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铌作为一种微量元素在钢中得到广泛的应用。近年来,铌在铸铁中的应用也受到关注,被认为是生产高温耐磨铸铁的重要合金元素之一。本文系统研究了铌在高碳当量灰铸铁中的行为、铌对高碳当量灰铸铁组织和性能的影响规律及其机制等科学问题,以及铌的加入方式等工艺问题。在此基础上,研究了铌在高碳当量灰铸铁制动盘中的应用。研究表明,铌在高碳当量(CE=3.8～4.6%)灰铸铁中的存在形式有固溶与富铌相两种,部分铌固溶于灰铸铁基体中起到强化作用。铌与碳、氮元素具有很强的亲和力,部分铌析出Nb(C,N)、NbC等硬质相。高碳当量灰铸铁中富铌相主要有三种形态:方块状的NbC富铌相、独立存在的条块状(包括Y型、V型或条棒型等)铁碳铌复杂相、以及与珠光体中渗碳体构成统一整体的渗碳体型铁碳铌化合物。当铌含量较低时,富铌相常以条块状的Y型、V型或条棒型形态存在。当铌含量较高时,富铌相主要以方块状的NbC富铌相形态存在。铌不改变高碳当量灰铸铁石墨组织的基本形状(仍保持片状),但会细化石墨组织。高碳当量灰铸铁中添加微量的铌,较长的粗片状石墨逐渐转变为较短的卷曲状、细片状石墨,初生石墨消失,石墨片数逐渐增多。铌降低高碳当量灰铸铁的共晶转变温度,使高碳当量灰铸铁的过冷度变大,具有细化共晶团、细化和稳定珠光体的作用,缩小珠光体片层间距,但对珠光体量基本没有影响。铌净化共晶团晶界,增加共晶团之间的结合力,提高高碳当量灰铸铁的强度、硬度,改善韧性。随着铌含量的增加,珠光体基体显微硬度增加,强化作用增强,高碳当量灰铸铁凝固组织细化。高碳当量灰铸铁添加0.1%Nb左右,强化效果最明显。高碳当量灰铸铁加入0.1%Nb左右进行微合金化,生产的制动盘具有理想的卷曲状的A型石墨片,石墨量较多,保留了高碳当量灰铸铁优良的蓄热性、导热性和减震性;略微提高了硬度、楔压强度,弥补了高碳当量灰铸铁力学性能的不足;适当地提高了高碳当量灰铸铁的抗疲劳性和抗热裂性;均匀弥散分布的Nb(C,N)硬质相,有效地改善了高碳当量灰铸铁的耐磨性;还具有较好的机械加工性能和铸造性能,使之成为中高档轿车制动盘的理想材料。