在快速增长的汽车行业中为了降低能耗和排放 ， 我们一直在为乘用车和卡车研究更轻、效率更高的发动机。在欧洲，尾气排放标准的立法从1992年的欧标1到2014年达到欧标6。 从欧标5提高的欧标6将会增加关于NO粒子的排放的要求，与柴油发动机相比汽油发动机更容易达到这样的标准 这要求汽油发动机必须具有更高的燃烧效率获得CO2。
对于汽车行业的能耗和尾气排放的要求， 促使汽车发动机向着轻量化、高效率的方向发展。轻量化在一定程度上可以通过使用铝合金或复合合金材料来替代铸铁材料来实现。在欧洲，发动机中铝合金占有的比例从15年前较低的水平增加到2007年的50%左右。从2007年以来发动机中铝合金和铸铁的比例基本保持不变，但是最近发动机中铸铁产量的增长速度要比铝合金的要快很多，预估2012年在欧洲铸铁发动机缸体占有的比例会达到60%，而铝合金缸体的比例会在40%。这是由几方面原因引起的。一方面是由于对汽油和柴油发动机功率提升的要求，提高了材料对燃烧压力和机械应力的要求，从而限制了铝合金的使用；另外一个方面是铸铁厂一直致力于灰铸铁的轻量化和精简化的发展。
材质考虑
传统的发动机缸体都是采用的灰铁材质。这种材料具有很好的机械性能和热性能可以应用与汽车的发动机和制动部件中，同时它还具有很好的铸造性能，这些特点使得该材料可以用于汽车零部件的生产中。然而由于重量的要求，灰铁受到了铝合金和蠕墨铸铁的冲击，但是生产这二种材料的铸件价格更贵，耗能更高。受这些冲击的影响，对于发动机缸体铸造厂需要生产出比传统灰铁具有更好机械性能等级的灰铁。
提高灰铁强度的方法有几种，但是控制灰铁强度最主要的因素是控制石墨片的尺寸和长度。控制石墨片尺寸和长度的最重要的因数是凝固速度。较高的凝固速度会带来较短的石墨片和较高的强度。
第二个因素是碳当量，尤其是碳的含量。较高的碳当量和碳含量会给组织带来更多的碳和更长的石墨片。
第三个因素是影响石墨片生长的元素，如氮和钒。
控制石墨片长度的最后一个因素是孕育。典型的孕育良好的铸铁具有好多的晶胞数量，因此与孕育较差 的铸铁相比具有较短的石墨片。然而孕育良好的益处在于可以有效的减少薄壁处渗碳体的形成，从而改善机加工性能。
综上所述，显然提高灰铸铁强度的可以通过加速凝固速度或者减少碳当量的方法来实现。这二种提高强度 的方法会带来一些缺陷。较低的碳当量会降低其铸造性能，同时会增加缩松缺陷和碳化物的几率。提高凝固速度同时也会增加碳化物形成的风险。由于这些不良因素的存在，我们可以寻找一些其他的方法来细化石墨结构的同时不会降低碳当量，从而保证灰铁仍然具有较好的铸造性能和机加工性能。
有专家做了一系列研究，研究发现一些元素能够改变石墨片的长度。氮可以缩短石墨片的长度，但是如果同时加入铝和钛，石墨片的长度又会增加。这可能是由于铝和钛可以形成稳定的氮化物，从而中和氮的有益影响。最好的解决方法是在控制氮的含量，在铸铁中氮的含量理想范围为0.0095%到0.016%。容易和氮发生反应的元素如铝和钛也应该要严格控制在一个较低的水平，以避免和氮发生反应而消除了氮的有益作用，同时也可以避免钛和氮反应生成氮化钛颗粒引起的机加工问题。
另外一种可以细化石墨结构的元素是钒。有专家中总结了钒在灰铁中的作用，钒在单独或者和钼一起加入灰铁时，可以提高用于汽车制动部件灰铸铁的强度。在含碳3.6%的灰铁中加入0.4%的钒可以获得和含碳3.2%的灰铁相同的抗拉强度 ，同时具有含碳3.6%灰铁的抗热疲劳特性。在含钒的高碳灰铁在加入铜合金并经过良好的孕育后，可以获得较低的白口倾向。在高碳当量的灰铁中适量地加入钒和钼只引起白口倾向细微的增加。这种白口倾向可以通过后期在浇注之前良好的孕育处理来消除。机械性能上来看，钒对提高灰铁强度的作用大约是钼的二倍，当二者同时加入时它们的作用是叠加的。
在相同的碳当量下钒和钼可以带来更加细化的石墨结构以及更加均匀的石墨片。与未加合金的铸铁相比，在加钒的铸铁中可以发现更加细小、数量更多的共晶团。钒可以缩小珠光体的片层间距从而获得细化的珠光体。
讨论
从以上的研究结果看，氮是一种提高灰铁强度的高效元素。然而在使用氮作为强化元素的同时会带来一些挑战和限制。其一要确保氮在铸铁中不能产生裂隙状的氮气孔。随着铸件的壁厚增加氮气孔风险也会相应增高，因此我们必须要建立壁厚和氮含量之间的对照表。另外氮会和一些孕育剂中的元素进行反应从而形成氮化物故推荐在使用氮时，要使用含锆和铝较低的孕育剂。
当在系统中单独或同时加入钒、钼来提高强度时，最有可能产生的缺陷就是碳化物和其引起的不良的机加工性能 。它们在系统中产生的白口倾向，已被证实可以使用含锆和铝的预处理剂和高效孕育剂结合处理来有效的消除白口的形成，改善机加工性能。
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