中硅耐熱球墨鑄鐵是一類以
硅元素為核心合金化元素、通過球化處理使石墨呈球狀分布的耐熱鑄鐵材料，其硅含量通常分為 “中硅”（w (Si)≈3.0%~4.5%）和 “高硅”（w (Si)≈4.5%~6.0%）兩個區(qū)間，核心優(yōu)勢是在中高溫環(huán)境下具備優(yōu)異的抗氧化性、抗生長性（高溫下體積膨脹變形）和一定的力學性能，廣泛應用于鍋爐、換熱器、熱風爐、汽車排氣系統(tǒng)等高溫工況零部件。
硅是中硅耐熱球墨鑄鐵的 “關鍵合金元素”，其作用貫穿材料的耐熱性、組織穩(wěn)定性和力學性能，具體表現(xiàn)為：
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強抗氧化性
高溫下，硅會在鑄件表面形成一層致密、連續(xù)且與基體結合牢固的 SiO?氧化膜，這層膜能有效隔絕氧氣、二氧化碳等腐蝕性氣體與基體的接觸，阻止內(nèi)部金屬進一步氧化。相比普通灰鑄鐵或低硅球墨鑄鐵，中高硅材質(zhì)的抗氧化溫度可提升至 800~1050℃（高硅牌號更優(yōu)）。
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優(yōu)異的抗生長性
“生長性” 是耐熱鑄鐵的核心指標（指高溫下因氧化、滲碳體分解等導致的體積不可逆膨脹）。硅能抑制鑄鐵中滲碳體（Fe?C）在高溫下的分解，同時細化基體組織（如形成穩(wěn)定的鐵素體或珠光體 - 鐵素體混合基體），減少高溫下的晶間腐蝕和微裂紋，從而顯著降低體積膨脹率（通常≤1%/1000h，遠低于普通耐熱鑄鐵）。
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平衡的力學性能
球化處理使石墨呈球狀，避免了灰鑄鐵中片狀石墨的 “應力集中” 問題；硅的固溶強化作用可提升基體硬度和強度，同時保證一定的韌性。中硅牌號（如 Si3.5~4.0%）常溫抗拉強度可達 400~550MPa，高溫（800℃）抗拉強度仍能保持 200~300MPa，滿足多數(shù)高溫結構件的承載需求。
中硅與高硅耐熱球墨鑄鐵的成分差異主要體現(xiàn)在硅含量，同時需嚴格控制碳、球化元素、反球化元素等，以平衡耐熱性與工藝性（避免球化不良、縮孔等缺陷）。典型成分范圍如下（質(zhì)量分數(shù)，%）：
注：高硅牌號因硅含量高，易導致鐵水流動性下降，故碳含量通常略低于中硅牌號，同時需提高殘余 Mg 量以保證球化質(zhì)量。
中硅耐熱球墨鑄鐵的組織需滿足 “球狀石墨 + 穩(wěn)定基體 + 無有害相” 的要求，典型組織為：
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石墨相：必須為球狀或類球狀（球化率≥85%，球化等級≥2 級，按 GB/T 9441-2020 標準），避免團絮狀（可鍛鑄鐵）或片狀（灰鑄鐵）—— 球狀石墨能最小化高溫下的氧化通道，減少應力集中。
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基體相：
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中硅牌號（Si≤4.5%）：多為鐵素體基體（或鐵素體 + 少量珠光體，珠光體含量≤10%），鐵素體基體韌性好，且硅在鐵素體中固溶度高，耐熱性更穩(wěn)定；
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高硅牌號（Si>4.5%）：可能出現(xiàn)少量硅鐵化合物（如 Fe?Si） ，需控制其含量（≤5%），否則會導致材料脆化（可通過調(diào)整冷卻速度或添加微量合金元素（如 Cr、Mo）抑制）。
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析出相：高溫使用過程中，基體中可能析出細小的碳化物或硅化物（如 VC、MoSi?），需保證其彌散分布，以進一步提升高溫強度，避免粗大析出相導致脆化。
中硅耐熱球墨鑄鐵的工藝難點在于 “高硅對球化的影響” 和 “防止高溫缺陷（縮孔、裂紋）”，核心工藝控制如下：
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熔煉與球化處理
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爐料選擇：優(yōu)先使用低硫生鐵（S≤0.02%）+ 高純廢鋼，避免帶入 Pb、Ti 等反球化元素；
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脫硫：鐵水出爐前需進行預處理脫硫（如石灰 - 電石脫硫），將 S 降至≤0.015%（高硅牌號要求更嚴），否則會消耗 Mg，導致球化不良；
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球化方式：多采用 “沖入法”（將 Mg 合金（如 Mg-Si 合金、Mg-Ni 合金）沖入鐵水包底部），高硅鐵水流動性差，需適當提高鐵水溫度（1450~1500℃，比普通球墨鑄鐵高 50~100℃）。
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澆注工藝
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澆注溫度：中硅牌號 1380~1420℃，高硅牌號 1400~1450℃（需平衡流動性與石墨球化：溫度過低易產(chǎn)生澆不足，過高易導致石墨粗大）；
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冒口設計：因高硅鑄鐵收縮率略高（體收縮率 3.5%~4.0%），需設置 “發(fā)熱冒口” 或 “暗冒口”，重點補縮壁厚較大的部位（如法蘭、肋板交接處），防止縮孔縮松。
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熱處理工藝
核心目的是消除內(nèi)應力、穩(wěn)定組織、提升耐熱性，常用 “高溫退火”：
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工藝曲線：加熱至 900~950℃，保溫 2~4h（根據(jù)鑄件壁厚，壁厚每增加 25mm，保溫時間延長 1h），然后隨爐緩冷至 500℃以下出爐空冷；
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作用：① 消除鑄造內(nèi)應力，防止高溫使用時開裂；② 分解基體中的珠光體，獲得純鐵素體基體；③ 促進硅在基體中均勻固溶，提升抗氧化性。
中硅與高硅耐熱球墨鑄鐵的應用需根據(jù)使用溫度、載荷條件差異化選擇：
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球化不良（石墨呈團絮狀或不規(guī)則狀）
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原因：S 含量過高、殘余 Mg 量不足、鐵水溫度過低；
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控制：加強脫硫（S≤0.015%）、調(diào)整 Mg 合金加入量（保證殘余 Mg 0.04%~0.07%）、提高鐵水熔煉溫度（≥1450℃）。
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高溫抗氧化性不足（表面氧化皮厚）
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原因：Si 含量偏低、熱處理保溫時間不足；
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控制：嚴格控制 Si 含量在設計區(qū)間（中硅 3.5%~4.5%，高硅 5.0%~5.5%）、延長高溫退火保溫時間（≥3h）。
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鑄造裂紋（冷裂紋或熱裂紋）
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原因：內(nèi)應力過大（壁厚差懸殊）、Mn 含量過高（導致基體脆化）；
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控制：優(yōu)化鑄件結構（減少壁厚差，增加過渡圓角）、控制 Mn≤0.3%、加強高溫退火（消除內(nèi)應力）。
綜上，中硅高硅耐熱球墨鑄鐵的核心是 “以硅為核心的成分設計 + 精準的球化與熱處理工藝”，其性能平衡了耐熱性與工藝性，是替代傳統(tǒng)高鉻耐熱鋼（成本高）、普通耐熱鑄鐵（性能差）的優(yōu)選材料，在工業(yè)高溫裝備領域具有不可替代的地位。
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