高铬铸铁叶片材质研究
钒钛高铬铸铁及其耐磨机理的研究
辽宁工程技术大学硕士学位论文钒钛高铬铸铁及其耐磨机理的研究姓名：苏丹申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：刘忆20060101辽宁工程技术大学硕士学位论文１９退火后组织如图所示：高铬白口铸铁退火后的组织结构主要是变异莱氏体＋珠光体＋二次渗碳体。
图２—２退火后组织２．３．１淬火试验高铬铸铁在铸态和热处理态都具有很好的耐磨性，但在实际工作过程中，铸态的高铬铸铁不一定能得到需要的组织，为了发挥其耐磨性，常常处理成马氏体基体，使基体本身更耐磨，更好的支持碳化物。
本试验淬火温度选取了９６０℃。
２．３．２回火试验回火是铸件淬火后必不可少的后续工序，回火温度取２６０℃，使铸件淬火后的温度趋于稳定化。
舀舞时同ｈ．·图２－３“淬火＋回火”工艺曲图３．１为ｖ含量为０．８％的铸态试样ｘ射线衍射图谱，可以看出，存在奥氏体相，生成Ｃｒ７Ｃ３，Ｆｅ３Ｃ，Ｍ０２Ｃ，ＴｉＣ和Ｖ２Ｃ等化合物；图３－２为该试样热处理后ｘ射线衍射图谱，奥氏体大部分转变成马氏体，同时还有Ｃｒ７Ｃ３，Ｍ０２Ｃ，ＴｉＣ和Ｖ２Ｃ等化合物生成。
３．１．２金相组织高铬铸铁的铸态金相组织为共晶碳化物＋奥氏体及奥氏体的转变产物．如图３．３。
当含ｃｒ大于１２％时，高铬铸铁的共晶碳化物主要是Ｍ７Ｃ３型共晶碳化物，所以高铬铸铁的铸态组织为奥氏体加Ｍ７ｃ３型碳化物及少量马氏体组成，碳化物呈美丽的菊花状和条块状。
高铬铸铁若想获得马氏体组织，必须得通过热处理来实现Ｄｓ］。
（ａ）加入０．８％钒×４００（ｂ）加入ｌ－０％钒×４００图３．３钒钛高铬铸铁铸态试样的显微组织（ａ）未加钒（ｂ）加入０．６％钒×４００辽宁工程技术大学硕士学位论丈（ｃ）加入０．８％钒ｘ４００（ｄ）加入１．０％钒Ｘ４００图３—４钒钛高铬铸铁热处理后试样的显微组织图３－４是未加钒和加不同含量的钒变质处理试样热处理后的组织，其组织均为马氏体＋碳化物＋弥散分布的二次碳化物‘９１。
TiC_x-高铬铸铁复合材料的制备及性能研究1
TiC_x-高铬铸铁复合材料的制备及性能研究摘要：本文研究了 TiC_x/高铬铸铁复合材料的制备及性能。
通过石墨烯氧化物还原法制备了 TiC_x 纳米粉末，将其添加到高铬铸铁中，制备出不同比例的 TiC_x/高铬铸铁复合材料。
对样品进行了微观结构、力学性能和耐磨性能等方面的测试，结果表明：当 TiC_x 含量为5%时，复合材料的力学性能最佳，其摩擦系数和耐磨性能均得到了显著提高。
同时，通过扫描电镜和X射线衍射等分析方法，确定了 TiC_x 纳米颗粒和高铬铸铁间的强耦合作用，进一步验证了 TiC_x/高铬铸铁复合材料制备的可行性和有效性。
关键词：TiC_x；高铬铸铁；复合材料；石墨烯氧化物还原法；力学性能；耐磨性能1. 引言高铬铸铁具有优异的高温性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空、汽车、机械等领域中。
然而，在一些高负荷、高摩擦、高温、高磨损等恶劣环境下，高铬铸铁的性能存在一定的局限性。
为了克服这些问题，研究人员将其与其他材料复合，制备出了一系列优异性能的复合材料。
TiC_x 纳米粉末是一种具有优异耐磨性和高硬度的材料，将其添加到高铬铸铁中可以有效提高其力学性能和耐磨性能。
2. 实验材料和方法2.1 材料高铬铸铁、TiC_x 纳米粉末、石墨烯氧化物、异丙醇、乙二醇等。
2.2 方法首先通过石墨烯氧化物还原法制备出 TiC_x 纳米粉末，然后将其添加到高铬铸铁中，并采用真空感应炉对样品进行热处理。
通过SEM、XRD、TEM等分析手段对样品进行了微观结构和物理性能等方面的测试。
3. 结果与分析通过SEM观察得到，TiC_x 纳米颗粒均匀分布于高铬铸铁基体中，并且与基体间存在强耦合。
随着 TiC_x 含量的增加，样品的硬度和强度均呈现出上升趋势。
当 TiC_x 含量为5%时，复合材料的力学性能最佳，其摩擦系数和耐磨性能均得到了显著提高。
4. 结论本文采用石墨烯氧化物还原法制备了 TiC_x 纳米颗粒，并将其添加到高铬铸铁中，制备出了 TiC_x/高铬铸铁复合材料。
高铬铸铁双吸叶轮铸造工艺设计及优化
高铬铸铁双吸叶轮铸造工艺设计及优化近期我公司承接了国外客户来图加工的叶轮合同，要求材质为耐磨铸铁A49，叶轮运行环境弱酸性溶液。
由于叶轮作为过流部件，溶液对叶轮腐蚀性比较厉害，而我厂的A49材质属于良好耐磨耐腐蚀性材料，但是它的脆性比较强，它的铸造性能比普通的高铬铸铁差，容易抽裂，铸造废品率较高。
次双吸叶轮结构更复杂，合理的铸造工艺尤为重要。
本文主要探讨此双吸叶轮的铸造工艺及优化。
一、铸件简介本次生产的双吸叶轮结构如下图所示，叶轮主要特点为：双吸式叶轮，上下结构对称，被中间盖板隔开，毛坯重量为600kg，叶轮外径为800mm，叶轮高度为400mm，叶片上下个5枚叶片，叶片厚度为30mm，盖板厚度为40mm，其化学成分如下C：1.85～2.15%、Si：0.3～0.8%、Mn：0.5～1.0%、P<0.10、S<0.08、Cr：24～30%、Ni：2.0～3.0%、Cu：0.5～1.5%、Mo：2.0～3.0%。
技术要求流道内部表面光滑平整，无凸起和凹陷部位，不能有砂眼、裂纹、缩孔等铸造缺陷，静平衡质量允许差为100g，硬度要求HRC45～50。
二、铸造工艺设计2.1叶轮结构较复杂，模型和芯盒均采用木模，叶片采用铸铝，造型方法采用呋喃树脂砂造型，砂型尺寸为1200*1200*400两扇。
2.2分型面和拔模斜度。
根据叶轮的形状，在上盖板中间分型，如工艺图所示，查《铸造工程师手册》取拔模斜度取1%。
2.3收缩率与加工量。
高铬铸铁收缩率比较大，一般按照2%留收缩，结合我厂多年生产叶轮的实际经验，叶轮流道部分基本不收缩，所以流道不留收缩，其余按照2%留收缩。
加工量：高铬铸铁材质较硬和脆，不利于机械加工，所以加工量尽量留小一点，参考铸件尺寸和机械加工余量（GB/T6414-1999）以及结合我厂多年实际生产经验，取上箱加工量为5mm，下箱加工量为4mm。
2.4浇注系统和冒口设计。
高铬铸铁A49材料流动性很差，宜采用开放浇注系统，在叶轮上下两层，沿盖板芯头外圆处，内浇道六道，各浇道截面积按照F 直：F横：F内：=1.0：0.9：1.2。
《ZTA-高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为研究》
《ZTA-高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为研究》ZTA-高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为研究一、引言随着现代工业技术的快速发展，复合材料因其优异的物理和化学性能，在众多领域中得到了广泛的应用。
其中，ZTA（氧化锆增韧的氧化铝）陶瓷和高铬铸铁复合材料因其高硬度、高耐磨性及良好的耐腐蚀性，在机械制造、汽车制造、石油化工等领域展现出显著的优势。
对这类复合材料的组织结构及浸渗行为进行研究，对于优化其性能，提高应用效果具有重要意义。
二、ZTA/高铬铸铁复合材料的组织结构1. 材料组成与制备ZTA/高铬铸铁复合材料主要由ZTA陶瓷颗粒和高铬铸铁基体组成。
制备过程中，通过粉末冶金技术将两种材料均匀混合，并经过烧结、压制等工艺，形成具有特定性能的复合材料。
2. 组织结构特点（1）ZTA陶瓷颗粒：ZTA陶瓷颗粒具有较高的硬度和良好的韧性，能够有效提高复合材料的整体强度和耐磨性。
其晶粒尺寸较小，分布均匀。
（2）高铬铸铁基体：基体具有较好的延展性和塑性，能够与ZTA陶瓷颗粒形成良好的界面结合。
同时，高铬成分能够有效提高材料的耐腐蚀性。
3. 显微结构分析通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等手段，可以观察到ZTA/高铬铸铁复合材料中两种材料的显微结构及分布情况。
结果显示，ZTA陶瓷颗粒均匀地分布在基体中，形成了致密的复合材料结构。
三、浸渗行为研究1. 浸渗过程浸渗行为是指复合材料在特定环境下，如高温、高压等条件下，基体对ZTA陶瓷颗粒的渗透和融合过程。
这一过程对于复合材料的性能具有重要影响。
2. 影响因素（1）温度：温度是影响浸渗行为的关键因素。
随着温度的升高，基体对ZTA陶瓷颗粒的渗透能力增强，有利于两种材料的紧密结合。
（2）压力：压力的大小也会影响浸渗效果。
适当的压力能够促进基体对ZTA陶瓷颗粒的渗透，提高两种材料的界面结合强度。
（3）时间：浸渗过程需要一定的时间。
随着浸渗时间的延长，基体与ZTA陶瓷颗粒的界面结合更加紧密，有利于提高复合材料的整体性能。
高铬铸铁_??????
高铬铸铁
高铬铸铁是一种含有高铬（一般大于12%）的铸铁材料。
它具有良好的耐磨、耐热、抗腐蚀等性能，广泛应用于矿山、冶金、水泥、电力等行业中需要抗磨、抗腐蚀性能较高的零部件制造。
高铬铸铁的主要优点有：
1. 良好的耐磨性：高铬铸铁中的高铬元素可以形成较硬的碳化铬（Cr7C3），提高材料的硬度和耐磨性。
2. 良好的耐热性：高铬铸铁中的高铬元素可以提高材料的热稳定性和耐高温性能，适用于高温环境下的工作。
3. 抗腐蚀性能优异：高铬铸铁中的高铬元素可以形成致密的氧化铬（Cr2O3）保护膜，有效阻止氧、水和其他腐蚀介质的侵蚀。
4. 加工性能好：高铬铸铁具有良好的铸造流动性和机械加工性能，可以通过各种铸造和加工方法进行成型。
尽管高铬铸铁具有许多优点，但也存在一些缺点，如易产生铬酸盐等有害物质，需要注意环保和安全问题。
此外，高铬铸铁较为脆性，对冲击和震动敏感，需合理设计和使用。
Cr 27高铬铸铁生产工艺的实验研究
Cr 27高铬铸铁生产工艺的实验研究cr27高铬铸铁生产工艺的实验研究cr27高铬铸铁生产工艺的实验研究由于一些特种泵工作条件严酷，忍受磨损和锈蚀等多种促进作用，国外生产企业多使用含cr23%~30%的低铬铸铁提升耐热件使用寿命，例如英国用含cg25%低铬铸铁生产杂质泵，发掘海底沙石，寿命仅约2年。
国内某些生产厂家使用含铬26%~28%的低铬铸铁生产特种泵铸件，获得一定效果，但在实际应用领域中存有使用寿命高、质量不平衡、加工困难等问题，本文对含铬26%~28%低铬铸铁的选矿及热处理工艺展开了实验研究，选取了合金的成分及生产工艺。
1金成分的选取碳和铬，碳是提高合金硬度的主加元素，提高含碳量能增加碳化物数量，效果比提高铬量更显著，但降低铸件韧性。
由于特种泵铸件受冲击载荷较小，应选择高碳，合金含碳量可选定为2.5%~3.5%。
铬是高铬铸铁的主加元素，特种泵主要为耐腐蚀磨损，考虑耐蚀性的影响，含铬量定为26%~28%，cr/c为8~10。
根据经验公式，基体中含铬量为cr%=1.95cr/-2.47，合金基体的平均含铬量在14%左右，大于11.7%，具有很好的抗蚀性。
碳、铬、和碳化物之间有如下关系：碳化物%=12.33%c+0.55%cr-15.2%。
合金中碳化物的数量为30%~35%，具有优良的抗磨性能。
铬大部分形成合金碳化物，因合金淬透性很差，须加入其它合金元素来改善。
钼，钼的主要促进作用就是提升合金淬透性，钼减少ms点的促进作用并不大。
当钼和铜联手采用时，提升淬透性更显著。
含钼量掌控在1.5~3.0%。
镍，镍为非碳化物形成元素，全部溶于奥氏体，使ms点明显降低。
含镍量宜控制在低于2.0%。
硅，硅可以由合金炉料带进及以脱氧剂形式重新加入。
硅可以提升ms点，但减少合金淬透性。
硅固溶基体中减少铸铁脆性，不含硅量可以掌控在0.50%~1.0%。
锰，锰能提高合金淬透性，但强烈降低ms点，使残余奥氏体明显增加，硬度下降。
高韧性高铬铸铁衬板的研制和应用
高韧性高铬铸铁衬板的研制和应用冯胜山杨应凯叶学贤曹金宏余松明1 前言据统计，我国每年消耗的金属耐磨材料约300万吨以上，其中仅冶金矿山消耗的衬板就达10万吨左右。
目前我国各类矿山用磨机等选矿设备中的衬板等易损件一般都采用ZGMn13高锰钢材质。
这类易损件在使用时要承受一定的冲击和磨料磨损，因此其材质应具有良好的抗磨性能和一定的冲击韧性。
ZGMn13奥氏体高锰钢的冲击韧性很高(аk达200J/cm2),原始硬度不超过HB230，但在高的冲击负荷作用下，工件表面层能够产生硬化效应，其表面硬度可达HRC42～48，而中心仍保持优良的韧性。
但如果服役时冲击能量不够，奥氏体高锰钢表面冲击硬化效应不能充分产生，高锰钢表面达不到高硬度，则工件很快磨损。
同时高锰钢的屈服极限（б0.2）较低（约为350MPa左右），在使用中，尤其是使用前期工件易发生塑性变形。
另外球磨机衬板与研磨介质（如磨球）之间还存在一个硬度匹配问题，研磨介质硬度一般应高于衬板硬度HRC3左右较宜，但目前很多厂矿使用的低铬铸铁、高铬铸铁磨球的硬度大大高于高锰钢衬板硬度。
高锰钢在低冲击负荷下的上述不足常常导致工件的韧性有余而耐磨性不够，磨损失效快，而且变形严重，致使工件寿命短。
Cr>11%的高铬白口铸铁的共晶碳化物为六方晶系的M7C3，（CrFe）7C3的硬度为HRV50 1200～1800，比一般白口铸铁的共晶碳化物Fe3C（HRV50840～1100）高，同时凝固特性发生变化，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，因此是抗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以通过调整碳铬比，加入各类合金元素，采用稀土变质处理和热处理工艺等来控制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，满足工件使用要求。
高铬铸铁化学成分范围
高铬铸铁化学成分范围
高铬铸铁化学成分范围
高铬铸铁是一种具有高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性的铸铁材料。
其化学成分范围对于材料的性能有着至关重要的影响。
高铬铸铁的化学成分范围通常为：C 2.5-3.5%，Si 0.5-1.5%，Mn 0.5-1.0%，Cr 12-28%，Mo 0-3%，Ni 0-3%，Cu 0-1%，P ≤0.15%，S ≤0.10%。
其中，碳是高铬铸铁的主要合金元素之一，可以提高材料的硬度和强度。
硅可以提高铸铁的流动性和耐磨性。
锰可以提高铸铁的强度和韧性。
铬是高铬铸铁的关键合金元素，可以提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。
钼、镍和铜等元素可以进一步提高材料的耐腐蚀性和耐磨性。
在高铬铸铁的化学成分范围中，磷和硫的含量也非常重要。
过高的磷和硫含量会降低材料的韧性和冲击韧性，从而影响材料的使用寿命和安全性。
在实际应用中，高铬铸铁的化学成分范围可以根据不同的使用要求进行调整。
例如，在一些高温环境下使用的高铬铸铁中，通常会增加钼的含量，以提高材料的耐热性和耐腐蚀性。
高铬铸铁的化学成分范围对于材料的性能有着至关重要的影响。
在实际应用中，需要根据不同的使用要求进行合理的调整，以获得最佳的性能表现。
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机械工程材料
２００１年６月Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ＭｅｃｈａＩｌｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｖｏＬ ２５№．６ Ｊ帆２００１
高铬铸铁叶片材质研究
贺同正１，仝健民２．许若琳３ （攀枝花钢铁公司 １．钢铁研究院；３．设备管理处，四川攀枝花６１７０００
２．清华大学材料科学与工程系，北京１０００８４）
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样号
主要化学成分。％惦在高恪谇铁中各相的分布，％
，。
，一．
区域 初生 共晶 共晶 平均戚分臭氏体臭氏体破化物
Ｅｌ
１．９７１ １０．２６
１１．２０
９．７４
９．５７
４３．５７
Ｅ２
２．０２６ １５．７７
１６．４１
１１．５Ｚ
１仉５２
５３．４７
Ｅ３
１．９７２ ２０．５４ ２１．５７ １６．０ｌ １４．８８ ６３．３４
抗怒度７０９ ７９８
８７８
Ｂ６
夏３６６ １６．１８＆９７
日固定铬量２．７９８ １氐２２ １２．０５
Ｅ８变化碗量３．２８５ １６．３５ １＆９４
Ｅ９
３．７８３ １６．３８一
Ｌ ３６ ３．９６ ２．９０
一
ｌ氐３３
１６．Ｏｌ １５．８４
一
一Ｏ．２ｌ ＋０．１５ —ｏ．２ｌ —０．５１
一
含量普遍略高于共晶奥氏体的铬含量，使得共晶奥 氏体稳定性略低于初生奥氏体。高铬铸铁中铬量保 持相对稳定时，随碳含量的变化铬在区域中的平均
成分保持不变，却改变了铬在各相中的徽区分布，因 碳量的增加，形成铬的碳化物数量增多，共晶碳化物
中铬的含量显著减少，奥氏体中的铬的含量随碳量
４．２铬在高铬铸铁中分布
的增加略有降低。
铬主要是固溶在奥氏体和富集在铬碳化物中， ４．３碳、铬对高铬铸铁力学性偿的影响
少量分布在其它类型的碳化物和夹杂物中，铬在各 ４．３．１碳、铬对硬度的影响
万方数据
贺同正，等：高铬铸铁叶片材质研究 四种不同铬含量的高铬铸铁的显微组织的特点 见表２。
１ｔｂｋ２ １ｌ－ｅｍｉａ氆打瞰嘶裹ｄ２－四卵种触不恤同ｒｉ铬池含０量ｆ●的栅高Ｍ铬曲铸曲铁咖组ｊ织岫特Ｉ皤点ｔ岫ｗ妯山ｎ鳓。伽呲阻乜
组织中碳化物数量、形貌及分布受到Ｃ、ｃｒ含 量的影响。当固定碳改变铬含量或固定铬改变碳含 量时，碳化物数量都发生明显变化。用半自动图象 仪测定碳化物面积和宽度，同时用经验公式计算碳 化物含量，结果见表３。数据表明：随着碳、铬含量 的增加，碳化物的数量增加，而碳的影响更为明显．
９．６３
４１．６２
Ｅ９
３．７８３ １６．３８ １６．５９
—
９．５３
３８．５６
卯
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４０ ０
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ｄ删Ⅲｎａ哦咖∞耐
ｈ轴
作用元素
笪
矍
棒号
Ｅｌ
＆
Ｅ３
Ｅ４ Ｅ５ Ｅ６ Ｅ７豳曲
元静量１０，１６ １５．７７ ２０．５４ ２５．７１ｌ ３７ ２．３６ ｚ．７９ ３２８ ３．７８
组成相中的分布影响着奥氏体的稳定性、碳化物的
随铬含量的增加，奥氏体更趋稳定．甚至共晶臭
类型和数量等。
氏体转变成马氏体的数量也在减少，因而硬度随铬
表４为化学相分析确定铬在固溶相和析出相中 量增加呈下降趋势。另外铬量的增加也导致组织中
的宏观分配情况。数据表明：保持碳或铬含量不变 共晶碳化物数量有所增加，使得硬度星上升趋势，因
Ａｎ ＩｎＶ鹤ｔｉ踟ｔｉｏｎ蚰Ｈｉ曲Ｃｈ嗍ｉ啪Ｑ戚Ｉｒ∞Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｕｓｅｄ ｆｏｒ
脚ａｄｅ ｏｆ轴ｏｔｎ蛐ｉｎｇＭａｃｈｉ肿
髓嘶凼蚰ｆ，田孙Ｂ ＪｉａＩ卜ｍｉⅡ２，ｘｕ Ｒｌ·一对
（１．３．Ｐａ比ｈｉｈｕａ １ｒｏｎ ８Ｌ ｓｔｅｅｌ Ｃｏ珥）ｏｒａｔｉｏｎ，Ｐ眦ｚｈｉｈｕａ ６１７０００，ｃｈｉｌｌａ；
万方数据
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抽姜：对高铬绮铁叶片材质进行了系统的实验室研究和装机试验，确定了碳和铬对相结构、组 织、力学性能和耐磨性能的影响度其相互关系，得出较佳的高铬铸铁成分，所制成叶片使用寿命比 原中铬铸铁、高碳高铬俦铁提高６倍。
关■嗣：高铬绮铁；叶片；耐磨性能；使用寿命
文章■号：１０００’３７３８（２００１）０６啪２≯＿０５
收藕日期：２００争０６—２０；修订日期：２００㈨８－１５
作着霄介：贺同正（１９７２一），勇，●枝托铜铁研究院工程师，硬士
叶片材质的合理选定提供依据·
２试验材质
设计了９种不同成分的高铬铸铁，用５０ｋｇ中频 感应炉冶炼，，其化学成分见表１。
３试验方法
３．－ｌ化学相分析方法 ‘用盐酸甲尊体系电解液，在低温条件下电解，对
ｓｅｍ ｔＬｌ弛，ｍ∞嘶ｃａｌ ｐｏｐｅｒｄ∞，ｗ瞰ｒ鹳ｉＢ伽ｃｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｏｍｌａ妇１ ｗｅｒｅ ｄＨ口ｍｉｒ－ｅｄ Ｔｈｅ ｏｐｔ妇哪∞ｍｐｏｓｉ６０Ｉ话ｆｏｒ
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， 时，铬在两相中的分配保持稳定。固定碳含量（约 此硬度变化受这两种因素的叠加作用。在相同冷却
２．ｏ％），随着铬含量增加（１０％～２５％）。碳化物微区 速度下，当基体主要为奥氏体时，铬对硬度的影响不
成分中的铬提高，铬在析出相中的含量增加。固定 大，见图２。
铬量（约１６％），析出相的数量与碳含量增加成正
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