一种新型高铬白口铸铁变质剂在生产中的应用(热加工工艺)
高铬铸铁

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ҐOCT7769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。
表4 美国Climax钼公司规定的高铬铸铁成分(质量分子数) %注:①碳含量为下限时,大断面中可能出现贝氏体。
高铬铸铁规模化工业应用,发达国家始于上世纪六十年代。
铸造合金熔炼考试题

第一章1 为什么有双重相图的存在?双重相图的存在对铸铁件生产有何实际意义?硅对双重相图的影响又有何实际意义?答:1>从热力学观点看,在一定条件下,按Fe-Fe3C相图转变亦是有可能的,因此就出现了二重性2>通过双重相同,可以明显的看出稳定平衡在发生共晶转变及共析转变时,其温度要比介稳定平衡发生时的温度高,而发生共晶、共析转变时所需含C量,以及转变后的r中的含碳量,稳定平衡要比介稳定平衡低。
依此规律,就可以通过控制温度成分来控制凝固后的铸铁组织。
3>硅元素的作用:a:共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少b:硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三重共存区c:共晶和共析温度范围改变了,含硅量越高,稳定系的共晶温度高出介稳定系的共晶温度越多d:硅量的增加,缩小了相图上的奥氏体区2 分析讨论片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨的长大的过程及形成条件。
答:片状石墨:按晶体生长理论,石墨的正常生长方式沿基面择优生长,形成片状组织。
实际石墨晶体中存在多种缺陷,螺旋位错缺陷能促进片状石墨的形成。
螺旋位错为石墨的生长提供a、c两个互相垂直的两种生长方向,当a方向的生长速度大于c方向的生长速度时,便行程片状石墨。
球状石墨:石墨晶体中的旋转晶界缺陷可促进球状石墨的形成,此外,在螺旋位错中,当c 向的生长速度大于a向的生长速度时就会形成球状石墨。
球状石墨的形成一般先有钙、镁的硫化物及氧化物组成的晶核开始,经球化处理后,还有利于向球状石墨生长。
球状石墨的生长有两个必要条件:较大的过冷度和较大的铁液与石墨间的界面张力。
蠕虫状石墨:有两种形成过程:1>小球墨→畸变球墨→蠕虫状石墨2>小片状石墨→蠕化元素局部富集→蠕虫状石墨3 试讨论磷共晶的分类、析出过程以及如何控制磷共晶体的形态(粗细)及数量。
答:按照组成不同可将磷共晶分为二元磷共晶及三元磷共晶。
磷共晶的形成,是由于磷的偏析造成的,磷属于正偏析元素先析出的部分含P量较少,P不断富集,含量高到一定程度时便形成磷共晶。
高铬铸铁

(2)添加微量V、Ti、W、Nb等元素,一则形成更高硬度的MC型碳化物,二则由于此类MC型碳化物熔点高,在凝固初期就弥散形核细化了共晶组织,随凝固时间的延续,晶粒数不断增加,液膜逐渐减少,变形减小,塑性增强,热裂敏感性也显著减小。
合金元素可在预脱氧后加入炉内,亦可安排在炉前进行处理。在Cr元素为12%-20%的质量百分比浓度的条件下,其微合金元素加入量Ti—V渣如前述:Mo为1.5%-2.5%;Mn为1.5%-3%;Cu为1.5%-2.0%;Nb为0.07%~0.10%。
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1520-1580℃、处理温度1440—1480℃、浇注温度1380-1420 ℃为宜;碳量应控制在2.4%-过冷倾向,使冷却速度对结晶过冷度的影响减弱,从而表现为厚大铸件断面的组织、性能趋以一致;
(6)变质处理、孕育处理和微合金化的共同作用细化了晶粒;消除了碳化物的网状析出;减少了夹杂数量、改变了夹杂形态、净化了晶界和铁液;增大了处理效果的稳定性,延长了“衰退”时间,为获得良好的亚温处理效果提供了有利的铸态组织和性能保证。
3 结语
分级化变质复合处理、孕育复合处理和微合金化处理的新工艺,为优质高铬白口铸铁的生产提供了简便稳定的技术支持。而建立动力学条件的冶金处理过程的局部和整体效果影响的理念,不论是运用该工艺,还是不断完善它都是必要的。
高铬铸铁生产工艺

高铬铸铁生产工艺高铬铸铁是一种具有高硬度、高耐磨、高抗腐蚀性能的合金材料,在工业生产中被广泛应用于制造耐磨耗零部件,如球磨机磨球、破碎机锤头等。
下面将介绍高铬铸铁的生产工艺。
首先,高铬铸铁的原材料主要由高铬铁、高碳铬铁和铁水组成。
高铬铁是指铁含量大于90%的合金铸铁,其中铬含量在12-30%之间;高碳铬铁是指铬含量在15-30%之间,碳含量在2-4%之间的合金铸铁。
将高铬铁和高碳铬铁与铁水按一定比例配料,放入电炉中加热熔化。
炉温要控制在1600-1650℃,保证合金的熔化。
其次,炉温达到设定温度后,将炉渣清理干净,然后加入球化剂。
球化剂主要含有稳定性好、还原性强的合金化合物,如硅铬合金、硅钙合金等。
球化剂可以改善高铬铸铁的球化效果,保证铸件的组织均匀致密,并提高其硬度和耐磨性能。
然后,将经过球化处理的合金液倒入砂型中,进行铸造。
铸造时要确保砂型的质量,避免产生缺陷和砂眼。
此外,还需控制浇注温度和浇注速度,以避免铸件出现裂纹和内部组织不均的情况。
浇铸结束后,等待铸件冷却至室温。
最后,将冷却好的铸件进行退火处理。
退火温度一般控制在900-950℃,并保持一定的保温时间。
退火可以消除铸件内部的残余应力,改善铸件的塑性和韧性,并提高其综合性能。
退火结束后,进行表面处理,如修整、打磨等,以保证铸件的表面光洁度和精度。
需要注意的是,在高铬铸铁的生产过程中,应严格控制炉温、浇注温度和退火温度,以及其他工艺参数的操作。
同时,还要进行严格的质量控制,对生产中的原材料和成品进行检测和测试,确保生产的高铬铸铁具有良好的质量和性能。
综上所述,高铬铸铁的生产工艺包括原料配料、熔化、球化、铸造、退火和表面处理等步骤。
通过科学的操作和严格的质量控制,可以获得具有高硬度、高耐磨、高抗腐蚀性能的高铬铸铁材料,满足工业生产的需求。
变质处理对高合金白口铸铁组织及性能的影响

Itig s a e dsr u in a d t e h r n s n h p c o g n s r lo hg e a h s f a hn . h p it b t . n h a d e sa d t e i a t u h e s a e as ih r h nt o e o i o m t t
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变 质处 理对 高合 金 白 口铸铁 组 织及性 能 的影 响
刘 燕 ,张云鹏 ,李 爽 ,王 华2
(. 1 西安A_ 大学材料科 学与工程学院 ,陕西西安 70 4 ;2 陕西理工 学院材料科学与工程 学院,陕西汉中 7 30 ) T - 10 8 . 20 1
摘 要 :研究了R —变质处理对晶 EB EB
细化;改善 了碳化物的分布形 态,使碳 化物呈 团块状。变质合金铸铁 的硬度 、冲 击韧性都较未 变质合金铸铁 的高,变 质处 理 与合适 的热 处 理 工 艺 的复 合作 用 ,对 改 变合 金 铸 铁 碳 化 物 的形 貌 ,提 高 铸 铁 的 综合 力 学 性 能效 果 显 著 。
Ab t c : T e p p r p e e t r s l s o n t e ef cs o RE B mo ic t n o t e sr t a h a e r s n s e ut s h wig h f t f e — df a i n h i o mir sr cu e a d p o et so ih alywht a t r n t sf u d ta — df a inc n co t t r n r p re fa hg l i c s o .1wa o n h t u i o e i RE B mo ic t a i o
耐磨、耐蚀、耐热钢铁合金铸件的热处理

化 后 , 空淬 、 风 淬 或 油 淬 。空 淬 、风 淬 时 若 不 易
选 择 使 金 属 材 料 易 于 钝 化 的 合 金 元 素 对 改 善
C e u ’Wa gZ o gu h nH a, n h n je
( . qn t o te nId sr sCo a y An ig 2 6 0 , h iChn 1 An ig Ci S uh r n u t e mp n , qn 4 0 0 An u, ia y i
正 火 可 选 用 空 冷 、 风 冷 、 喷 雾 冷 。 ② 淬 火 + 回 火 ,可 选 用 油 淬 后 高 温 回火 。⑧ 等 温 淬 火 , 可 在 盐 浴 炉 中 加 热 ,视 所 获 组 织 的 需 要 ,其 温 度 在 20 8 5  ̄3 0℃ 范 围 选 择 ,温 度 应 严 格 控 制 。④ 铸 态
应 力 磨 损 , 其 典 型 应 用 为 浆 泵 、输 送 管 、 叶 片类 零 件 。腐 蚀 的 工作 环 境 分 为干 态 和 湿 态 。
1 1 凿 削磨损 工况 .
凿 削 磨 损 工 况 条 件 下 ,主 要 采 用 合 金 化 的 各 类 高 锰 钢 。 为 使 各 种 结 构 特 点 的合 金 高 锰 钢 铸 件 获 得 良好 的 淬 透 性 和 组 织 的 一 致 性 ,并 提 高 其 综
z 第 l7 年期 1
温低于 4 O℃ 。
特 性 决 定着 材 料 的 耐腐 蚀 性 能 。对 此 材 料 的热 处 理 旨在 减 少 残 余 应 力 , 降 低 成 分 偏 析 ,改 善 组 织
高铬铸铁亚临界热处理及其应用

0 5~10 uO 0 S 0 1P 微 量 金刀即可进行切削机 加工 。随着亚临界热 处
加热温度( ) 4 0 4 0 0 5 0 5 0 60 ℃ 0 5 5 0 2 5 0 铸 态
硬度( R ) H C
K
4 4 5 6 5 5 4 5 9 5 0 7 5 3
冲击值 (/ m ) .0 7 3 .0 6 2 .0 7 3 .0 Jc 5 .0 7 1 .5 70 .0 7 8 7 由表 1 可知 , 试验用高铬 白 口铸 铁的铸态组织硬度并 不
时后 出 炉空 冷 。
用线切割机从经过亚 临界热处 理 的模 拟试 样 中切 取 冲 击试样 和金相试样 。冲击试样加工成 2 2 0× 0×10 1mm无缺 口非标 准冲击试 样 , 相试 样 尺寸 加 工成 1 金 5×1 5×2 m 0 m。 硬度测定使用金相试样。 高铬 白口铸铁经亚临界热处理后的硬度 , 冲击韧 性与加
根据 耐火砖成 型模板的现场服役工况 , 试验用高铬 白 口 铸铁 的 化 学 成 分 控 制 在 如 下 范 围 ( 量 分 数 %) 质 :
2. —2. 0 5C、 . i 0. — 1 0M n、 3. ~ 1 0Cr 0. — 1 5M o、 1 0S 、 5 . 1 0 7. 、 5 .
目前 , 高铬 白口铸 铁 已广 泛用 于冶金 、 山、 矿 电力 、 建材 等行业 , 它取 代锻 钢、 锰钢 、 合金铸 钢 、 高 低 中锰球 铁制 作某 些易损件 , 如球磨 机磨球 、 板 、 板 、 头 、 衬 颚 锤 钻具柱 等 , 取得
锰铁 ( 5 6 %Mn 、 ) 电解铜 板及 废钢 等。采 用 10 中频感 应 5 炉熔 炼 , 纯铝炉内终脱 氧 , 出炉温度 控制在 10 ℃ 左右 。用 50 稀土合金进行 变质处理 , 浇注 温度 15 3 0~1 8 ℃ , 3 0 浇注 速度 控制在 18~ . k , . 2 2 s 砂型铸 造。采 用高 温 出炉 , 温浇注 低 的原则可 以减少气孔 、 夹渣 和裂纹 , 防止冷隔和夹层缺 陷 , 并
耐磨高铬铸铁变质剂的研究

耐磨高铬铸铁变质剂的研究
耐磨高铬铸铁是一种重要的高强度和高耐磨性材料,在冶金、机械、
汽车制造等领域得到广泛应用。
其中,变质剂是制备耐磨高铬铸铁的重要
辅助材料,能够有效调控其组织和性能。
因此,开展耐磨高铬铸铁变质剂
的研究具有重要意义。
当前,耐磨高铬铸铁变质剂的研究主要集中在以下几个方面:一是研
究不同种类变质剂的作用机理。
例如,钙硅合金、稀土等热态变质剂能够
影响铸铁凝固过程中的结晶行为,改变奥氏体和渗碳体的比例和形态,从
而调整铸铁的组织和性能;二是研究变质剂添加量对铸铁组织和性能的影响。
通常情况下,适量的变质剂添加能够提高铸铁的耐磨性和韧性等性能,但过量添加则会造成超淬现象,降低铸铁的整体性能;三是研究变质剂的
优化组合。
通过选取不同种类变质剂进行组合,可实现铸铁性能的协同提升,从而满足不同领域特定应用的需求。
总之,耐磨高铬铸铁变质剂的研究对推动铸铁制造技术的发展,提高
相关产品的质量和竞争力具有重要意义。
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一种新型高铬白口铸铁变质剂在生产中的应用
赣州龙钇稀土材料有限公司朱福生许瑞高
石家庄三环阀门股份有限公司铸造分厂郭玉昆胡树祥王洪庆
摘要:通过使用钇基重稀土复合变质剂,能改善高铬白口铸铁的碳化物的形态和分布,提高材料的综合性能;并减少Ni、Mo、Cu合金元素的加入量,起到了良好的经济效益。
关键字:钇基重稀土复合变质剂、高铬耐磨白口铁、碳化物、硬度、合金元素Abstract:After modified with Yttrium-based Heavy Rare-earth multiplex modification, the shape and the distributing of the carbide and the comprehensive properties of the high chromium white cast iron have been improved in effect; The quantities of alloying elements Mo Cu Ni Cr can be reduced, A nicer economic benefit has been gotten in the applied factory. Keyword:Yttrium-based Heavy Rare-earth multiplex modification, high chromium white cast iron,carbide,hardness,alloying element
高铬铸铁是继普通白口铁、镍硬白口铁发展起来的第三代白口铁。
由于高铬铸铁金属组织的特
点使得高铬铸铁比普通铸铁具有高得多的韧性。
高温强度。
耐热性和耐磨性等,已被誉为当代最优
良的抗磨料磨损材料,并得到广泛应用。
根据不同使用工矿的要求,通常采用Cr15、Cr20、Cr25三
系列,还可以调整碳量、添加其他合金元素,如:镍、钨、钼、铜等形成多元合金高铬铸铁。
经典
的高铬铸铁是美国的Cr15Mo3牌号。
而对于断面较大的铸件,镍、钼、铜已经成了必须添加元素了。
近年来钼铁的价格飞涨,镍、铜等贵重金属的价格也有不同程度的上升。
我公司高铬系耐磨材料用
量较大,生产这种牌号的材质需要加入Mo、Ni、Cu等合金元素。
这些都给企业的利润空间带来了
巨大的压力。
寻找一种高效变质剂,通过提高冶金质量,改善碳化物形态、强化基体组织等途径来
达到减少Ni、Mo、Cu等合金元素的添加量,进一步提高产品的质量。
而通过使用赣州龙钇稀土材
料有限公司研制的YFB-2钇基重稀土复合变质剂产品,我公司生产的产品把Ni、Mo、Cu等合金元
素往下调整,调整后产品的综合使用性能还有所提高。
1、试验方法及内容
1.1试验成分设计见表1所列。
表1:材料主要化学成分(%)
合金编号
主要元素化学成分(%)
C Si Mn Cr Mo Cu Ni
1(未变质) 2.6~2.80.6~1.00.8~1.218~20 1.5~1.8 1.0~1.2 1.0~1.2 2(变质) 2.6~2.80.6~1.00.8~1.218~20 0.8~1.00.5~0.70.5~0.7 1.2每吨铁水的配料对比
表2:配料对比
原工艺新工艺
炉料名称配比(%)重量(Kg)炉料名称配比(%)重量(Kg)钒钛生铁55 550.0 钒钛生铁55 550.0 铬铁33 330.0 铬铁33 330.0 锰铁 1.2 12.0 锰铁 1.2 12.0
废钢 6.2 62.0 废钢 6.2 62.0
钼铁 2.6 26.0 钼铁 1.4 14.0
镍 1.0 10.0 镍0.6 6.0
铜 1.0 10.0 铜0.5 5.0
合计100 1000 合计100 1000
1.3试验过程
1.2.1铁液用1.5t中频感应电炉熔炼,当低碳钢、生铁化清后,加入锰铁、铬铁、电解铜、电解镍和钼铁,熔化后升温至1460℃扒渣,加入碎玻璃、萤石另造新渣,再次扒渣后升温至1480℃插入铝线0.01-0.05%脱氧,扒渣后出炉。
在1400~1430℃浇注。
用1t包作为转包,浇注前在包底放置YFB变质剂0.3-0.4%。
烘热300℃后,出铁水直接冲入包内。
搅拌后,静置2min后采取挡渣,浇入砂型中。
浇注后冷却经清理后,在铸件本体上相同部位用线切割取金相试样和10×10×55的无缺口冲击试样。
1.2.2热处理规范见表2
表2:试样热处理规范
合金编号热处理工艺
1(未变质)1000℃×3h 空冷+280℃×2h回火
2(变质)980℃×3h空冷+350℃×2h回火
1.2.3用HR-150A型硬度计测定硬度;在30/15型摆锤式冲击试验机上测试冲击韧度a k;在金相显微镜观察金相组织。
2、试验结果及分析
2.1金相组织对比
图1未变质处理淬火+回火组织图2 变质处理淬火+回火组织
图1共晶碳化物组织呈细长条杆状和尖角块状,对基体造成割裂作用;共晶团较粗大;基体组
织为回火马氏体、回火屈氏体、残余奥氏体。
图2共晶碳化物呈细小均匀分布的圆颗粒状碳化物,共晶团较小;基体组织为回火马氏体、回火屈氏体。
2.2力学性能对比
表3:合金硬度和冲击韧性值
合金编号状态硬度(HRC)冲击韧性(J/cm2)备注
1
铸态52~54 3.8~4.2
未变质处理淬火+回火60~62 4.5~4.8
2
铸态49~51 5.5~5.8
变质处理淬火+回火59~61 7.4~7.6
2.3经济效益分析
新工艺只是减少了Mo、Ni、Cu三元素的加入量,增加了YFB和热处理费用基本不变,其直接经济效益是显而易见的。
表4:高铬铸铁1吨铁水节约成本分析表
原料原工艺加入量(Kg)新工艺加入量(Kg)减少量(Kg)单价(元/Kg)节约成本(元/吨)钼铁合金26.0 14.0 12.0 310 3720
电解铜10.0 5.0 5.0 37 185
金属镍10.0 6.0 4.0 120 48
合计3953
注:以十二月上旬的价格为准
上表中三项合计,共节约:3953元/吨。
每吨铁水的YFB加入量为0.3%即3Kg,单价38元/Kg,这样将增加成本:114元/吨。
则,实际节约成本为:3953-114=3839元/吨。
若每月生产高铬铸铁件在50吨以上,需熔化铁水80吨,则,可节约钼铁、铜、镍费用:80×3839=307120元。
可见,其经济效益是非常可观的。
2.4高铬铸件使用情况对比
我公司生产的高炉炉顶耐磨铸铁备件旋转溜槽衬板在高炉上使用情况对比见表5:
表5 变质前后旋转溜槽衬板的使用情况对比
合金编号有效寿命(天)生铁产量(万t)过矿能力(万t)备注
1 165 25.3 52.5 未变质处理
2 178 27.5 57.2 变质处理
2.5结果分析
从表1材料的化学成分来看,使用YFB-2变质剂变质处理后,Ni、Mo、Cu三种合金元素的加入量的降幅都在40-50%,但是材料的力学性能却没有受到很大的影响,冲击韧性值反而得到了很大的提高。
分析其原因,在未使用YFB-2变质处理,而添加较大量的Ni、Mo、Cu等合金元素时,其中Mo加入高铬白口铁中,质量分数的50%形成Mo2C,质量分数25%进入碳化物,质量分数25%溶入金属基体,进入金属基体的Mo能提高共析转变温度,推迟奥氏体转变的孕育期,使连续曲
线右移,显著降低了临界冷却速度,强化了奥氏体脱稳反应,有效提高了马氏体开始转变点Ms;Cu、Ni一般是加强Mo的作用而加入的。
上述三种元素用以提高基体的淬透性,起基体强化作用。
而对碳化物的形态、分布影响甚小。
但是在高铬抗磨白口铁中碳化物的形态、分布直接影响到材料的使用性能。
在添加YFB-2减少合金加入量的试样中,组织却发生了很大的改变,使长条杆状、尖块状碳化物变成圆形小颗粒状碳化物,减少了对基体的割裂程度,提高了抗冲击能力;同时细小均匀分布的碳化物硬质点增强了对抵抗物料磨损的能力,减少了硬质点的剥落磨损。
变质剂中微合金化元素提高了基体的强度,增强了对碳化物硬质点的包裹能力。
重稀土钇在脱氧、脱硫提高了铁水的纯净度,改善夹杂的分布和形态等方面也有明显的效果。
同时从试验和批量生产证明,对Ni、Mo、Cu合金减少添加量,通过调整热处理工艺,对材料的淬透性影响很小,对硬度的影响也很小。
但是从产品的下游使用和综合效益来看,使用YFB-2变质剂的效果可观。
3结论
通过在高铬抗磨白口铁中使用YFB-2钇基重稀土变质剂,碳化物形态和分布发生了显著的变化,提高基体强度,提高冶金质量,从而提高产品的综合使用性能;并减少Ni、Mo、Cu的加入量,降幅达40~50%,收到了良好的经济效益。