铬在铸铁中地作用
第六章合金元素在铸铁中的作用及合金铸铁
在铸铁中加入一定的合金元素可以改变铸铁的铸态或热处理后的组织，从而改变其物理性能和化学性能。我们把含有一定数量的合金元素，从而具有特定的物理或化学性能的铸铁称为合金铸铁。本章主要介绍合金铸铁中常见合金元素在铸铁中的作用及合金铸铁的组织及性能特点。
第一节铬在铸铁中的作用及铬系耐磨铸铁
一、铬对铁碳相图的影响及含铬碳化物
为了更好地了解铬在铸铁中的作用，首先介绍有关相图。图6—1是Fe-Cr 二元相图。在Fe-Cr相图中，γ相区接近于环弧状，与Fe-C相图的γ相区相比，其温度范围要小一些，而成分范围更大一些。在该相图中存在着σ相区，这种相为脆性相。
图6—1 Fe-Cr二元相图
1──非平衡磁性转变线2──平衡磁性转变线
图6—2为杰克逊（Jackson）用热分析法得到的Fe-C-Cr三元相图的液相面投影图。
6—2 Fe-C-Cr三元合金的液相面图
该图表明，Fe-C-Cr合金凝固时，随合金成分的不同，可以析出α、γ、K1、K2、K C五种不同的相。在这五种相中，α和γ是固溶体相，其余三个相为结构不同的碳化物相，它们分别为：
K
1＝(Cr,Fe)23C6
K2＝(Cr,Fe)7C3
K C＝(Cr,Fe)3C
按照杰克逊所提出的相图，在准稳态时Fe-Cr-C三元合金有三个包共晶反应和一个包共析反应，即
1449℃时，
L＋K
1→α＋K2
1292℃时，
L＋α→γ＋K
2
1184℃时，
L＋K
2→γ＋K C
795℃时，
γ＋K
2→α＋K C
这三种碳化物的晶体结构类型及其溶解碳和铬的能力见表6—1。由图6—2可以看出，铬对铁碳合金中碳化物的相结构有重要影响。当铬含量很低时，铁碳合金中的碳化物为K C；铬含量较高时，碳化物主要为K2；而只有当铬含量大于60%时，才可以在很窄的含碳量范围里析出K1相。这些碳化物可以和γ相形成共晶体，如果合金是亚共晶成分，则凝固时先析出γ相，当铁液成分达到共晶成分时，析出γ相和碳化物共晶体；如果合金是过共晶成分，则先析出碳化物，然后析出共晶体。
表6—1 Fe-C-Cr中碳化物结构类型及其溶解碳铬能力
通过γ三角区右边的斜线，可以大致估算出获得全共晶组织时铸铁中铬和碳含量的关系（见表6—2）。
表6—2 铸铁中全共晶组织时Cr—C含量（%）
图6—3为Fe-C-Cr三元相图中含铬量分别为5%、13%和25%的等铬量垂直截面图，从中我们可以了解到不同成分的Fe-C-Cr合金冷却过程中组织转变。
6—3 Fe-C-Cr三元相图等铬量垂直截面图（点击放大） (a) 含Cr5%; (b)含Cr13%; (c)含Cr25%
K
1─(Cr,Fe)
23
C
6
；K
2
─(Cr,Fe)
7
C
3
；K
C
─(Cr,Fe)
3
C
许多学者的研究表明，铬对Fe-C相图有以下影响：
（1）减小γ相区，并使共析点左移，γ相中碳的最大溶解度降低，当铬量达到20%时γ相区缩为一点，不再有单独的γ相存在；
（2）使δ相的稳定温度降低；
（3）使α相的稳定温度升高；
（4）随着铬含量的提高，碳化物由(Fe,Cr)3C型依次向(Fe,Cr)7C3和(Fe,Cr)23C6型转变。由于铬对铁碳合金组织的上述影响，使铬在耐磨铸铁中得到广泛应用。
二、含铬铸铁中的初生碳化物
T.奥希德（T.Ohide）用含碳量为4.3%的过共晶铸铁研究了不同铬含量对铸铁中初生碳化物的影响。结果表明，当含铬量为2～5%时，铸铁中初生碳化物为(Fe,Cr)3C型，试样由外表向中心逐层凝固。随着铬含量的提高，试样体积凝固特征增强，当铬含量为20～30%时，初生碳化物为(Fe,Cr)7C3型，?试样具有明显的体积凝固特征。用扫描电镜观察初生碳化物的形貌，(Fe,Cr)3C型碳化物为表面带有沟槽的片状，而(Fe,Cr)7C3型为相互交织的六角形杆状。在过共晶高铬铸铁中，初生碳化物常常处于共晶晶区的中心。由此可以推断，在这种条件下，共晶转变首先在初生碳化物周围开始进行。
三、含铬铸铁中的共晶组织
在莱氏体共晶中渗碳体是领先相，而对于高铬铸铁而言，在(Fe,Cr)7C3型碳化物与奥氏体共晶中奥氏体是领先相。高铬铸铁的共晶属于纤维状的小晶面（碳化物）──非小晶面（奥氏体）共晶，其特征是奥氏体连成一片，在奥氏体或其转变产物上分布着硬而脆的纤维状碳化物(Fe,Cr)7C3，这些碳化物有许多是空心纤维。高铬铸铁所具有的这种组织特征使其韧性有一定程度的提高。
共晶转变的温度区间对铸铁的共晶组织形貌有影响。当共晶转变温度区间较小时，共晶晶区的外形较平坦，碳化物尺寸较小，而且均匀。铬含量对高铬铸铁共晶转变温度区间有影响，图6—4为实测铬含量与共晶转变温度区间的关系。从中可以看出，含铬30%时共晶转变区间最小，只有20℃左右；含铬15%时，共晶转变温度区间最大，大约为65℃。
6—4 共晶转变温度与铬含量的关系
四、铬系耐磨铸铁
按照含铬铸铁的组织结构和使用情况，铬系铸铁可以分为三大类：
第一类为具有良好高温性能的铬系白口铸铁。这种铸铁含铬量为33%，其组织多数为奥氏体和铁铬碳化物，有时也出现铁素体。这种合金除具有一定的耐磨性外，在温度不高于1050℃的高温工作条件下，具有良好的抗氧化性能，也适用与在低腐蚀条件下工作。
第二类为具有良好耐磨性的铬白口铸铁（简称高铬铸铁）。这种铸铁中除含有12～20%的铬外，还含有适量的钼。这类铸铁凝固后的组织为(Fe,Cr)7C3型碳化物和γ相。在随后的冷却过程中，γ相可部分或全部转变为马氏体。当基体全部为马氏体时，这种合金的耐磨性能最好。如果基体中存在部分残余奥氏体，则在载荷作用下，在磨损过程中仍会有一些残余奥氏体转变为马氏体。为了获得良好的耐磨性能，希望这种合金中的奥氏体全部转变为马氏体。但在铸态下，这种转变往往是不充分的，因此这种合金通常要进行热处理。
第三类为低铬合金白口铸铁。与普通白口铸铁相比，这种铸铁中碳化物的稳定性更好。这是因为在这种合金的凝固过程中，铬可以完全溶入碳化物中，而使凝固后得到的碳化物相稳定而不分解。
目前在高合金白口铸铁中使用最广泛的是高铬铸铁，下面详细介绍这种铸铁。
1.高铬铸铁的化学成分与组织
高铬铸铁中的主要合金元素是铬。铬含量在10%?以上时才能可靠地得到
(Fe,Cr)
7C
3
型碳化物。铬除形成碳化物外，还有一部分固溶于γ相中，提高其
淬透性。高铬铸铁的淬透性与铬和碳的含量有关，随铬碳比的增加，淬透性提高，高铬铸铁的铬碳比通常为4～8。
高铬铸铁的性能与其碳化物的含量有直接关系，提高碳化物含量，可以提高其抗磨性，但韧性和淬透性降低。高铬铸铁中碳化物的含量与其碳和铬的含量有关，其定量关系可由下式表示
K%＝11.3C%+0.5Cr%－13.4
由上式可见，提高碳和铬的含量，可提高碳化物的百分含量(K%)，其中碳的作用比铬大得多。
为了提高高铬铸铁的淬透性，往往在高铬铸铁中加入一定的合金元素，这些元素通常是钼、镍、铜等。有时高铬铸铁中还含有少量的钒、硼等元素，其中钒可以使碳化物球化，并细化高铬铸铁的组织，从而使其韧性提高；硼可促进碳化物的形成，并固溶于金属基体中，提高其显微硬度。
高铬铸铁的成分可参见表6—3。
表6—3 美国Climax钼公司高铬铸铁成分及硬度
表中15-3是指Cr15%-Mo3%，15-2-1是指Cr15%-Mo2%-Cu1%，20-2-1是指
Cr20%-Mo2%-Cu1%。在15-3牌号中，高铬铸铁又按碳的高低分为四类，其中低碳的韧性好但硬度低，适合于冲击载荷比较大的工况，高碳的硬度高，但韧性相对较差，适合于冲击载荷较小的场合。
2. 高铬铸铁的铸造性能
高铬铸铁的铸造性能较差，表6—4为几种含铬铸铁的铸造性能，由于高铬铸铁的导热性低，塑性差，收缩大，其热裂和冷裂的倾向都比较大。
表6—4 几种含铬铸铁的铸造性能
3. 高铬铸铁的热处理
要获得具有理想的金相组织和良好的耐磨性的高铬铸铁，热处理是十分重要的环节。图6—5为一种高铬铸铁的等温转变曲线。
图6—5 高铬铸铁等温转变曲线
成分（%）：C2.45% Cr20.2% Mo1.52%
(a) 未去稳定处理 (b) 去稳定处理1000℃/20min
图中所示去稳处理是指升温至奥氏体化温度，析出二次碳化物，使奥氏体中的碳及其它合金元素含量有所降低，从而使奥氏体的稳定性也有所降低的处理过程。若把珠光体转变鼻子在时间轴上的位置称为珠光体时间，则珠光体转变时间（τ珠）与合金成分的关系可用下式计算：
lgτ珠＝2.61－0.51C+0.05Cr+0.37Mo，s
此式适用于下述成分的合金：C1.95～4.31%, Cr10.8～25.8%,Mo0.02～3.80%。
对于连续冷却过程可以采用连续冷却转变曲线（CCT曲线）。图6—6为一种高铬铸铁的连续冷却转变曲线，由该图可以预计不出现珠光体的临界试棒尺寸。对于不同成分的高铬铸铁，不出现珠光体的临界试棒尺寸可用下式估算（D）：
lgD＝0.32＋0.158 (Cr/C)＋0.385Mo, mm
图6—6 高铬铸铁的连续冷却转变曲线
成分（%）：C2.45% Cr20.2% Mo1.52%
奥氏体化处理：1000℃/20min
表6—3 美国Climax钼公司高铬铸铁成分及硬度
表中15-3是指Cr15%-Mo3%，15-2-1是指Cr15%-Mo2%-Cu1%，20-2-1是指Cr20%-Mo2%-Cu1%。在15-3牌号中，高铬铸铁又按碳的高低分为四类，其中低碳的韧性好但硬度低，适合于冲击载荷比较大的工况，高碳的硬度高，但韧性相对较差，适合于冲击载荷较小的场合。
（
C2.8，Cr17，Ni3，Mn3)
珠光体白口铸铁1340～
1290
1145～
1150
7.66 1.8 7.75
240/
(230～260）
＜
高铬白口铸铁
（C2.8，Cr12，
Mo1) 1280～
1295
1220～
1225
7.63
1.83/
（1.8～1.85）
7.8
530/
(500～560）
2/(
高铬白口铸铁
（C2.3，Cr30，
Mn3) 1290～
1300
1270～
1280
－ 1.7～1.9 －375～400
表6—4 几种含铬铸铁的铸造性能
注：1.表中分数的分子为平均值；
2.热裂倾向值越小，热裂倾向越大；
3.铸铁化学成分为％
白口铸铁的分类及高铬白口铸铁的应用
白口铸铁的分类及高铬白口铸铁的应用 白口铸铁是应用较早也是比较广泛的一类耐磨材料，中国早在春秋时代就制成了抗磨性良好的白口铸铁，用作一些抗磨零件。白口铸铁包括普通白口铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁，高合金白口铸铁。普通白口铸铁是不添加合金元素的普通白口铸铁，工程上被应用于耐磨性要求不高的抗磨铸件。低合金白口铸铁脆性仍较大，适用于对耐磨性和韧性要求不太高的场合。中合金白口铸铁以铬为主要合金元素，加入铬量达9%时，这种碳化物呈孤立杆状或板状形态，连续性差，所以韧性好、强度高。目前用得最广泛的是高合金白口铸铁中含铬量为12％～20％的高铬白口铸铁，具有较高的硬度，良好的耐磨性和韧性，广泛应用于采矿、水泥、电力、筑路机械等方面。 随着高铬白口铸铁的应用日益广泛，各种新型刀具如硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具等超硬刀具的应用也日趋广泛。但只有选择正确的刀具，才能更好的解决高铬白口铸铁难加工的问题。以前和华菱刀具工程师交谈时听说华菱立方氮化硼刀具BN-K1加工高铬白口铸铁效果更明显。原因是华菱超硬立方氮化硼刀具BN-K1属于非金属粘合剂，是整体聚晶立方氮化硼刀具，其硬度高，具有良好的耐磨性和抗冲击性能，可有效提高加工效率。 华菱超硬是一家集超硬刀具设计，生产，技术服务于一体的中国民族企业，其刀具方案可全方位、高效的完成硬材料加工行业领域的各种零部件的车削、铣削等一系列加工。目前被广泛应用于高硬度材料，热处理后的高硬度工件，和其他难切削材料的零件领域。自创立以来，与多家机械零部件商家建立了长期合作伙伴关系。 以下是华菱立方氮化硼刀具BN-K1加工高铬白口铸铁的实际加工案例。 一、高铬白口铸铁的特性 高铬白口铸铁是继普通白口铸铁、镍硬铸铁发展起来的第三代白口铸铁。目前高铬铸铁已经是世所公认的优良的耐磨材料，在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面应用十分广泛。高铬白口铸铁作为耐磨铸件在不做任何热处理的情况下，硬度一般在HRC45以上，抗拉强度为650～850MPa。并且高铬白口铸铁时铸造成型的，尤其铸造出的大件切削量余大，并且表面会有夹砂，气孔等铸造缺陷。所以在加工高铬白口铸铁时，选择正确的刀具很重要。 二、加工高铬白口铸铁的刀具选择 高铬铸铁作为难切削材料之一，由于硬度高，硬质合金刀具磨损较快，很难正常加工，而陶瓷刀具由于脆性大的原因，一般只用于精加工中；之后华菱推出的专为高铬白口铸铁研发的整体聚晶立方氮化硼刀具BN-K1，其硬度比硬质合金高四倍，比陶瓷刀具高两倍，并且立方氮化硼刀具BN-K1属于非金属粘合剂，具有良好的耐磨性和抗冲击性能，可提高加工效率，降低加工成本。
白口铸铁
白口铸铁-正文 白口铸铁 白口铸铁(white cast iron) 碳以渗碳体形态存在的铸铁，其断面为灰白色。是一种良好抗磨材料，在磨料磨损条件下工作。白口铸铁包括普通白口铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁，高合金白口铸铁。中国有国家标准(G.B8263—87)。 普通白口铸铁中国早在春秋时代就制成了抗磨性良好的白口铸铁，用作一些抗磨零件。这种铸铁具有高碳低硅的特点，有较高的硬度，但很脆，适用于制造冲击载荷小的零件，一般用在犁铧、磨片、导板等方面。生产中常采用热处理的方法来改善其性能，扩大它的应用范围。碳对于普通白口铸铁的耐磨性能起最重要的作用，含碳量愈高，则形成的渗碳体愈多，构成大量的莱氏体，因而硬度愈高，耐磨性也就愈好。但含碳量高，韧性则下降。应根据零件的具体工作条件，来选择渗碳体的数量和分布。通常普通白口铸铁的硬度与含碳量成直线关系，即HS=16.7C+13(HS—肖氏硬度；C—含碳量百分比)。 低合金白口铸铁在普通白口铸铁中添加少量合金元素，可以提高碳化物显微硬度，强化金属基体，从而可以提高耐磨性。含铬、钼、铜等元素的白口铸铁通常用冲天炉熔炼，大多在铸态下使用，因此成本较低。但这种白口铸铁金相组织中的碳化物仍为连续网状，因而脆性仍较大，适用于对耐磨性和韧性要求不太高的场合。加入硼0.15％～0.55％，硼主要进入碳化物中，也可以提高耐磨性。 中合金白口铸铁以铬为主要合金元素，加入铬量达9％时，组织中即出现(Cr，Fe)7C3。碳化物，它的硬度高达1300～1800HV。这种碳化物呈孤立杆状或板状形态，连续性差，所以韧性好、强度高。除铬外，中合金白口铸铁还有：(1)镍硬白口铸铁，国际镍公司的牌号有Ni—Hard1、2、3、4四种。含镍量多在3％～5％之间，含铬量可分为2％Cr和9％Cr两种。前一种碳化物为(Fe，Cr)3C，硬度为1100～1500HV，高于Fe3c的硬度900～1000HV。后一种大部分为(cr，Fe)7C3，硬度更高。Ni—Hard1、2、3三种均是含2％Cr这一类，其区别
高铬铸铁金相组织
通过试验研究，得到铸态高铬白口铸铁的金相组织主要为：铬奥氏体加M7C3共晶碳化物和铬屈氏体加M7C3共晶碳化物；采用稀土变质处理，可使晶粒细化，从而有效地提高机械性能和抗磨性能。 关键词：铸态高铬白口铸铁；稀土；抗磨性能 高铬铸铁是一种常用的抗磨铸铁。铬的大量加入，使碳化物变成具有更高硬度(1300～1800HV)的M7C3型碳化物，从而提高了抗磨性。在此同时，凝固过程中M7C3型碳化物形成了孤立分布的杆状组织，使得高铬白口铸铁的韧性有了一定程度的改善。目前国内外生产的高铬白口铸铁大多要经过高温淬火加回火处理工艺，以获得马氏体基体，然而这种基体作为水泥磨机磨球材料在高应力小能量的三体磨损中，其韧性仍显不足。并且生产周期长，工艺复杂，设备投资、能源消耗和劳动强度均较大。 本文通过试验对含碳量在亚共晶区，含铬15％左右的高铬白口铸铁进行了铸态金相组织分析及性能研究。试验结果表明：铸态高铬白口铸铁的主要金相组织是铬奥氏体加M7C3共晶碳化物和铬屈氏体加M7C3共晶碳化物。经过稀土变质处理后，可有效改善碳化物形态及分布，均匀组织，细化晶粒，明显提高韧性和强度，提高抗磨性。 一、试验方法及结果 试验用的合金材料在酸性中频无芯感应电炉内熔化，熔化温度在1530℃以上，浇注温度为1380～1450℃，砂型铸造。化学成分、机械性能和金相组织见表l。
机槭性能试验：冲击韧性在JB30A摆锤式冲击试验机上测定，试样尺寸10×lO×55mm，无缺口，不加工。 磨损性能试验在AMSLERAl35/138型动载磨损试验机上进行．试样尺寸Φ32×10mm．中心孔直径Φ6mm，磨料采用28/75目石英砂．试验前预磨lh，三体磨损加水平和垂直方向的冲击，冲击载荷为50～100kg．正式磨损时间20h。试验的失重值在自动电光分析天平上测定． 二、金相组织分析 1 含碳量对金相组织的影响 由表l可知lA、4A基体组织均为屈氏体加M7C3当成分中的含碳量增加时，共晶M7C3的数量增加，形态亦从短小片状向粗大片状发展。M7C3具有高的硬度和高的磨料磨损抗力，数量增加能提高抗磨性；但碳量超过共晶碳量，初生碳化物很粗，在磨料的冲击下会碎裂，从而增加了磨损时的失重。 2 混合稀土变质处理对金相组织的影响 图1 试样6B的金相组织200× 图2 试样10B的金相组织200× 图l、2分别为B组试验中碳铬含量相同．来经处理和经稀土变质处理的金相组织。基体组织主要为铬奥氏体加M7C3共晶碳化物。图示表明，稀土的加入对组织最直观的影响是细化晶粒改变碳化物形态
灰铸铁白口成因
引用引用灰铸铁、球墨铸铁渗碳体的成因与防止 引用 的 引用 的 化学元素Ti 球墨铸铁 张文和，丁俊，聂富荣 (铸峰特殊合金有限公司销售公司，南京210002) 摘要：灰铸铁、球墨铸铁铸件生产过程中，往往出现游离渗碳体。本文从铸铁的常规化学成分；反石墨化元素；O、N、H气体元素；共晶团数；冷却速度；铸铁的熔炼；炉料遗传性；共晶最后阶段凝固特点等方面，阐述铸铁渗碳体出现的原因，并提出相应的防止措施。
关键词：渗碳体；石墨化；白口倾向；共晶团；孕育 铸铁凝固时，铁液按稳定系结晶，碳原子以石墨状态析出，铸铁断口呈灰色，得到灰铸铁；铁液按介稳定系结晶，碳原子与铁原子结合成碳化铁，断口呈白色，得到白口铸铁；介于两者之间，得到麻口铸铁。 铸铁中碳原子聚合成石墨的过程，称石墨化。 灰铸铁共晶阶段冷却曲线如图1， TE1——稳定系共晶转变开始温度 TE——介稳定系共晶转变开始温度TE TEN——共晶生核开始温度 TEU——大量形核温度 TER——共晶回升温度最高值
TS——共晶转变终了温度 如果TEU>TE、TS>TE则得到全部灰口组织；如果TEN
高铬耐蚀铸铁
高铬耐蚀铸铁 成分组织和性能 高铬耐蚀铸铁中铬的质量分数为20-36%，在氧化性腐蚀介质中，其表面能生成一层很薄（约10nm）且附着紧密的氧化膜，从而大大提高了耐腐蚀性。高铬耐蚀铸铁属于白口铸铁，其硬度较高，因此不但耐蚀性好，还有优异的抗固液两相流冲蚀磨损性能，其耐热性也很好。 高铬耐蚀铸铁的金相组织为合金基体上较均匀分布着碳化物，基体可以是铁素体、奥氏体或铁素体＋奥氏体混合基体。当合金含碳量较低（＜1.3%C），且奥氏体稳定元素镍、铜、氮含量很少时，基体为铁素体；当含碳量较高，或含一定量奥氏体稳定化合金元素时，基体为奥氏体，或奥氏体加铁素体混合基体。高铬耐蚀铸铁的化学成分和力学性能分别见表 高铬耐蚀铸铁的碳化物数量取决于其化学成分，主要与碳、硅和铬有关。碳、硅、铬量高，碳化物数量多，碳增加碳化物的作用最大，硅的作用是碳的1/4，铬的作用是碳的1/30。碳化物主要是凝固过程中形成的共晶碳化物。 高铬耐蚀铸铁中的碳化物的耐蚀性优于基体，提高耐蚀性的关键是提高基体的耐蚀性，而基体的耐蚀性主要取决于其含铬量。 高铬耐蚀铸铁中加入钼、镍和铜可进一步增加耐蚀性，特别是在酸性介质中的耐蚀性。但随镍和铜加入量增加，铸铁基体由铁素体变为奥氏体，耐相间腐蚀（与晶间腐蚀现象一致）性能下降。 铁素体高铬耐蚀铸铁很脆，含铬量越高，脆性越大。奥氏体基体的高铬耐蚀铸铁，如-". 合金，有较高的力学性能，强韧性优于普通灰铸铁。
同普通的高铬抗磨铸铁相比，高铬耐蚀铸铁的碳含量低，铬含量高，因而其流动性更差，铁液氧化倾向更大，收缩和热裂倾向也更大。 工艺特性及化学成分 化学成分对高铬耐蚀铸铁的使用性能有显著影响。铬的含量越高，铸造工艺性越差，但铬含量范围是根据铸件的使用环境确定的，降低铬会影响铸件的使用性能。碳和硅高有利于改善铁液的流动性，提高充型能力，降低氧化倾向，减少铸件的冷隔和皱皮缺陷，但也增加合金的脆性。在铁素体基体的高铬耐蚀铸铁中，硅含量高会显著粗化合金显微组织，增加合金脆性；在奥氏体基体高铬耐蚀铸铁中硅对力学性能没有显著影响。锰对高铬耐蚀铸铁的使用性能没有明显影响，锰含量高有利于铁液脱氧，改善充型能力。磷和硫含量高会增加合金晶界夹杂物，对韧性不利，故磷、硫含量越低越好。 钼对铸造工艺性能的影响与铬类似。镍和铜对合金铸造工艺性没有明显影响，但可改善合金的力学性能。镍、铜和碳对合金基体组织的影响必须十分注意。不含镍或含很少量镍时，其晶间腐蚀特性与铁素体不锈钢相同，即从高温缓慢冷却，其耐蚀性好；从高温快冷，被敏化，发生晶间腐蚀。当含镍量增加到一定值，基体中尚未出现奥氏体时，合金的敏化特点就发生转变，从高温快冷不敏化，慢冷则发生敏化，这与奥氏体不锈钢有相同的敏化特征。奥氏体基体和奥氏体" 铁素体混合基体的高铬耐蚀铸铁的敏化特性都与奥氏体不锈钢相同。 奥氏体基体的高铬耐蚀铸铁力学性能，特别是韧性不但远高于铁素体耐蚀高铬铸铁，也高于用于耐磨的高铬铸铁，其冷裂倾向也小于后两者。 无论是奥氏体还是铁素体的高铬耐蚀铸铁，机械加工性能都大大优于耐磨高铬铸铁，可以实施各种加工。铁素体高铬耐蚀铸铁加工性能比奥氏体高铬耐蚀铸铁更好一些。 铸件热处理高铬耐蚀铸铁件都可以铸态使用，铁素体高铬耐蚀铸铁退火后可以改善加工性和耐蚀性。退火工艺是把铸件缓慢加热到820 －850℃之后保温，出炉空冷。当加热温度大于860℃时，铁素体高铬耐蚀铸铁会发生敏化，耐蚀性降低。如果在700－800℃之间停留时间过长，Cr28以上铁素体高铬耐蚀铸铁可能产生硬而脆的σ相，使力学性能和耐蚀性降低，在370-540℃之间长期保温，铁素体高铬耐蚀铸铁还会发生脆性转变，使韧性大大降低，硬度升高。 奥氏体基体高铬耐蚀铸铁的热处理特性与奥氏体钢相同，经高温固溶处理可以进一步改善韧性和耐蚀性，但由于淬火过程中铸件有开裂的危险，一般不能采用。在600-900℃之间保温会有二次碳化物析出，硬度提高，韧性和耐蚀性都稍有下降，在合金耐蚀性足够，需要进一步提高硬度时可以采用，但保温时间不能过长，否则可能有σ相析出。如果铸件需消除铸造应力，可以加热到430-480℃保温，保温时间按铸件厚度，每25mm 保温4h，保温后随炉缓冷。 高铬白口铸铁 合金元素的作用 碳：提高碳量则增加碳化物数量，其效果比提高铬量更为显著。碳化物体积分数可以用下式估算。 增加碳化物数量能提高抗磨性，但降低韧度。 铬：铬是高铬白口铸铁中的主要合金元素。铬除与碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奥氏体中，提高淬透性。淬透性随Cr/C的增加而提高。基体中铬的质量分数可以下式估算。
高铬铸铁的热处理
高铬铸铁的热处理 1. 退火 由于高铬制品其铸态硬度较高，为改善工件的机械加工性能，所有毛坯必须进行必要的软化退火处理。 具体工艺( 以壁厚不超过100mm且外形较复杂铸件为例) 如下。 首先将需处理工件在室温下装入热处理炉，然后随炉缓慢升温至400 ℃左右进行保温1 ～2h，随后将炉温升至600 ℃再进行保温1 ～2h，之后以不超过150 ℃/ h的温升速度，将炉温快速升至950 ℃后进行2 ～3h 的保温，而后停止加热，待炉温自然降至820 ℃左右，此后可控制电炉以10 ～15 ℃/ h 的温降速度将炉温降至700 ～720 ℃，并在此温度保温4 ～6h ( 工件越厚其保温时间应越长) 后停炉，工件可视情况随炉冷却或出炉置于静止的空气中冷却至室温( 以获得珠光体基体，满足性能要求，便于切削加工) 。 具体生产中，若所处理工件形状较为简单，也可采用较快速的退火工艺，即在温升至950 ℃并保温3h 后停炉，之后可随炉冷却至400 ℃左右，然后打开炉门，继续冷却至300 ℃以下，工件即可出炉空冷。 工件退火后可进行机械加工，由于高铬白口铸铁在淬火过程中尺寸变化比铸钢和灰铸铁小的多，一般无须矫正尺
寸，对于按工艺要求需磨削加工的工件所留磨削量也可很小。 2. 淬火 将机械加工后的工件室温装炉，以小于80 ℃/ h 的温升速度将炉温升至600 ℃( 若工件较厚或形状较复杂，可在温升至300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃时分别给予0. 5h 的保温) ，之后以不超过150 ℃/ h 的温升速度将炉温升至淬火温度950 ～980 ℃后进行保温，保温时间为2～4h ( 视工件厚薄不同保温时间有所差别，越厚保温时间越长) ，而后将工件快速出炉进行空冷，若遇环境气温较高，淬火时应辅以强风和水雾喷洒，以强化冷却，淬火工艺曲线如图2 所示。 3. 回火 为降低铸件残余应力和脆性，并保持其淬火得到的高硬度和耐磨性，同时也使马氏体得以回火，以及残余奥氏体有所减少，应对淬火后的工件再进行230 ～260 ℃的回火处理。具体工艺为: 将工件在室温状态下装炉，再升温至230 ～260 ℃，保温3 ～6h，之后出炉空冷。
高铬铸铁的熔炼
一、高铬铸铁的熔炼 1. 高铬铸铁化学成分( 见下表) 2. 原料要求 另外，还需工业纯铜和废旧电极块( 用于调整碳含量) 等。 3. 熔炼工艺要求 ( 1) 出炉温度高铬铸铁的熔点比一般铸铁高，约为1200 ℃，出炉温度约为1500 ℃，熔炼选用中频感应电炉。 ( 2) 炉衬采用酸性或碱性炉衬均可，炉衬的配比、打结、烘干和烧结均按常规工艺进行。 ( 3) 装料一般按正常顺序加料，先将灰生铁、钼铁等难熔铁合金装入炉底，而后将废钢等按照下紧上松的原则装填( 有助于塌料) 。 ( 4) 送电熔化将电炉功率调至最大进行熔化，由于Cr 的熔炼损耗较大( 约 5 % ～15 %) ，故铬铁应在最后加入，通常是待废钢全部熔化后加入烤红的铬铁。 ( 5) 脱氧待金属炉料全部熔化并提温至1480 ℃后，再加入锰铁、硅铁及铝进行脱氧。 ( 6) 浇注在中频感应炉中熔化，温度不必太高，温度达到1480 ℃时即可出炉，铁液在包内应停留一段时间进行镇静，视工件大小不同可在1380 ～1410 ℃之间进行浇注。 二、生产工艺要点 (1) 高铬铸铁铸造性能较差，其热导率低，塑性差，收缩量大，且有大的热裂和冷裂倾向，在铸造工艺上要将铸钢和铸铁的特点结合起来考虑，必须充分注意铸件的补缩问题，其原则与铸钢件相同( 采用冒口和冷铁，且遵循顺序凝固原理) 。由于合金中铬含量高，易在铁液表面结膜，所以看起来铁液流动性差，但实际上流动性较好。 ( 2) 造型宜采用水玻璃硅砂等强度高且透气性好的砂型，涂料应采用耐火度高的高铝粉或镁粉与酒精混合拌制。另外，为获得细晶粒组织和好的表面质量，在铸件外形不太复杂的情况下，金属型铸造也被广泛采用。 1
高铬铸铁(上篇)
铮铮硬骨高铬铸铁（上篇）2009-8-5 17:20:49 高铬白口抗磨铸铁（以下简称高铬铸铁）是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料。它以比合金钢高得多的耐磨性，和比一般白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。 高铬铸铁属金属耐磨材料、抗磨铸铁类铬系抗磨铸铁的一个重要分支，是继普通白口铸铁、镍硬铸铁而发展起来的第三代白口铸铁。早在1917年就出现了第一个高铬铸铁专利。高铬铸铁一般泛指含Cr量在11-30%之间，含C量在2.0-3.6%之间的合金白口铸铁。我国抗磨白口铸铁国家标准（GB/T8623）规定了高铬白口铸铁的牌号、成分、硬度及热处理工艺和使用特性。其典型成分及工艺如下表： 表1高铬铸铁的牌号及化学成分（GB/T 8623） %
表2高铬铸铁的硬度（GB/T 8623）
表3 高铬铸铁件热处理规范（GB/T 8623）
美国高铬铸铁执行标准为ASTMA532M，英国为BS4844，德国为DIN1695，法国为NFA32401。俄罗斯在前苏联时期曾研制了12-15%Cr、3-5.5%Mn，壁厚达200mm 的球磨机衬板，现执行?OCT7769标准。特别值得一提的是在近一个世纪里，曾为抗磨白口铸铁做出了卓越贡献的美国克莱梅克斯（Climax）钼业公司。1928年该公司首先发明了镍硬铸铁，把抗磨铸铁科技推向了一个空前高度。1974年为纪念国际GIFA，在杜赛尔多夫展览会上展示了名为“神秘1号”和“神秘2号”。即经典的高铬抗磨铸铁153（Cr15Mo3）和1521（Cr15Mo2Cu），现如今克莱梅克斯公司执行高铬铸铁标准如下，栏主提示大家这是特别值得一看的。
高铬耐磨铸铁
2)高铬耐磨铸铁 70年代西安交通大学等单位开始引入高铬白口铁作为衬板及其它零件材料，并在热处理及推广应用上做了不少工作;同期山东工业大学率先在高铬及锰、钨、钒系白口铁的碳化物团球化方面开展了卓有成效的研究，使白口铁韧性有了成倍的提高，并成功地将球化高铬白口铁用于生产衬板及其它零件，不仅用于国内，还有批量出口，为此于1988年获得国家发明二等奖。此后，合肥工业大学、北京钢院、沈阳铸造所等单位在这一领域也做了大量的研究和推广应用工作。高铬铸铁中含Cr高达12--28%。由于Cr的大量加人，其组织中碳化物由连续网状的M3C型转变为断续板条状的M7C3型，从而使得其对基体的破坏作用大为减小，材质韧性有所提高。但因高铬白口铁固有的韧性偏低 (ak=3--5J/cmZ)、耐蚀性差的缺点、成本偏高以及它在湿态下的磨损寿命并不高，致使其在国内应用还是有限。尽管如此，其在一般工矿条件下表现出的优良耐磨性仍使其得到广泛应用。 高铬铸铁是抗磨料磨损的王牌材料，该材料的初始硬度高，但是冲击韧度差不抗冲击，如果是单纯的磨料磨损，它的使用寿命是高锰钢的5-10倍。 化学成分： 机械性能: Cr>11%的高铬白口铸铁的共晶碳化物为六方晶系的M7C3，（CrFe）7C3硬度为HRM501200-1800，比一般白口铸铁的共晶碳化物Fe3C3（HRV50840-1100）高，同时凝固时（CrFe）7C3 是孤立相，而奥氏体是连续相，因而韧性较普通白口铸铁大有改善，因此是搞磨粒磨损和抗切削磨损的首选材料。国外应用较多，主要用于中低冲击负荷工况条件的衬板、锤头、磨球、渣浆泵过流部件等大中型磨损
件。国内外对高铬铸铁的磨损机制、断裂机制、断裂韧性（K1c值）、裂纹扩展机理进行了一系列的研究，结果表明高铬铸铁可通过调整碳化物的大小和形态、二次碳化物量及弥散度以及基体组织（马氏体、奥氏体、索氏体），从而调整性能、满足工作使用要求。近年来国内有关单位也开展了高铬铸铁衬板的研究，其耐磨性可达同工况下高锰钢的2倍以上。但这些材料的韧性仍嫌较低（10×10×55mm无缺口试样的冲击值≤7.3J/cm2）而且含钼、铜等合金元素，生产成本较高。因此这类高铬铸铁仍有待进一步改进和完善。 3)中碳合金钢 这类合金钢衬板组织类型有马氏体、马氏体一贝氏体、贝氏体等，热处理工艺上有水淬、油淬、空淬、等温淬火、分级淬火、亚临界处理等，且大多都是瞄准湿态工况下的磨机衬板。如贝氏体组织强韧性配合良好，自从Bain在上世纪20年代末发现这种组织以来，贝氏体组织的特殊性能日益受到重视，其研究应用工作得到广泛开展。上世纪70年代，贝氏体球墨铸铁的发明，被誉为“本世纪铸铁冶金领域重大发明”。贝氏体钢和贝氏体球墨铸铁目前正成为耐磨材料领域的研究热点。这类合金钢衬板从应用效果上看，寿命比锰钢衬板有一定幅度的提高。如合肥水泥研究院研制的高碳中铬钢、中碳多元合金钢衬板，在湿法水泥磨、铜矿、钥矿等方面的多家用户使用中取得了良好的效果;西安交通大学等单位研制的中铬钢，在湿法铁矿下的寿命预计可达4400小时;洛阳工学院40SIMnZCrM。Cu衬板在金矿湿式磨机上试用寿命为2一10个月;50siMnZcrMocu 衬板，在湿式碱性铝矿磨机上应用，按4个月时检查的情况推测寿命为一年。但是，中碳合金钢韧性与耐蚀性不够。 4)橡胶 橡胶衬板己经在湿磨机上得到应用，取得了良好的使用效果，特别是降低噪音方面。各种系列的材质都各有优缺点，在选用衬板材质时首先考虑到不同工况条件下材料表现出不同的耐磨性;同时保证衬板安全可靠使用的前提。橡胶内衬选用的是耐磨橡胶，厚度约为50~，比石质衬板薄(约1/3~1/4)，同时因为橡胶比重较小，故其总重量只有石质衬板的1/6左右，且具有以下优点:(l)同型号球磨机内部有效工作空间增加10%一20%;(2)球磨机自重小，为石质衬板的500/0左右，工作电耗大大降低;(3)工作噪音低;(4)使用寿命长，更换容易。
铬在铸铁中的作用
第六章合金元素在铸铁中的作用及合金铸铁 在铸铁中加入一定的合金元素可以改变铸铁的铸态或热处理后的组织，从而改变其物理性能和化学性能。我们把含有一定数量的合金元素，从而具有特定的物理或化学性能的铸铁称为合金铸铁。本章主要介绍合金铸铁中常见合金元素在铸铁中的作用及合金铸铁的组织及性能特点。 第一节铬在铸铁中的作用及铬系耐磨铸铁 一、铬对铁碳相图的影响及含铬碳化物 为了更好地了解铬在铸铁中的作用，首先介绍有关相图。图6—1是Fe-Cr 二元相图。在Fe-Cr相图中，γ相区接近于环弧状，与Fe-C相图的γ相区相比，其温度范围要小一些，而成分范围更大一些。在该相图中存在着σ相区，这种相为脆性相。
图6—1 Fe-Cr二元相图 1──非平衡磁性转变线2──平衡磁性转变线 图6—2为杰克逊（Jackson）用热分析法得到的Fe-C-Cr三元相图的液相面投影图。 6—2 Fe-C-Cr三元合金的液相面图 该图表明，Fe-C-Cr合金凝固时，随合金成分的不同，可以析出α、γ、K1、K2、K C五种不同的相。在这五种相中，α和γ是固溶体相，其余三个相为结构不同的碳化物相，它们分别为： K 1＝(Cr,Fe) 23 C 6 K 2 ＝(Cr,Fe) 7 C 3 K C ＝(Cr,Fe) 3 C
按照杰克逊所提出的相图，在准稳态时Fe-Cr-C三元合金有三个包共晶反应和一个包共析反应，即 1449℃时， L＋K 1→α＋K 2 1292℃时， L＋α→γ＋K 2 1184℃时， L＋K 2→γ＋K C 795℃时， γ＋K 2→α＋K C 这三种碳化物的晶体结构类型及其溶解碳和铬的能力见表6—1。由图6—2可以看出，铬对铁碳合金中碳化物的相结构有重要影响。当铬含量很低时，铁碳合金中的碳化物为K C；铬含量较高时，碳化物主要为K2；而只有当铬含量大于60%时，才可以在很窄的含碳量范围里析出K1相。这些碳化物可以和γ相形成共晶体，如果合金是亚共晶成分，则凝固时先析出γ相，当铁液成分达到共晶成分时，析出γ相和碳化物共晶体；如果合金是过共晶成分，则先析出碳化物，然后析出共晶体。 表6—1 Fe-C-Cr中碳化物结构类型及其溶解碳铬能力
高铬铸铁成分分析
2.1 原材料及使用设备 原材料： 高铬铸铁江苏大丰 试验设备： 原子吸收分光光度计北京普析通用仪器有限公司 热处理炉武汉市汉口电炉责任有限公司 摆锤冲击试验机深圳市新三思材料检测有限公司砂轮机江苏砂轮机厂 金相试样抛光机上海金相机械设备有限公司 洛氏硬度计山东掖县材料试验机厂 立式金相显微镜南京江南光电股份有限公司 2.2 原材料成分分析 2.2.1 过硫酸铵-银盐氧化容量法测量铬的含量 2.2.1.1 试验原理 试样用硫磷硝混酸溶解，以硝酸银为催化剂将3价的铬氧化为6价，同时锰也被氧化为高锰酸。加氧化钠除去高锰酸的干扰，用过量的硫酸亚铁铵按标准将6价的铬还原为3价，再以高锰酸钾标准溶液回滴过量的硫酸亚铁铵。根据硫酸亚铁铵标准溶液的实际消耗量计算出铬含量。 2.2.1.2 试验采用的试剂 硫磷混酸：于76ml水中，缓慢加入硫酸（d=1.84）16ml，冷却，加入磷酸（d=1.70）80ml； 硝酸溶液：（d=1.42）； 0.5%的硝酸银溶液； 25%的过硫酸铵溶液； 5%的氯化钠溶液； 0.005N或0.01N的硫酸亚铁铵标准溶液； 0.005N或0.01N的高锰酸钾标准溶液。 2.2.1.3 试验步骤 称取试样0.1g，置于250ml锥形瓶中，加硫磷混酸60ml，低温加热溶解后，滴加硝酸氨化，煮沸驱尽氮的氧化物，蒸发冒烟0.5-1分钟，稍冷。加热水约70ml，温热使盐类溶解，过滤于500ml锥形瓶中。加热水至体积约150ml，加硝酸银溶液5ml，过硫酸铵溶液20ml，煮沸至铬氧化完全。继续煮沸至翻大气泡，使过量的过硫酸铵溶液完全分解。加入氯化钠溶液5ml，煮沸至红色消失而呈绿色。再多加5ml，并且加1-2滴N-苯代邻氨基甲酸指示剂用硫酸亚铁铵标准溶液直接滴定至亮绿色。 按下式计算试样的含铬量：
高合金白口铸铁
高合金白口铸铁 按合金种类，常用的高合金白口铸铁可分为：镍铬系、铬钼系、高铬系、钨系等四大系列。除钨系外，其他三系列均被列入我国抗磨白口铸铁标准中，见表1。 1．镍铬系在国外称镍硬铸铁，一般w(Ni)=3.3%～7.0%之间。它的突出优点：强韧性好，可在较低温度下热处理，对于许多木宜进行高温热处理的大铸件及易形成裂纹的结构件是十分有利的。表2是美国ASTM镍硬铸铁的化学成分，表中的镍硬Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ与我国的KmTBNi4Cr2–GT、KmTBNi4Cr2–DT、KmTBCr9Ni5基本对应。 表1 抗磨白口铸铁的牌号及其化学成分(GB/T8263–1999) 注：镍硬铸铁：w(S)≤0.15%，w(P)≤0.15%；KmTBCr2：w(S)≤0.1%。w(P)≤0.15%；其他牌号w(S)≤0.06%，w(P)≤0.10%。 ①牌号中，“DT”和“GT”分别是“低碳”和“高碳”的汉语拼音字的第一个大写字母，表示该牌号含碳量的高低。 ②一般情况下，该牌号应含钼(Mo)。
表2 美国镍硬铸铁的化学成分(ASTM A532M–93a)(质量分数，%) 2．铬钼系铬钼系合金白口铸铁含w(Cr)=7～23%，并含有w(Mo)≤3%，在我国标准中，主要是表1中的如下四种： KmTBCr8 KmTBCr12 KmTBCr15Mo KmTBCr20Mo 其中，中铬(KmTBCr8)铸铁是我国特色的耐磨材料，特别是高Si/C中铬铸铁及中铬硅铸铁已取得广泛应用。该铸铁的突出特点是C、Cr、Si合金化后使Cr/C ≈3时形成的共晶碳化物为M7C3型，从而使铸铁具有较好的综合力学性能及高的性能价格比。 KmTBCr12的淬透性有限，故大多数不以淬火回火态使用。铸造后只经去应力处理即可。铸态基体是抗冲击疲劳性能优异的珠光体基体及M7C3共晶碳化物。 KmTBCr15Mo是研究得较深入，应用极广泛的高Cr白口铸铁。经空淬回火处理后使用，硬度高，硬韧性好，具有优异的抗冲刷及抗冲击磨损性能。 KmTBCr20Mo高铬铸铁因含Cr量高，Cr/C也相对较大，故淬透性、硬度、韧性以及耐蚀性均较好。适用于厚大耐磨件以及要求有一定冲击、在湿态磨料磨损条件下工作的零件。 3．高铬系此类铸铁含Cr最高，高的铬量可使抗磨性、耐蚀性、韧性、淬透性均比KmTBCr20Mo高，抵抗磨蚀磨损及热磨损的能力也大人增加。在酸性介质中w(Cr)=28%的白口铸铁耐磨性、抗高温氧化性比w(Cr)=15%优越得多。铸铁的含碳量可在w(C)=2%～3.3%范围内变化，增加铬最、降低碳量可以提高腐蚀磨损抗力。Cr26高铬铸铁件多数是淬回火态使用，也可以铸态使用。
高铬合金耐磨铸铁生产技术
高铬合金耐磨铸铁生产技术（转 一、高铬铸铁的熔炼 1. 高铬铸铁化学成分( 见下表) 2. 原料要求 另外，还需工业纯铜和废旧电极块( 用于调整碳含量) 等。 3. 熔炼工艺要求 ( 1) 出炉温度高铬铸铁的熔点比一般铸铁高，约为1200 ℃，出炉温度约为1500 ℃，熔炼选用中频感应电炉。 ( 2) 炉衬采用酸性或碱性炉衬均可，炉衬的配比、打结、烘干和烧结均按常规工艺进行。 ( 3) 装料一般按正常顺序加料，先将灰生铁、钼铁等难熔铁合金装入炉底，而后将废钢等按照下紧上松的原则装填( 有助于塌料) 。 ( 4) 送电熔化将电炉功率调至最大进行熔化，由于Cr 的熔炼损耗较大( 约5 % ～15 %) ，故铬铁应在最后加入，通常是待废钢全部熔化后加入烤红的铬铁。 ( 5) 脱氧待金属炉料全部熔化并提温至1480 ℃后，再加入锰铁、硅铁及铝进行脱氧。 ( 6) 浇注在中频感应炉中熔化，温度不必太高，温度达到1480 ℃时即可出炉，铁液在包内应停留一段时间进行镇静，视工件大小不同可在1380 ～1410 ℃之间进行浇注。 二、生产工艺要点
(1) 高铬铸铁铸造性能较差，其热导率低，塑性差，收缩量大，且有大的热裂和冷裂倾向，在铸造工艺上要将铸钢和铸铁的特点结合起来考虑，必须充分注意铸件的补缩问题，其原则与铸钢件相同( 采用冒口和冷铁，且遵循顺序凝固原理) 。由于合金中铬含量高，易在铁液表面结膜，所以看起来铁液流动性差，但实际上流动性较好。 ( 2) 造型宜采用水玻璃硅砂等强度高且透气性好的砂型，涂料应采用耐火度高的高铝粉或镁粉与酒精混合拌制。另外，为获得细晶粒组织和好的表面质量，在铸件外形不太复杂的情况下，金属型铸造也被广泛采用。 ( 3) 高铬铸铁的收缩量与铸钢相近，模样制作上其线收缩率可按1. 8 % ～2 % 进行计算。在砂型制作上，其冒口大小可按碳钢的规定进行计算，而浇注系统则按灰铸铁计算，但需把各截面积增加20 % ～30 % 。浇冒口的选择应注意两个方面: 一是要保证铸件工作带( 使用部位) 的质量; 二是要尽量提高铸件的成品率。 ( 4) 由于高铬铸件的冒口不易切除，因此造型时在冒口形式上宜采用侧冒口或易割冒口。 ( 5) 在具体零件的铸造工艺设计上，要注意不能让铸件出现受阻收缩，以免造成开裂。另外，浇注后开箱温度过高也极易造成铸件开裂，540 ℃以下的缓冷是十分必要的，应使铸件在铸型中充分冷却，然后再开箱清砂，或开箱后先勿清砂而堆在一起( 铸件、浇冒系统等) 围干砂缓冷。开箱周围环境必须保持干燥，不得潮湿有水，否则极易造成铸件裂纹。 ( 6) 浇注温度要低，有利于细化树枝晶和共晶组织，而且可避免出现因温度过高而造成的收缩过大及表面粘砂等缺陷。浇注温度一般比其液相线( 1290 ～1350 ℃) 高55 ℃左右，轻小件一般控制在1380 ～1420 ℃，壁厚100mm以上的厚重件控制在1350 ～1400 ℃。 三、高铬铸铁的热处理 1. 退火 由于高铬制品其铸态硬度较高，为改善工件的机械加工性能，所有毛坯必须进行必要的软化退火处理。 具体工艺( 工艺曲线见图1 ，以壁厚不超过100mm且外形较复杂铸件为例) 如下。 首先将需处理工件在室温下装入热处理炉，然后随炉缓慢升温至400 ℃左右进行保温1 ～2h，随后将炉温升至600 ℃再进行保温1 ～2h，之后以不超过150 ℃/ h的温升速度，将炉温
高铬白口抗磨铸铁资料1
高铬白口抗磨铸铁（以下简称高铬铸铁）是一种因性能优良而特别受到业内重视的抗磨材料。在耐磨性上，它比合金钢高得多；在韧性、强度上，它又比一般白口铸铁高得多；同时，它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，而且生产便捷、成本适中，因此成为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。 高铬铸铁属金属耐磨材料中抗磨铸铁类铬系抗磨铸铁的一个重要分支，是继普通白口铸铁、镍硬铸铁之后发展起来的第三代白口铸铁。高铬铸铁一般指含铬量在11%~30%、含碳量在2.0%~3.6%范围的合金白口铸铁。早在1917年就出现了第一个高铬铸铁专利。我国抗磨白口铸铁国家标准（G B /T 8623）规定了高铬白口铸铁的牌号、成分、硬度及热处理工艺和使用特性。 美国高铬铸铁执行标准为A S T M A 532M ，英国为B S 4844，德国为D I N 1695，法国为N F A 32401。俄罗斯在前苏联时期曾研制了含铬量12%~15%、含锰量3%~5.5%、壁厚达200m m 的球磨机衬板，现执行ГO C T 7769标准。特别值得一提的是，美国克莱梅克斯（C l i m a x ）钼业公司曾在近一个世纪的时间里，为抗磨白口铸铁的发展做出了卓越的贡献。1928年，该公司首先发明了镍硬铸铁，从而将抗磨铸铁技术推向了一个空前的高度。1974年，为纪念国际G I F A ，该公司在杜赛尔多夫展览会上展示了其名为“神秘1号”和“神秘2号”的经典高铬抗磨铸铁153（C r 15M o 3）和1521（C r 15M o 2C u ）。目前，克莱梅克斯公司执行的高铬铸铁标准见附表所示。栏主特别提示大家，这是非常值得一看的。 对高铬铸铁的规模化工业应用，发达国家始于上世纪60年代。我国则于1969年，由当时的机械工业部与新日铁公司及八幡厂技术实验中心联合在武钢进行了轧钢实验，并取得了很好的效果。很快，由国防工业出版社出版的第一部较为全面、详细地向国内读者介绍高铬铸铁化学成分、合金元素的影响及熔炼和热处理相关问题的图书———《高铬铸铁轧辊的力学性能》问世。而我国在抗磨料磨损方面的应用研究，则始于1973年西安交大铸工教研室与西安电力机械厂开始进行的电厂制粉系统易损件的攻关。他们于1980年编译出版了对我国耐磨材料行业有重要贡献的《磨料磨损与耐磨合金译文集》。这本内容近300页、价格0.95元人民币的专著，可谓影响了整整一代耐磨材料工作者。到了1986年，由西安交大周庆德教授在多年的教学研究基础上总结编纂的真正具有中国特色与极强技术指导和工艺实操性的《铬系抗磨铸铁》一书出版。都说“好书育人”，这本蓝色封面八开的论文集，可谓是“好书中的好书”！当时正值我国铸造工业感应电炉如2000年水泥工业的N S P 窑一般，因技术成熟、造价大幅度降低而猛烈推广之际，不经意间成了我国高铬抗磨技术起飞的助推器之一。 栏主生平在磨机衬板研究中的得意之事之一，便是于1988年初安装在河南香山集团（前身为河南偃师水泥厂）椎2.2×6.5m 水泥磨的高铬沟槽衬板满负荷运转至2000年，共计运
优质高铬白口铸铁生产新工艺
优质高铬白口铸铁生产新工艺 优质高铬白口铸铁常被用于制作承受磨料冲刷、小能量冲击、冷—热交变应力作用、在具有一定酸碱度腐蚀介质和高温下服役使用的铸件。因此，在提高硬度的前提下，减少铸件的内应力无疑对延长使用寿命和提高使用效率有利。近年来，随着分级复合变质和其它冶金处理技术的日趋完 善和发展，人们在分析传统制造工艺对组织和内应力形成的机制上，试验开发一种运用现代冶金处理技术实现铸态组织：即马氏体+适量残余奥氏体+M7C3，+MC；亚温处理后组织：马氏体+少量残余奥氏体+M7C3，+MC。本文就生产以马氏体为基体的优质高铬白口铸铁新工艺为例，对此加以介绍。 1冶金处理技术 冶金处理技术对优质高铬白口铸铁的改性作用受制于在处理过程中所应具备的相关的动力学条件，其中包括温度和成分浓度条件。实践也证明，这两个条件对提高高铬白口铸铁的使用寿命至关重要。高铬白口铸铁的冶炼温度以1 520-1580℃、处理温度1440—1480℃、浇注温度1380-1420 ℃为宜；碳量应控制在2．4％-3．0％范围内。 1．1 变质处理 变质处理的作用主要是改善碳化物形态；减少夹杂、净化铁液；细化晶粒；稳定合金元素。 优质高铬白口铸铁采用Re—A1—Bi—Mg复合变质剂对铁液实施分级复合变质，这包括： (1）将稀土和稀土变质剂分别于炉内、炉外进行处理，这样既能细化初晶奥氏体，也能控制铁液凝固过程的结晶。 (2)将变质剂按组分元素在铁液中异质形核生核能的大小，分别溶人铁液，从而不仅有效地脱硫、脱氧、去气和净化了铁液，而且显著增强了变 质组织的抗“衰退”能力”。 例如，分级变质工艺是出液前向炉内加入0．06％—0．10％的钛铁和0．3％-0．4％的1号稀土硅铁合金，出铁液前将0．08％-0．12％ Si20A150Fe+0．04％-0．08％Mg合金投入铁液包，出铁液时随流加入0．05％-0．10％Bi，转包时在包中加入0．6％-1．0％的1#稀土硅铁合金或在瞬时随流浇注时加入0．04％—0．08％的Ce-RE。 1．2 孕育处理 孕育处理的作用主要是改变、细化和稳定碳化物形态；细化晶粒；增强厚大铸件断面组织、性能的一致性。 优质高铬白口铸铁采用V渣—Ti—Zn复合孕育剂对铁液实施分级复合孕育。这主要包括： (1)将V潦和V渣复合孕育剂分别于炉内、炉外进行处理，这样既能细化初晶奥氏体且能使水韧处理后的V元素固溶于奥氏体，起到固溶强化 作用外，也能控制金属液凝固过程的碳化物异质形核的程度。 (2)将孕育剂按组分元素在金属液中异质形核生核能的大小，分别溶人金属液，从而增强孕育组织的抗“衰退”能力。 例如，出铁液前向炉内加入1％-1．5％Va，出铁液时随流加入0．1％-0．15％
对高铬铸铁的一些认识
对高铬铸铁的一些认识 高铬铸铁是最重要的耐磨材料之一，适用于各种高应力磨料磨损的工况条件，广泛应用于机械、冶金、采矿及矿产品加工等行业。近年来，各工业国家都很重视对高铬铸铁的研究工作，以期充分利用其优异的耐磨性能。 含铬量在12%以上的高铬铸铁，开发于20世纪初期，1917年获得了美国专利。当时，由于对高铬铸铁的特点了解不多，其潜能未能充分发挥，因而未被广泛采用。 20世纪中期，美国国际镍公司研究开发了镍硬系列共4种耐磨铸铁（Ni Hard 1～4），其中，镍硬4（Ni Hard 4）于1951年获得了美国专利，逐渐成为大家所熟知的耐磨材料，广泛应用于矿产品加工行业。镍硬4的耐磨性能很好，且有适当的抗冲击能力，但是，仍然因其抗冲击能力欠佳而限制了其在高应力磨料磨损条件下的应用。 20世纪60年代，美国Abex 公司，为改善高铬铸铁的性能，进行了大量的研究工作，系统研究了Ni、Mo、Mn、Si、Cr和C等元素在高铬铸铁中的作用。随后，美国Climax Molybdenum 公司又对Mo和Cu在高铬铸铁中的作用进行了系统的研究。80年代，美国内政部矿业局的研究中心又对高铬铸铁的热处理进行了研究。 美国材料试验学会制定的标准ASTM A532《抗磨铸铁》中基本体现了上述研究工作的成果。 我国标准GB/T 8263－1999 《抗磨白口铸铁件》中，等效采用了ASTM A532－93a 标准中所列的8个牌号中的7个，其中，属于高铬铸铁的4个牌号全都采纳了。 高铬铸铁耐磨件，在我国应用很广，随着矿业和冶金行业的迅速发展，对高铬铸铁件的需求增长很快，目前，年产量已超过50万吨，不仅供国内各行业使用，也有相当数量的铸件出口。 尽管高铬铸铁的应用已有80多年的历史，而且对其进行过很多研究工作，但是，到目前为止，我们对高铬铸铁的了解仍然不够全面，还有待在生产实践中进一步深化认识，如：（1）为了适应不同的工况条件，高铬铸铁已有多种牌号，但总体而言，化学成分的变化范围还太宽。例如：当前的牌号中，铬含量在8%～30%之间，需要优选而不宜随意确定；碳含量一般在2.0%～3.9%之间，Climax Molybdenum公司的超高碳牌号甚至可达4.3%，范围也不可谓不小。 此外，合金元素钼、镍、锰和铜的合理用量及其间的互补关系，也有待更深入的探讨。 总之，在优化成分配比方面还大有可为。 （2）化学成分的变化范围很大，而热处理工艺却相对地比较简单，只有软化退火、硬化处理、回火等几种方式，加热温度的控制范围差别也不大。 应该提到的是：目前，我国生产高铬铸铁件的厂家很多，但其中有不少企业只是简单地按规定的化学成分生产，而对这种材料的特性知之甚少，不能够根据企业的具体条件和铸件的特点不断优化生产工艺，这样，当然难以制造出高质量的产品，更不用说自行研究开发新产品了。因此，有必要将高铬铸铁的一些特性和工艺要点向有关企业作简要的介绍。 一、作为抗磨材料的高铬铸铁 磨料磨损（Abrasive Wear）是机件磨损方式的一种，通常是指处理砂土、矿石、岩石、等物料时，由这类物料造成机件的磨损。这类物料与机件表面相互作用的方式很多，有冲击、滚动、滑动和冲刷等。 关于磨料磨损的分类，当前世界各国广泛认同的是H. S. Avery 提出的分类方法，将磨料磨损分为三类。 （1）凿削性碰撞磨损 这是指较大块磨料与机件表面相互撞击而造成机件的磨损，是最严重的磨料磨损，如破碎机颚板