第4章特种性能铸铁

应用：抗磨料磨损的场合。如冶金轧辊，球磨机及辊磨机衬板、 磨球，平盘磨辊套， E 型磨磨环，杂质泵过流件、灰渣输送 管道等。
三、铬系白口铸铁
组织特点：基体+碳化物 基体：一般以珠光体或马氏体使用。 碳化物：随铬的增加而变化 M3C(100~1230HV)→M7C3 (1300~1800HV)→M23C6(~1400HV)
三、常用的减魔铸铁
（一）含磷铸铁 含磷铸铁一般指磷含量高于 0 . 30 ％的灰铸铁。 磷共晶硬度较高（ 600～800HV) ， 以断续网状分布在金属基体中，且 不易剥落，对提高铸铁的耐磨性有 利。
（二）钒钛铸铁
是利用我国西南地区丰富的钒钛共生铁矿资源，开发出的一种铸铁。钒钛生铁中，一般 含0.3 %~0.5%V ，含Ti0.15%～0.35％。这两种元素形成高硬度的碳化物和氮化物质点， 显微硬度可达960~1840。弥散分布在基体中，可使铸铁的耐磨性大大提高。
表4-25某些金属氧化膜的PB比
（2）、氧化膜晶格完好——导电率低。
化学成分：具有高碳低硅的特点。 2.2%~3.6%C，Si＜1.0%，Mn＜1.0%。
组织：珠光体＋渗碳体。
性能：低碳白口铸铁（~2.5％C）的硬度约为 375HBS，而含 碳量（3.6 ％以上）高时，其硬度将增至 600HBW．
二、镍硬白口铸铁
所谓镍硬白口铸铁，主要指含镍铬的白口铸铁。
化学成分：镍硬白口铸铁的化学成分，如表 4-13 所示 铸态组织：共晶碳化物+马氏体。
高铬白口铸铁的熔炼：电炉。 浇注温度：不要太高，一般比液相线温度高 55℃，小件可为 138 0~1420 ， 厚 100mm 以上的铸件可更低些，在 1350～1400 ℃ 。
3 ．高铬白口铸铁的热处理
淬火时的冷却是连续冷却过程，可用连续冷却转变曲线（ CCT 曲线）来描 述高铬铸铁的转变规律。图 4 -23 和图 4-24 是两种典型高铬铸铁的连续冷 却转变曲线。F.Moratray 等人通过大量的模拟试验，得出了空淬时不出现 珠光体的最大直径 D
增加．图 4-22 表示了铬碳比 与工件最大淬透直径的关系。
表4-18常用高铬铸铁成分
2 ．高铬白口铸铁的铸造工艺
高铬白口铸铁铸造性能特点：热导率低、收缩性大、塑性差、切削性能差。
白口铸铁的铸造工艺：采用冒口和冷铁，遵守顺序凝固，模型缩尺可取 2 % 。冒口尺寸按碳钢设计，浇注系统横截面积比灰铸铁增加20％~30%。 冒口宜用侧冒口或易割冒口。
铁素体 70~200HV 珠光体 300~460HV 奥氏体 300~600HV 马氏体500~1000HV
表4-17 15Cr-3Mo铸铁的基体组织对磨损失重的影响
1 ．高铬白口铸铁的化学成分 碳化物数量可以用下式来估算
图4-22高铬铸铁空淬能淬透 的最大直径与铬碳比 及铝含量的关系
铬与碳的比值 C / Cr影响铸铁 中M7C3 型碳化物的相对数量。 一般 Cr / C 大于 5 就能获得大 部分的M7C3 型碳化物；同时 铬碳比越高，铸铁的淬透性也
影响铸铁氧化的主要因素有氧化膜的性质、合金元素以及基 体和石墨特征。
1 ．氧化膜性质的影响 （1）、氧化膜具有保护性的具必要条件是：毕林一彼得沃 尔斯（ Pilling-Bedworth）比γ＞1。PB比γ为氧化时所生 成的金属氧化膜体积与生成这些氧化膜所消耗的金属体积的 比。即
VMxOy / VM
铸造合金及熔炼
第四章 特种性能铸铁
第四章 特种性能铸铁（1学时）
第一节 减摩铸铁 第二节 冷硬铸铁 第三节 抗磨铸铁 第四节 耐热铸铁 第五节 耐腐蚀铸铁
本章重点：常用特种性能铸铁的性能特点和用途。
第一节 减摩铸铁
一、石墨对铸铁减旅性的影响
二、基体组织对铸铁减摩性的影响
在硬度相同条件下，各种组织 的耐磨性：F→P→M→B.
( 3 ）铸型工艺 冷铁厚度是影响白口层深度的主要因素。生产中一般取冷铁厚度与 铸件璧厚的比例为 1∶2~4 ，铸件壁厚小时，取下限，铸件壁厚大时，取上限。
C、Si对白口层深度的影响见图4-5和图4-6。
麻口冷硬铸铁的显微组织。
激冷层中含有渗碳和石墨，与白口冷硬铸铁相比，韧性好，承受热冲击性能 好，工作中不易发生龟裂和剥落。图 4-7 是含石墨高铬铸铁的组织，图中白 色区域为（ Cr、Fe）7C 3形碳化物，图 4-7a 中的石墨呈片状，而图 4-7b 中为球状石墨。
（三）高铬白口铸铁 含铬量在 12 %~28 ％之间的白口铸铁就是高铬白口铸铁。抗 拉强度可高达 3100MPa。组织：P+M7C3或M+M7C3。
表4-15 球磨机用低铬铸铁磨球的耐磨性（ASM） 表4-16中铬白口铸铁与镍硬Ⅳ 铸铁的力学性能对比
图4-21中铬白口铸铁的金相组织
15Cr-3Mo铸铁的基体组织对磨损失重的影响：
表4-24耐热铸铁的耐热性分级
耐热铸铁可分为三类：含硅耐热铸铁，含铝耐热铸铁和含铬耐热 铸铁。
把铸铁在某一温度下经 100h 加热后的生长小于0. 2 % , 平均氧 化速度小于0. 5g/m2·h的温度称为这种铸铁的耐热温度。
一、铸铁在高温下的氧化
（一）氧化过程 1）氧原子在铁表面形成化学吸附。 2）受 F e-O 化学反应速度控制的氧化过程。 3）受扩散速度控制的氧化过程。 （二）影响铸铁氧化的因素
（三）硼铸铁
第二节 冷硬铸铁
冷硬铸铁是通过一定的工艺方法，使铸件激冷层的组织形成白口或麻口， 铸件内部组织仍保持灰口的铸铁，因此，冷硬铸铁具有“外硬内韧”的特 点，其外表具有高的耐磨性，同时又能承受较高的工作应力而不断裂，常 用于轧辊，凸轮轴和犁桦的制造。
一、冷硬铸铁的化学成分和组织特点
冷硬铸铁的化学成分：2.9%~3.8%C, 0.25%～0. 8%Si，0.2%~0.7%Mn， P≤0.5%，S≤0.12% ，与普通灰铸铁相比，含硅量 低。由此看出，冷硬铸铁 白口深度可以通过调整硅量完成
tA一奥氏体化时间
4 ．高铬白口铸铁的力学性能
高铬铸铁的力学性能指
标主要有：硬度、韧性
和强度。影响这些指标
பைடு நூலகம்
的主要因素无非是碳化
物类型与数量，以及基
体类型。
影响碳化物数量的主要
因素是铸铁的含碳量。
由表 4-19 可见，当铬
量不变时，随含碳量的
增加，硬度增加，而断
裂韧性降低。图4-25则
表明增加碳含量．使强 度性能降低。
图4-23 15Cr-3M。高铬白口铸铁的连续冷却转变曲线 铸铁成分：C2. 51 % , Cr14. 70 % , Mo2. 62% , SiO. 47 % , MnO. 80 % TA一奥氏体化温度Ac1,一加热时共析温度的下限，圆圈中数字为HV硬度值%
图4-24 15Cr-2Mo-1Cu高铬白口铸铁的连续冷却转变曲线 铸铁成分：C3. 32Yo% Cr14.63%，Mot. 08%。Cul. 02% S10.58%. MnO.72%
一般 M 3c 型碳化物为连续网状或板状形貌（如图 -19所示）
a
b
c
d
图 4-20高铬铸铁中碳化物形貌
a), b)含铬15% 高铬铸铁的碳化物形貌，大部分为M7C3型碳化物
c ）d )含铬27 %高铬 铸铁的碳化物形貌，大部分为M23c6碳化物
（一）低铬白口铸铁
为扩大普通白口铸铁的应用范围，提高其韧性与耐磨性，在普 通白口铸铁中加入 1.0%~50%Cr，就形成了低铬铸铁。
增加白口层深度的方向依次为：W→Mn→Mo→Cr→Sn→V →S →B →Te（最强）； 减小白口层深度的方向依次为： C→Si→Ti→Ni→Cu→Co →P （最弱 ） 。
影响白口层硬度的趋势依次按 C → Nb → P → Mn → Cr → Mo → V → Si → AI → Cu → Ti → S 的次序减弱。
球磨机中的衬板也可采用高铬铸铁材质。
表4-20各种材料对矿石浆的抗磨性对比
表4-21 ￠65mm磨球磨钼矿时抗磨性对比 表4-22 直径4.l m X 12. 5m球磨机衬板的化学成分和力学性能
表4-23高铬铸铁应用一览表
第四节 耐热铸铁
一般把金属从表面开始逐渐向非金属化合物变化的现象统称 为金属的氧化。另一方面金属在高温下工作，其体积还将发 生不可逆的胀大，这种现象称作金属在高温下的生长。
低铬铸铁一般以珠光体+合金碳化物状态使用。碳化物形貌也有所改善。
低铬铸铁主要应用于球磨机磨球，磨球硬度可在 400～ 550HBW 内变动。见表4-15。
（二）中铬白口铸铁 为取代镍硬 IV 型铸铁，我国发展出了一种含铬 7 % ~11 ％的 中铬白口铸铁，其中完全不含镍。铸铁中碳化物为 M7C3 和 M3C混合的形式，其耐磨性和韧性介于高铬铸铁和低铬铸铁之 间。组织如图4-21。珠光体+碳化物。
图4-25碳对高铬铸铁抗弯强度6bb、抗 拉强度σb和挠度f的影响
a) 200℃回火 b)淬火及200℃回火
成分：Si：0. 6 ．Mn：0. 8% ．Cr：12;一14% ，Mo：l. 5%
表1-19 碳对高铬白口铸铁（Cr15%)硬度和断裂韧性的影响
图 4-26 为碳化物含量基本相同时， Cr / C 对铸铁断裂韧性 KIC的影 响。在 Cr/C 低时，提高 Cr / C 将改善碳化物形态，使 KIC显著 提高；但当 Cr／C高时，再提高 Cr / C ，碳化物形态改变不大， 只是提高了基体固溶强化程度， 使KIC有所降低.
三、冷硬铸铁的应用
冶金用轧辊、造纸，像胶、榨油、制粉、制糖、棉纺、毛纺等行业 使用的轧辊。
1、冶金类轧辊 冷硬铸铁轧辊的铸造方法，目前有三种：一体铸造、溢 流铸造和离心铸造。
2、内燃机气门挺柱和凸轮轴 3、农用犁铧、犁镜