随着国家材料科学的不断进步,对柴油发动机的功率和排放要求也越来越高;蠕墨铸铁由于具有比灰铸铁和球铁更好的综合性能,在柴油机气缸盖、缸体的应用方面越来越受到欢迎,并逐渐成为柴油发动机气缸盖、缸体材料的最佳选择。柴油机气缸盖是典型的复杂薄壁零件,承受热负荷和机械负荷,同时在高温下受到含氧和硫气体的腐蚀,在其表面产生氧化层和氧扩散层,显著降低气缸盖的力学性能和物理性能。恶劣情况下产生微裂纹且不断向基体内部扩展,进而降低缸盖的服役性能和可靠性,影响缸盖的服役寿命。针对高功率密度柴油机气缸盖在高温服役过程中出现的组织恶化与性能显著降低的问题展开研究。采用OM、SEM、拉伸性能等分析与测试手段,研究大气和真空两种环境下400℃和500℃保温时间对蠕墨铸铁显微组织、室温和高温力学性能与导热性能的影响规律,并结合SEM和EDS等分析蠕墨铸铁组织和性能的演变机理;采用热疲劳试验机和扫描电子显微镜等仪器,研究大气和真空两种环境下高温保温时间(500℃)对蠕墨铸铁抗热疲劳性能的影响,深入分析大气和真空两种环境下引起蠕墨铸铁抗疲劳性能的演变机理;同时,采用OM、SEM和氧化增重、氧化动力学测试等手段揭示蠕墨铸铁的高温氧化行为。研究结果表明,蠕墨铸铁在大气环境中400℃和500℃保温时,表面氧化层由氧化膜层和氧扩散层组成,随着保温时间的延长,氧化膜层和氧扩散层的厚度先快速增加后缓慢增大,直至平衡。蠕墨铸铁的室温和高温抗拉强度在400℃时随着保温时间延长先增加后减小,但500℃保温时其抗拉强度随着保温时间延长逐渐减小;在相同的试验条件下,真空保温的抗拉强度比大气保温的抗拉强度高10～30%。蠕墨铸铁在大气环境和真空环境导热率随着(500℃)保温时间延长先减小后增加,但在真空环境中保温的导热率比在大气环境中的导热率提高了 8～13%。随保温时间的延长,蠕墨铸铁氧化增重曲线为抛物线。400℃时氧化增重拟合曲线为:△W1=0.0045t-2.11x10 5t2+2.56x10 8t3,在500℃保温时的氧化增重拟合曲线为:△W2=0.014t-3.63x10-5t2+3.54x10-8t3。蠕墨铸铁在大气环境中 400℃和 500℃保温时产生的氧化物主要为Fe3O4。石墨为氧扩散的主要通道,氧扩散层的深度主要受表面的石墨形态和石墨团簇尺寸影响,在相同氧化条件下,蠕虫状石墨氧扩散层深度比球铁大4～5倍,同时石墨团簇越大,氧扩散层深度越深。蠕墨铸铁在大气环境和真空环境的热疲劳裂纹长度随着保温时间延长先快速扩展后缓慢扩展,裂纹萌生主要受保温环境和氧化膜厚度影响,裂纹扩展主要受热疲劳上限温度和氧扩散层深度的影响。在大气环境保温,氧化和热疲劳的交互作用加快了疲劳裂纹萌生和扩展的速度,热疲劳裂纹扩展拟合曲线为:σ2=393.72N-66.13N2+3.95N3;在真空环境保温,热疲劳实验产生微量氧化与热应力之间的相互作用使疲劳裂纹萌生和扩展的速度相对较小,热疲劳裂纹扩展拟合曲线为;σ.1=675.09N-103.82N2+5.13N3。蠕墨铸铁在真空环境保温后的抗热疲劳性能比在大气环境中保温的好。