隨著中國高速鐵路的發展，時速300～350 Km/h等級的京廣、京滬、哈大等高速鐵路投入運行，一些國家相繼與中國協商高速鐵路建設。使得中國高速鐵路的自身發展和走向世界進入了一個輝煌的代。2012年高速鐵路已達1.2萬公里，2020年預計為5萬公里。為了實現引進動車組技術的消化吸收和再創新，原鐵道部根據高速列車基本組成技術難度和我國鐵路機車車輛的工業化水平，把高速動車組的技術分成九大關鍵技術：動車組系統集成、車體、轉向架、牽引變壓器、主變流器、牽引電機、牽引傳動、列車控制網絡、制動系統。常州華德機械有限公司參與了其中轉向架軸箱材料的開發，研究成功低溫鐵素體球墨鑄鐵，已成功地應用在高寒地帶高速列車轉向架軸箱及國內外高速列車其他零件上，見表1。
　　這些高速列車零件，除要求高的力學性能外，還要求高的質量穩定性、一致性，為此，需要深入地研究這種材質的特性。
　　1 低溫鐵素體球墨鑄鐵的理論基礎
　　低溫鐵素體球墨鑄鐵QT400-18AL（用25 mm Y型附鑄試樣作檢驗試樣），要求抗拉強度≥400 MPa，屈服強度≥240 MPa，硬度HBW為130～150，伸長率≥18%的條件下，其-40℃、-50 ℃、-60 ℃時的沖擊值皆要大于12 J，單個試樣最小值為9 J，這個要求比至今頒布的國內外低溫鐵素體球墨鑄鐵標準更為嚴格。與目前執行的低溫球墨鑄鐵標準QT400-18AL (EN-GJS400-18ULT)的不同點是除要求-20 ℃的沖擊吸收功外，還要求-40 ℃、-50 ℃、-60 ℃的沖擊吸收功≥12 J。為此，需要對其理論進行探討。
　　低溫鐵素體球墨鑄鐵的理論基礎就是如何確定金相組織與化學成分、力學性能三者之間的關系。要使低溫鐵素體球墨鑄鐵的沖擊吸收功在-40～-60 ℃下穩定地達到12 J，基體要求100%鐵素體，球化率90%～95%，石墨大小6～7級，石墨球數90～200個/mm?，
　　無磷共晶和碳化物。
　　100%鐵素體基體是球墨鑄鐵提高低溫沖擊值的首要條件，生產實踐證明，即使1%～2%的珠光體都會導致低溫沖擊值的降低。研究表明，同樣是鐵素體球墨鑄鐵，低磷、低硅退火態的全鐵素球墨鑄鐵，其低溫沖擊值最佳，見圖1。

表1  生產的高速列車軌道低溫球鐵產品

Table 1 Theferritic ductile iron castings suitable for low temperature service for highspeed train

　　球化率達到90%～95%是保證低溫沖擊值的必要條件。球墨鑄鐵的裂紋是沿著球墨邊界擴展的，球形越圓，越不易產生裂紋，因此球化率越高，越有利于沖擊性能與疲勞強度等動載性能的提高。
　　石墨球數的多少對常溫與低溫的缺口沖擊值有不同的影響。如圖2所示，石墨球數少，利于上限沖擊性能的提高；球墨數多，利于低溫沖擊性能的提高，具體多少，應根據試驗確定。對于主要壁厚為30 mm的轉向架軸箱，以90～200個/mm?為宜。
　　晶界上的磷共晶與碳化物，會大幅度降低球鐵的低溫沖擊吸收功。
　　值得注意的是，上述的金相組織僅是保證低溫鐵素體球墨鑄鐵獲得高的低溫韌性的基礎，要全面達到其性能要求，還需做以下研究。
　　（1）100%的鐵素體基體是保證低溫沖擊值所需要的，但100%的鐵素體卻難以保證400 MPa的抗拉強度，必須對其基體進行固溶強化，以提高抗拉強度。這就要求利用化學成分中較高的Si或加入Ni等合金元素來強化鐵素體，使其達到400 MPa的要求。
　　（2）鐵素體的強化往往導致塑-脆性轉變溫度的提高及低溫沖擊值的降低。因此，要研究如何調整抗
　　拉強度與低溫沖擊值相互制約的關系，并探索其解決的方法。
　　（3）當金相組織較為完善，基本達到要求時，要進一步提高低溫沖擊值，則取決于晶界夾雜物的凈化。此時如何凈化晶界將是保證低溫沖擊值的關鍵因素。
　　（4）球墨鑄鐵沖擊性能隨溫度的降低而下降是球墨鑄鐵固有的特性。要保證零件在低溫下安全運行，不僅要保證其低溫下的沖擊值，還要研究塑-脆性轉變溫度曲線，即沖擊值隨溫度的變化曲線。其曲線下降越平緩越安全，溫度稍有變化就導致沖擊值大幅度波動是不可取的。
　　未完待述