(1)基本化学成分的选择

    ①碳含量与CE的选择：  采用高的碳当量，可减小白口倾向及铸件缩松、渗漏等缺陷，但同时会降低铸件的力学性能。而对于发动机箱体这样薄壁复杂的铸件，从铸造性能考虑，一般都选择较高的碳当量[13]。为使箱体具有良好的铸造性能与力学性能，一般选择C=3．15％～3．3％，CE=3．95％～4．05％。 

    ②硅与Si／C值  国内对箱体生产中Si／C的控制问题争论较大。陆文华[9]认为在CE=4．O～4．2％，Si／C值由O．50增至O．90时，碳当量对％值影响变化不大。刘佑平[14]认为碳当量对灰铸铁抗拉强度的影响比Si／C值大得多，试验证明随着Si／C值由O．44增至0．79，在同一范围的碳当量下，06值变化不大。提高碳当量，气箱体的缩孔废品会明显减少；降低碳当量，使用铸造焦与增加废钢加入量，灰铁的抗拉强度会明显地提高。过高的Si／C比会导致石墨粗化，珠光体片间距增大，铁素体含量也增加。当Si／C>0．55，气箱体缩孔废品会增加，特别

      在低碳当量的情况下，缩孔废品增加得更多。对于采用较高碳当量铁液的箱体铸件，采用高Si／C并不能提高力学性能，而且还可能由于高CE和高的Si／C双重影响而使石墨粗大和珠光体量下降，从而使抗拉强度下降，其SI／C应以0．6"0．7较为合适[15]。

     锰对灰铸铁抗拉强度的影响  锰是可以稳定灰铸铁中渗碳体，促进珠光体化的元素，但它会与硫形成MnS，促使铸铁石墨化。对于CE为3．95％"--4．15％的灰铸铁，其叽值随锰量的增加而有所提高，因为碳当量高，铸铁自身的石墨数多且粗，珠光体数量少，增加锰含量，石墨形貌变化不大，此时锰促使灰铸铁珠光体化的作用表现较强，故吼有所提高。所以，范晓明[l6]等认为当灰铸铁CE>3．95％时，Mn含量应在0．6％--一0．8％为宜。

     磷含量的选择  灰铸铁件的含磷量一般小于O．20％。当P≤0．20％，随着磷含量的增加，在铸铁中可以与Fe形成心P，灰铸铁的抗拉强度变化不大，而硬度会明显提高而韧性显著降低。灰铸铁中磷含量过高，不仅铸件切削加工困难，而且易产生缩松与开裂缺陷[14]。 

     含硫量及锰硫比对灰铸铁抗拉强度的影响  硫在铸铁中有双重作用，一方面它是强烈稳定铸铁渗碳体元素，另一方面S与Mn形成MnS，会促使铸铁石墨化。在不同CE的情况下，以值均随含硫量的增加而明显提高，但当含硫量超过某一临界值时强度开始降低。对于CE为3．95％的灰铸铁，其临界硫含量为0．14％。如采用电炉熔炼时，铁水中的含硫量一般较低，高温使大量石墨结晶核心烧损[17]，为确保常用孕育剂的孕育效果，灰铸铁中含硫量一般为0．05％--一0．06％。根据上述情况，灰铸铁的硫含量可为0．06％'-'0．15％。由于锰与硫在铸铁中有相互制约的作用，所以在选择锰含量与硫含量时必须考虑Mn／S值。生产实践表明，当灰铸铁CE为3．96％,---,4．05％时，Mn／S=5～7，抗拉强度较佳。

     国内部分厂家箱体基本化学成分的选择  胡家聪[15]推荐HT250气箱体化学成分为(％)：C=3．15～3．35，Si=1．8～2．2，Mn=0．6"--0．8，P≤O．15，S=0．06％～0．15％与CE=3．95～4．05。北京吉普汽车有限公司[18]推荐选取C=3．15％～3．60％，Si=1．8％～2．4％，Mn=0．35～0．90％，S≤O．15％，P≤0．12％．。哈尔滨东安发动机制造公司[19]选择成分：C=3．O～3．5％，Si=1．8～2．5％，Mn=0．6％～0．9％，S<0．15％，P<0．15％。      

    合金化元素  随着汽油机向高转速大功率方向发展，箱体的工作情况恶化，机械负荷加大，

    因此采用低合金灰铸铁制造，以提高箱体铸件的机械性能与热疲劳性能。常用的合金元素为促进灰铸铁珠光体化元素，这些合金元素对灰铸铁石墨化能力、抗拉强度和硬度的影响见图1．1，l一2所示。

    图1．1合金元素对灰铸铁石墨化的影响

图1．2合金元素对灰铸铁硬度和％的影响  由图1．2知，当合金元素加入量在1．0％以下时，提高灰铸铁抗拉强度的能力，由弱至强的顺序排列：Ni，Cu，Cr,Mo，V。钒提高灰铸铁06的能力很大，但它能阻碍铸铁中C的石墨化，白口倾向很大，所以箱体用灰铸铁中一般不加入V。钼与镍的价格昂贵，考虑到成本，一般很少使用。一般用铜代替镍，普遍加入铬与铜生产灰铸铁箱体。锡、铜与铬是强烈稳定珠光体的元素，但对细化珠光体的作用很小。只有当铜含量大于0．5％时灰铸铁的抗拉强度才有明显的提高1141。加入0．2％"--0．3％铬后，铸铁强度提高幅度较大，有利于增加珠光体量和改善石墨形态。当含铬量大于0．35％时，会使铸件渗漏倾向明显增加；含铬量大于0．5％时，铸件中易出现初生碳化物，影响机加工性能，故加铬量以不超过0．35％为宜。实践表明，当铬含量大于0．35％时，气箱盖螺孔搭子处会产生缩松，产生漏气[l5]。两种以上合金元素配合使用的效果要比用一种合金元素的效果好，如Cu能中和Cr、Mo的白口倾向。  灰铸铁中加入Cr,Cu与Mo等少量合金元素，铸件的强度与热疲劳性能有所提高，铸件的壁厚敏感性有所减小，但铸件的缩孔与缩松倾向增大，因此应适当提高碳含量与碳当量。国内发动机箱体用灰铸铁的化学成分实例见表1-4。  表1-4国内发动机箱体用灰铸铁[14][17][19]

(3)微量有害元素的控制  在熔炼时，回炉料和生铁中的废钢有时会含有Pb，Ti等元素，这些元素的存在会使铸件中石墨恶化及产生缩松渗漏缺陷。有资料称[20]，含Pb量达0．0008％，即可造成缩松渗漏，须注意使用的炉料中是否镀有Pb材料，有须先行除去镀层。此外，少量的Pb可在灰铸铁中出现魏氏组织石墨，严重降低强度。潘亮星等[l8]在4100QB生产中发现微量元素WTi>0．0435时，出现缩松的箱盖占生产缩松箱盖总数的75％左右，由此判断Ti对缩松有较为直接的影响，并推荐使用WTi<0．08％的生铁。此外影响缩松渗漏的微量元素还有Al，v等，它们都会增加铁液的收缩倾向，要严格控制。 

孕育处理  在高碳当量铁液条件下，为提高灰铸铁的性能，控制铁液质量，进行合理的孕育处理是必要的措施之一。有资料表明[21]，在高碳当量条件下，尤其是生产薄壁高强灰铸铁件，使用复合型孕育剂是十分重要的。复合孕育剂含有相应的石墨化元素如Re，A1，Ca，Ti等，以改善石墨形态、消除白口，增加并细化奥氏体枝晶。经试验表明，在复合添加Cr等合金元素的同时添加RE(稀土类元素)，既能获得相当于蠕墨铸铁的抗拉强度，又能抑制激冷的发生，且也适合批量生产 [2] 。孕育也有副作用[23]。细化共晶团的结果常常导致缩松的增加，由于孕育剂中含有铝，孕育量过高也会目铁水中含铝量增加而产生针孔缺陷。孕育提高铸铁的成核程度，增加共晶团的数目，导致凝固过程中作用在铸型上的膨胀力增大，其结果可能使铸件产生缩孔和缩松，因此在箱体生产中特别要注意控制孕育量。吴志忠等[24]试验比较了75SiFe，SiCa和SiCaBa系孕育剂对灰铸铁显微组织均匀性的影响。结果发现，改善断面敏感性主要在于解决薄断面(如壁厚5ram)的石墨化问题。含Ca，Ba的孕育剂有良好石墨化能力，可改善断面敏感性和显微组织的均匀性。范晓明等[25]试验得经稀土复合孕育剂RCC处理的铁液(CE=4．00"-'-4．20％，Si／C≈0．75，Cr=0．4％和Mo=O．4％)，可稳定获得HT250以上牌号的灰铸铁，且断面均匀性好，白口倾向低。姜金文[26]以60％75SiFe+40％ReCaBa复合孕育、低合金化、CE=3．9--．．4．1％的试验铸铁，获得了良好的显微组织。万仁芳认为对于CE=4．0～4．2％的高碳当量铁水，Cr，Mo复合低合金化加入，用75FeSi孕育，可以获得HT250铸铁，若用复合孕育剂孕育，可使铁水稳定获得HT250牌号，且断面均匀性好，热冲击、热疲劳性能相应提高；采用CE=4．1～4．2％的铁水，以Mn代替部分Cr，Mo合金化，并用复合孕育剂孕育，同样可以获得HT250牌号铸铁。在实际应用中，北京农业工程大学和北京内燃机总厂采用Re．Ba．Ca孕育处理，第一汽车制造厂和沈阳铸造所采用cr．Sr．Si．Fe复合孕育处理，均取得良好效果。

    优质铁液的获得  保证高强度灰铸铁材质性能的前提条件是获得高温优质铁液[27]。建议使用冲天炉和工频电炉双联熔炼，以获得理想的铁液质量[28]。我国冲天炉很少有厂家采取高温热风、富氧送风等措施，对焦炭质量不够重视，灰分大，强度低，很少使用铸造焦炭，只注重节焦，忽略熔炼温度，较好的冲天炉铁水出炉温度只有1450℃左右，铁水成分波动范围大。由于熔炼温度低，很难消除生铁中粗大石墨的遗传性[29]。当熔炼温度在1450"-"1500℃时，Si02+2C斗Si+2CO个反应才能进行。可促使铁水中非金属夹杂物排出，铁水得到净化，含氧量降低，使孕育剂中的活性元素钙、铝等充分发挥成核作用。同时高温浇注虽然能够延缓铸件凝固，促进石墨化，并使型腔中的气体和杂质在凝固前上浮，但高温促使石墨长粗，粗大石墨加剧对基体切割作用而使性能降低。此外铁水收缩增加，促使铸件内部产生缩孔与缩松。因此出炉温度应在1480℃以上。BCIRA[23J认为，对大多数箱体来说，最适宜的浇注温度为1390"-"1420℃。  此外炉料配比对铁水的冶金特性也具有一定的影响。对合成铸铁的研究表明，合成铸铁由于提高了废钢的加入量，铁水的冶金特性改善，从而能更好地发挥孕育处理的效果[30]。但是，文献[3l]则认为，提高炉料中生铁的加入量，可以显著地降低材料的硬度和收缩，从而避免缩孔等缺陷，改善切削加工性能。认为炉料配比没影响的观点也有。如有报导[32]认为，在电炉保温条件下，废钢加入量

   对抗拉强度的影响不明显，抗拉强度仅取决于CE的变化，而且炉料配比对灰铸铁的组织也没有什么影响。