铬系白口铸铁的研究进展

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中铬铸铁 通常称含铬量
介于高铬和低铬之 间的合金白口铸铁 为中铬铸铁， 其碳、
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（7 ） 中铬铸铁
4$ 铬系白口铸铁的碳化物类型 !"、
,")0* +")8* 、 ,-%#* +":* 、 ;<:)(* +%):* 、 =>:)8* + %)"* 、 =?:)#*+%):* 、 @<:)(*+%):* 的 高 铬 铸 铁 性 能
纵观抗磨材料的发展历史， 它经历了普通白口铸 铁、 高锰钢、 镍硬铸铁和铬系白口铸铁等几个阶段， 上 述抗磨材料各有利弊， 都在不断完善， 但总的趋势是 向着提高材料性能 ! 价格比方向发展。铬系白口铸铁 起源于二十世纪初期， 但其广泛应用却始于二次世界 大战结束以后。半个多世纪来， 国内外铸造工作者对 铬在铸铁中的作用进行了大量的研究试验， 使铬系白 口铸铁性能不断提高， 生产工艺逐渐简化。目前铬系 铸铁磨球已取代了一些耐磨锻钢、 中锰球铁和低合金 钢等材质的磨球， 在矿山、 建材、 冶金、 火力发电等行 业得到应用， 成为国内外公认的、 较好的抗磨材料 。
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击韧性影响大小的顺序为 ,-/@</,/ 基体组织硬度 / 碳化物硬度/;<， 为提高铸铁性能指明了方向。 合金白口铸铁在热处理过程中二次碳化物析出 与溶入的程度对其淬透性、 组织与性能将产生影 响
中国铸造装备与技术 ! " #$$%
，所以热处理是高铬铸铁使用前必不可少的工
艺， 是保证其良好力学性能和耐磨性的重要环节。高 铬 铸 铁 淬 火 过 程 中 ， 加 热 速 率 一 般 在 %::G . H 与 奥 氏 体 化 温 度 在 8(:+%%::G ， 奥氏体 "::G . H 之间， !%0$ 化 时 间 I"H6% . "H . 模 数 （厘 米 ） ； 文 献 !%($ 的 研 究 认 为， 在低应力及高应力磨料磨损工况条件下， 高铬铸
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专题综述
铁可以省去回火工艺， 空淬后即可投入使用， 既可以 节约能源， 又缩短产品生产周期， 抗磨寿命也比回火 者高。文献 !"#$研究了高铬白口铸铁亚临界热处理后 耐磨性和显微组织的关系： 高铬铸铁在亚临界热处理 过程中 % 和 %& 以 （’( ， %&） )*%# 型二次碳化物的形式 析出， 导致奥氏体点升高， 使其在冷却时发生马氏体 转变；当残留奥氏体含量低于 "+,时，由于 （’( ， %&）
（K ） 低铬铸铁
的研究相对较少。
$"! 关于高铬铸铁的研究 $"!"! 国内研究进展
化学成分是决定铸件组织形态的基本因素， 对铸 件性能起着决定性的作用， 所以确定化学成分是研究 高铬铸铁的第一步， 这对产品生产、 综合性能提高及 制订合理的生产工艺都有重要意义。采用成分为
铁的化学成分与力 学性能见表 %。
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铬系白口铸铁的碳化物类型、 形态和分布由 ,- . , 决 （,- ， 定， 只有 ,- . ,/0 时共晶碳化物的多数才能呈现 中铬铸铁的 ,- . ,54)( ， 所以共晶碳化物为 12） 3,4 型， !3$ （,-， （12 ， 如 图 %7 所 示 ， 图中 12） ,-） 3,4 6 4, 混 合 型 ， 呈菊花状和板条状分布的为 （,- ， 呈 12） 3,4 型碳化物， 蜂窝状分布的为 （12， （,- ， ,-） 12） 4, 型碳化物。 3,4 型 碳化物的硬度、 强度和韧性远高与 （12 ， ,-） 4, 型碳化 物， 是硬度和韧性的良好配合， 所以提高中铬铸铁组 织中 （,- ， 12） 3,4 型碳化物比例是提高其性能的关键。
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铬系白口铸铁的分类 根据含铬量不同，铬系白口铸铁可以分为!
高铬铸铁 高铬铸铁是特别受到重视的一种抗磨材料， 早在
#%#& 年就出现了高铬铸铁专利，它一般指含铬量在 #’()’*( 范围内的合金白口铸铁，含碳量在 ’+,()
收稿日期： ’55.95.95& 文章编号： ’55.95& 作者简介： 李海鹏 （#%&&9 ） ， 男， 讲师， 研究方向： 铸造合金与工艺
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低铬铸铁 低铬铸铁是指 /0!7( 的合金白口铸铁，其显著
特点是共晶碳化物为 （12 ， /0） -/ 型且呈连续网状分 布，如图 #8 所示。低铬铸铁具有一定的硬度和耐磨
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中国铸造装备与技术 ! " #$$%
专题综述
性，但连续网状碳 化物对基体的割裂 作用造成材料韧性 储备小、易脆断的 弱点； 另外， 低铬铸 铁的显微组织表现 为各向异性，性能 （主要是韧性） 波动 大，产品质量不能 保证，这些都限制 了低铬铸铁的使 用。但由于成本低 廉、 工艺简便、 可用 冲天炉熔炼等优 点，低铬铸铁在低 应力、中低硬度磨 料磨损工况下， 如 水泥行业得到了应 用，其市场还将不
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硅、 锰、 铬含量与镍硬 &’ 型铸铁十分相似， 两者最为 显 著 的 区 别 就 是 含 镍 量 ： 镍 硬 &’ 型 铸 铁 含 ()(*+
"$ 而中铬铸铁一般不含或含很少镍!%， 。一般 #)(*的镍，
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项目 材料
铬系白口铸铁的化学成分与力学性能 !"$
化学成分 （* ） 力学性能
#$ 断扩大!"， 。低铬铸
中铬铸铁可克服高铬铸铁价格高、 低铬铸铁脆性 大的缺点， 具有一定硬度、 韧性和耐磨性， 在冶金矿 山、 火力发电、 水泥行业等得到了应用， 显示出优良的 经济效益和社会效益。 但由于中铬铸铁的研究起步较 晚， 还远没有高铬和低铬铸铁深入广泛， 所以目前尚 没有系统的技术标准； 现有的中铬铸铁也存在许多不 足之处， 如热处理工艺复杂、 基体淬透性差、 力学性能 和耐磨性不足等， 仍需不断完善， 以使其成为成本低、
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由于 23% 颗粒的非均质形核 物 （%& ， ’(） -%* 含量降低； 作用， 高铬铸铁组织得到明显细化、 基体显微硬度提 高； 钛的加入可使硬度和耐磨性提高， 同时冲击韧性 未受显著影响。文献 !)-$ 的研究了 %&)#<#, 高铬铸铁 微观组织中元素分布不均匀的现象， 初生奥氏体的含 铬 量 为 "/<8, ， 共 晶 奥 氏 体 的 含 铬 量 为 "-<#, ； 共晶 碳 化 物 核 心 的 化 学 式 为 ’()%&8%*， 边 缘 的 化 学 式 为 这种元素分布的变化与液相线下高铬铸铁 ’()<)%&;<.%*， 较长的凝固区域有关。 文 献 !).$ 研 究 了 含 铬 量 超 过 "+, 合 金 耐 磨 白 口 铸铁微观组织的选择标准， 研究表明： 耐磨性首先由 弥散相的硬度、 尺寸、 分布和含量所决定， 其次受到基 体相对硬度和韧性的影响； 按宏观硬度逐渐降低排列 分别是： 无莱氏体基体的过共晶白口铸铁、 无莱氏体 基体的马氏体铸铁、有莱氏体基体的马氏体铸铁、 镍 硬铸铁、 普通白口铸铁。文献!)/$用 =>射线衍射的方 法研究了在高铬铸铁淬火过程中 （%& ， ’(） -%* 型碳化 物转变成 （%& ， 文 ’(） *%# 型碳化物的条件及转变机理。 献 !*+$ 研 究 了 铬 系 铸 铁 的 相 间 腐 蚀 现 象 ， 研究表明： 具有较高电位的碳化物不易被腐蚀， 具有较低电位的 基体容易被腐蚀； 由于相间腐蚀， 基体首先被剥落， 使 得大多数碳化物因突出于基体之外而提前被磨料折 断； 含铬量越高， 铬系铸铁基体的电极电位和抗腐蚀 能力越强。 文 献 !*"$ 研 究 了 快 速 凝 固 技 术 在 高 铬 铸 铁 中 的 应用， 所得到的 ?@ 合金具有组织细化、 各向同性、 抗 氧化性强、 力学性能和耐磨性高等诸多优点。 同样， 采 用喷涂成型技术可使 （%& ， ’(） -%* 型碳化物均匀的分 布在奥氏体或马氏体基体上， 从而生产出具有高硬度 的高铬铸铁， 但该方法对提高耐磨性无显著效果!*)$。
较好， 使用寿命可达高锰钢的两倍以上， 具有显著的 经 济 效 益 !%:$。 文 献 !%%$ 研 究 了 成 分 为 ,0):*+#):* ， 通 ,-4:*+0:* 高 碳 高 铬 白 口 铸 铁 的 性 能 及 其 应 用 ， 过采用铬铁矿面砂、 包内加入细化剂 ’A 合 金 、 低温 浇注和向铁液流中加入 :)"+:)4BB 合金铁丸等一系 列工艺措施， 可将初生碳化物细化到 0:+8:! B， 使材 料硬度达到 CD,#4+#8， 耐磨性是 EBAF,-"# 的 %)0+ "): 倍，作前盖板现场试验寿命是 EBAF,-"# 的 0 倍 以上。文献!%"$ 采用多元回归方法研究了抗磨铸铁的 主要化学成份对冲击韧性的综合影响， 结果表明对冲
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-+.(之间"’$。高铬铸铁的特点是共晶碳化物为六角形