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与其他铸铁材料相比,球墨铸铁因具有高强度、高韧性等优异性能,而广泛地应用于发动机活塞环。本文结合双环公司生产实际,系统研究了 Si、Mn含量与淬火+回火热处理工艺参数对球墨铸铁组织和性能的影响。主要研究内容及结果如下:研究了双环与标杆企业球墨铸铁活塞环组织与性能的差异。结果表明:双环样品C高、Si低、Mn低,两者成分差异较大。双环的石墨球形态较差,球化率较低。两样品均为回火索氏体组织,保留了淬火针状马氏体的痕迹,但双环的针状组织较粗大。双环样品的硬度略低、抗弯强度较低、疲劳强度较差。上述工作为本文的成分优化、微观组织控制与性能改进提供了参考。研究了 Si、Mn含量对球墨铸铁组织与性能的影响。结果表明:随着Si含量的增加,调质态球墨铸铁的抗弯强度与硬度逐渐增大,这是因为Si能改善石墨球形态、促进碳化物的析出以及对基体有固溶强化等作用。但Si含量过高时(>3.0%),石墨球形态变差、碳化物聚集长大,导致强度降低。Mn对石墨球形态影响较小。随着Mn含量的增加,球墨铸铁的抗弯强度与硬度逐渐增大,因为Mn能提高球墨铸铁的淬透性,使碳化物更加弥散分布,并对基体有固溶强化作用。但Mn含量过高(>0.40%)会降低马氏体转变温度,使残余奥氏体含量增加,导致强度有所下降。另一方面,由于Si、Mn的固溶强化作用均会降低塑性,使得球墨铸铁的挠度下降。研究了淬火+回火热处理工艺对球墨铸铁组织与性能的影响。结果表明:在回火温度不变时,随淬火温度的升高,由于奥氏体溶碳量的增加,调质处理后碳化物的弥散强化作用增强,使球墨铸铁的抗弯强度与硬度逐渐提高。但淬火温度超过890℃或910℃后,马氏体逐渐粗大,残余奥氏体含量增多,使回火后的碳化物形态与分布变差,碳化物迅速聚集甚至形成块状,导致强度降低。随淬火温度的升高,马氏体逐渐粗大和残余奥氏体含量增多,使球墨铸铁的挠度逐渐降低。在淬火温度不变时,随回火温度的升高,碳化物颗粒的析出更均匀(由马氏体边界析出演变到在基体中弥散析出),但颗粒也同时发生粗化,导致球墨铸铁的抗弯强度逐渐减小而挠度逐渐增大。通过本试验,获得球墨铸铁的最优成分为3.7%C、3.0%Si、0.15%Mn,最优淬火工艺参数为890℃×60min,最优回火工艺参数为550℃～560℃×90min,其综合力学性能(抗弯强度1906MPa、挠度3.731mm、硬度35.7HRC)与双环公司原性能(抗弯强度1741MPa、挠度2.382mm、硬度34.8HRC)相比,有了显著提高。