，珠光体含量≤10%），铁素体基体韧性好，且硅在铁素体中固溶度高，耐热性更稳定；
   • 高硅牌号（Si>4.5%）：可能出现少量硅铁化合物（如 Fe?Si） ，需控制其含量（≤5%），否则会导致材料脆化（可通过调整冷却速度或添加微量合金元素（如 Cr、Mo）抑制）。
3. 析出相：高温使用过程中，基体中可能析出细小的碳化物或硅化物（如 VC、MoSi?），需保证其弥散分布，以进一步提升高温强度，避免粗大析出相导致脆化。

四、关键制造工艺要点

1. 熔炼与球化处理
   • 炉料选择：优先使用低硫生铁（S≤0.02%）+ 高纯废钢，避免带入 Pb、Ti 等反球化元素；
   • 脱硫：铁水出炉前需进行预处理脱硫（如石灰 - 电石脱硫），将 S 降至≤0.015%（高硅牌号要求更严），否则会消耗 Mg，导致球化不良；
   • 球化方式：多采用 “冲入法”（将 Mg 合金（如 Mg-Si 合金、Mg-Ni 合金）冲入铁水包底部），高硅铁水流动性差，需适当提高铁水温度（1450~1500℃，比普通球墨铸铁高 50~100℃）。
2. 浇注工艺
   • 浇注温度：中硅牌号 1380~1420℃，高硅牌号 1400~1450℃（需平衡流动性与石墨球化：温度过低易产生浇不足，过高易导致石墨粗大）；
   • 冒口设计：因高硅铸铁收缩率略高（体收缩率 3.5%~4.0%），需设置 “发热冒口” 或 “暗冒口”，重点补缩壁厚较大的部位（如法兰、肋板交接处），防止缩孔缩松。
3. 热处理工艺
   核心目的是消除内应力、稳定组织、提升耐热性，常用 “高温退火”：
   • 工艺曲线：加热至 900~950℃，保温 2~4h（根据铸件壁厚，壁厚每增加 25mm，保温时间延长 1h），然后随炉缓冷至 500℃以下出炉空冷；
   • 作用：① 消除铸造内应力，防止高温使用时开裂；② 分解基体中的珠光体，获得纯铁素体基体；③ 促进硅在基体中均匀固溶，提升抗氧化性。

五、应用场景与选型建议

六、常见质量缺陷与控制措施

1. 球化不良（石墨呈团絮状或不规则状）
   • 原因：S 含量过高、残余 Mg 量不足、铁水温度过低；
   • 控制：加强脱硫（S≤0.015%）、调整 Mg 合金加入量（保证残余 Mg 0.04%~0.07%）、提高铁水熔炼温度（≥1450℃）。
2. 高温抗氧化性不足（表面氧化皮厚）
   • 原因：Si 含量偏低、热处理保温时间不足；
   • 控制：严格控制 Si 含量在设计区间（中硅 3.5%~4.5%，高硅 5.0%~5.5%）、延长高温退火保温时间（≥3h）。
3. 铸造裂纹（冷裂纹或热裂纹）
   • 原因：内应力过大（壁厚差悬殊）、Mn 含量过高（导致基体脆化）；
   • 控制：优化铸件结构（减少壁厚差，增加过渡圆角）、控制 Mn≤0.3%、加强高温退火（消除内应力）。

综上，中硅高硅耐热球墨铸铁的核心是 “以硅为核心的成分设计 + 精准的球化与热处理工艺”，其性能平衡了耐热性与工艺性，是替代传统高铬耐热钢（成本高）、普通耐热铸铁（性能差）的优选材料，在工业高温装备领域具有不可替代的地位。

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