6K缸盖是6K发动机上最重要的零件之一。为了提高缸盖的使用寿命，在灰铸铁中添加微量合金元素成为选择材料时的一种有效措施。本课题目的是：在国内某公司生产的灰铸铁材料基础上，通过Nb的微合金化，提高6K缸盖的综合力学性能，但不显著提高成本，使其满足应用要求。本文通过对灰铸铁试样金相组织与力学性能的检测，分析了Nb在灰铸铁中的存在形式，Nb对灰铸铁组织和性能的影响规律及机制，并在此基础上，探讨了Nb对6K缸盖组织与性能的影响，确定了Nb最合适的添加量。最后开发出一种Nb微合金化高强度灰铸铁气缸盖，满足了应用要求。研究表明，Nb在灰铸铁中以三种形式存在：（1）灰铸铁凝固之前，Nb与C结合，形成细小的NbC粒子存在于铁液中，这些粒子可以成为石墨的核心，起到孕育作用，导致石墨和共晶团的细化；（2）溶解在基体中，导致固溶强化；（3）形成富铌相镶嵌在共晶团边界上，这是Nb最主要的存在形式。富铌相是Nb、Mo和Ti的碳化物，呈条棒状（包括Y型和V型），长度为2-30μm。Nb的加入，能使珠光体转变温度降低，共析过冷度增加，再加上固溶Nb的拖拽作用阻止了碳原子的扩散，导致珠光体片间距的减小。条状富铌相沿共晶团边界析出消耗了凝固后期铁液中的部分C元素，阻止了大块晶界碳化物和磷共晶的形成，使得碳化物和磷共晶的细化。添加微量铌后，珠光体片间距减小，石墨、共晶团、碳化物及磷共晶得到细化，再加上固溶于基体中的Nb产生固溶强化。因此，铸铁的抗拉强度、韧性、疲劳性能及热疲劳性能同时提高。当Nb含量为0.20%时，抗拉强度和冲击功均出现最大值，且疲劳寿命和热疲劳寿命也比无Nb试样有明显提高，对于模拟气缸盖的板材，强度达到342MPa，成熟度高达1.20，表明此时的灰铸铁材料有很高的冶金质量。因此，我们把0.20%确定为Nb在气缸盖中最合适的添加量。在原有的HT250材料成分中，我们通过添加0.20%的Nb元素并浇注出气缸盖本体，成功开发出一种Nb微合金化高强度灰铸铁气缸盖。这种气缸盖，本体强度均在300MPa以上，强度达到HT300牌号的要求。气缸盖通过了1000小时冷热冲击耐久性和2000小时十一工况耐久性台架试验考核，满足使用要求。