硅系耐热铸铁占耐热铸铁总产量的80%以上,目前使用较多的是硅系耐热灰铸铁,其合金元素来源广泛、生产成本低、力学性能和高温性能较好,被广泛应用。随着交通运输技术和超超临界发电技术的发展,同时汽车发动机零件、发电机机组零件的使用条件越来越苛刻,力学性能和耐热温度越来越高,硅系耐热灰铸铁的强度和耐高温性能已经很难继续满足市场需求,开发一种更高强度和耐高温的材料已是迫在眉睫。球墨铸铁中的球形石墨相比于灰铁中的片状石墨对基体的割裂作用较小,因此具有更出色的力学性能。研究表明:在铸铁中加入大量的硅可以提高耐高温性能,但目前人们对硅系耐热球墨铸铁的力学性能和高温性能研究较少。因此本文对硅系球墨铸铁做了进一步的改进,在保证原有的综合力学性能的前提下,通过加入合金元素和优化硅含量来进一步提高抗高温氧化性能和热疲劳性能,开发出更高性能的耐热球墨铸铁。本试验通过浇铸硅含量分别为2.8 wt.%、3.3 wt.%、3.8 wt.%、4.3 wt.%和4.8wt.%的Y型标准试块,研究硅含量对球墨铸铁铸态组织及性能的影响。结果表明:随着硅含量的升高,球状石墨的圆整度和球化率均逐渐下降,基体中的铁素体含量从48.94%增加到91.35%。随着硅含量的升高,铸态球墨铸铁的硬度从276 HBW上升到345 HBW,室温抗拉强度呈现先上升后下降的趋势,而伸长率呈现下降的趋势,当硅含量为3.8 wt.%时,抗拉强度达到最高为726 MPa,伸长率为1.9%;高温抗拉强度随着硅含量的升高呈现上升的趋势,从437 MPa升高到531 MPa,伸长率从11.3%下降到6.1%。经过高温石墨化退火后,球状石墨的圆整度提高,基体组织以铁素体为主,随着硅含量的升高,热处理态球墨铸铁的硬度从232 HBW上升到329 HBW,室温抗拉强度呈现先上升后下降的趋势,伸长率呈现下降的趋势,当硅含量为3.3 wt.%时,抗拉强度达到最高为624MPa,伸长率为7.1%;高温抗拉强度呈现上升的趋势,从342 MPa升高到532MPa,伸长率从20%下降到8.1%。将铸态和热处理态试样分别放置在700℃和800℃下进行抗高温氧化性能实验,试样表层的球状石墨和氧气发生反应从而消失,试样表层形成Fe2Si O4和Cr2O3氧化膜,该膜的形成会阻碍后续氧化过程的进行,可以提高合金的抗高温氧化性能。随着硅含量的升高,更多的硅元素在表面富集和氧原子发生反应形成更厚的Fe2Si O4氧化膜,进一步提高了合金的抗氧化性。相同的温度和硅含量条件下,铸态和热处理态试样氧化膜厚度及质量无明显差异,判断为基体组织对试样抗高温氧化性能产生影响较小。将铸态和热处理态五种成分的试样分别放置在700℃和800℃下进行热疲劳性能实验,裂纹的萌生在V型缺口处应力集中的部位,700℃和800℃下裂纹的扩展速度均呈“S”型曲线。在同一温度下,随着硅含量的升高,裂纹长度也呈现逐渐变长的趋势。热处理后的铁素体基体试样抗热疲劳性能要优于铸态珠光体基体试样的抗热疲劳性能。