第八章 铸造高合金钢

目的 z消除碳化物，得单一奥氏体。
处理工艺 z将 钢 加 热 至 奥 氏 体 化 区 温 度 （ 10501100℃），保温（2小时左右），使铸态中 的碳化物充分固溶在奥氏体中，然后水淬。
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
稳定化处理
目的 z使碳能充分与钛、铌作用生成碳化钛、碳 化铌，以将铬稳定在奥氏体晶粒内。
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢） ¾ 牌号表示举例
牌号
ZG1Cr13 ZGOCr18Ni9
C
0.080.15
≤0.08
ZGOOCrl8Ni10 ≤0.03
ZGOCr18Ni9Ti ≤0.08
Si
≤1.00 ≤1.50 ≤1.50 ≤1.50
化学成分，%
Mn Ni Cr
≤0.60
0.802.00 0.802.00
1. 位错堆积理论 ¾ 这种理论认为高锰钢在经受强力挤压或冲击作 用后，晶粒内部产生相对滑移，在滑移面的两方 造成高密度位错，而位错阻碍滑移的进一步运 动，即起到位错强化的作用。
2. 形变诱导相变理论 ¾ 认为高锰钢中奥氏体是处于相对稳定状态，在 受力而发生变形时，由于应变诱导的作用，了生 奥氏体向马氏体的转变，在钢的表面产生马氏 体，因而具有高的硬度。
第八章 铸造高合金钢
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢）
R.A.Hadfield(英）于1883年发明这种钢； 钢中能锰的公称含量13%，牌号ZGMn13.
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢） 一分特点
牌号
ZGMn13-1 ZGMn13-2 ZGMn13-3 ZGMn13-4
4
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
二、铸造铬不锈钢
1. 化学成分
牌号
ZG0Cr13 ZG1Cr13 ZG2Cr13 ZGCr28
牌号、成分举例
化学成分，%
C
Si Mn Cr
≤0.08 ≤0.12 0.16-0.24
0.50-1.00
≤1.00
0.501.30
≤0.6
0.50.8
12.0014.00
26.0030.00
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
2. 热处理与组织 热处理：1050℃固溶后空淬， 500-600℃保温14h进行时效。 组织：板条状低碳马氏体+少量残余奥氏体+弥 散分布极为细小的富铜相。
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
3. 性能与应用 性能特点：高强度、高硬度。 应用：水轮机叶片等。
бb (MPa)
6
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
四、铬镍钼马氏体不锈钢—抗磨耐蚀钢
1. 化学成分 以铬为主要合金元素，添加镍和钼，使钢具仍 很高的淬透性，从而使大型厚壁铸件能在油淬 或空泠条件下，得到马氏体组织。
典型牌号和成分：
牌号
化学成分，% C Si Mn Cr Ni Mo RE
ZG0Cr13Ni4MoR
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢）
四、提高高锰钢性能的途径
变质处理
¾加入稀土（0.1%-0.2%），减弱树枝状晶的 生长，减小柱状晶的比例。 2. 时效强化
目的：进一步提高硬度和耐磨性。 方法：加入固溶度随温度下降而降低的元 素，如钒、钛、钼等，水淬后在350℃时效 8-12h，析出弥散的颗粒状碳化物。
—
8.0011.00 8.0012.00
12.0014.00
17.0020.00
18.0020.00
0.80- 8.00- 17.002.00 11.00 20.00
其他
—
—
— Ti:5*（C0.02）-0.7
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
2. 不锈钢的耐蚀机理 形成Cr2O3钝化模 铬使铁基固溶体的电极电位提高 铬吸收铁的电子使铁钝化
金相 组织
铁氏体 铁氏体+马氏体
马氏体
铁氏体+碳化物
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
2. 金相组织
平衡状态：F+碳化物 铸态： F+M+碳化物 淬火组织
¾ ZG0Cr13：F ¾ ZG1Cr13：F+M ¾ ZG2Cr13：M
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
3. 热处理 目的（Cr13)
¾ 消除碳化物 ¾ 消除贫铬区 ¾ 得马氏体
1. 化学成分 钢中加入Mo、Cu等元素，时效处理时在马氏 体基体上析出弥散硬化相，因而更进一步提高 了钢的硬度和抗磨性。
典型牌号和成分：
牌号 ZG17-4PH
化学成分，%
C Si Mn Cr Ni Mo Cu
≤0.07 ≤1.0
0.40.6
15.0017.00
3.54.5
0.4-0.6
2.53.5
δ (%)
16-22
Ψ
αk
(%) (105J/m2)
31-64 11-15
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
3.铬镍钼马氏体不锈钢的应用
这种钢具有较高的强度、硬度、抗磨性、用于 耐磨性要求较高的铸件，如水轮机转子。
不锈钢冲击式转轮
不锈钢混流式转轮
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
五、析出硬化不锈钢—抗磨耐蚀钢
≤1.0
1.0 2.0
11.013.0
16.0019.00
其他
—
Ti:5*（C0.02）-0.7
Ti:0.3-0.7 Mo:2.0-3.0
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
2. 金相组织
平衡状态 ¾ A+F+碳化物
铸态 ¾ A+碳化物
淬火组织 ¾ 单一A
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
3. 热处理
固溶化处理
高铬：对硝酸的耐蚀性高，适合于制造生产硝 酸的容器、管道、阀体等。
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
三、铸造铬镍不锈钢
1. 化学成分 ¾ 以铬、镍为主要合金元素、铬的公称含量为 18%，镍含量高于8%，镍使钢具有奥氏体组织。
5
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
三、铸造铬镍不锈钢
1. 化学成分 ¾ 以铬、镍为主要合金元素、铬的公称含量为 18%，镍含量高于8%，镍使钢具有奥氏体组织。 ¾ 加入少量碳化物形成元素钛、铌，使钢中基体溶 解多余的碳形成碳化钛、碳化铌，从而避免碳化 铬的形成； ¾ 加入钼、铜，提高对硫酸的耐蚀性； ¾ 加入硅，进一步提高对高浓度（98%）硝酸的及 其它氧化性酸类耐蚀性。
化学成分（%）
适用
C
Mn Si 范围
1. 10-1. 50 1. 00-1. 40 0. 90-1. 30 0. 90-1. 20
11.0-14.0
低冲击件 0.30-1.00 普通件
复杂件 0.30-0.80 高冲击件
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢） 2、铸态组织
ZGMn13钢的铸态组织
（A+M3C+P少量）
2
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢）
2. 含硅量
硅量0.3-1.0%，硅 降低碳在奥低体中 的溶解度，促进碳 化物析出。
3. 磷和硫
磷和硫是有害元 素，越低越好。
含磷量对高锰钢冲击韧性的影响
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢）
四、提高高锰钢性能的途径
1. 孕育和变质处理 目的：细化钢的晶粒和消除柱状晶，从而 提高韧性。 孕育处理 ¾ 加入钒、钛、铌、锆，形成这些元素的碳化物 或氮化物，起异质核心作用，采用冲入法。 ¾ 悬浮浇注：用钨粉或锰铁粉在浇注时撒布在钢 液上，起结晶核心作用。
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢） 4、高锰钢的应用
高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零 件。如拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎机 牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等。
挖掘机
颚 式 破 碎 机
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢）
挖 掘
破 碎
机
机
铲
牙
齿
板 铁路辙岔
球磨机衬 板
履带
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢）
二、高锰钢的加工硬化机理
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
不锈钢的组织状态图
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
类型 铁素 马氏 奥氏 能性 体系 体系 体系 淬火性 无 可 无 耐蚀性 佳 可 优 可焊性 尚可 不可 优
磁性 有 有 无
不锈钢的性能比较
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
不锈钢的牌号
¾含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+…… ¾含碳量以千分之一为单位
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢）
三、化学成分对高锰钢性能的影响
1. 含碳量和含锰量 ¾碳量：过低时，形变产生的硬化效果差；过高 时，水韧后仍可能有碳化物的析出，韧性降低。 ¾锰量：过低难于保证获单一奥氏体；过高不利 于加工硬化。 ¾Mn/C一般选8-10
8.2 铸造高锰钢（抗磨钢）
高锰钢的磨损量与含碳量的关系 含碳量对高锰钢冲击韧性的影响
铸造合金及其熔炼
曾大新
第八章 铸造高合金钢
第八章 铸造高合金钢
什么是铸造高合金钢 ¾ 在铸造合金钢中，合金元素总量在10% 以上，具有特殊的使用性能。高合金铸 钢实际上是特种铸钢。
铸造高合金钢的特点 ¾ 与特种铸铁比较；有更高的性能，特别 是力学性能； ¾ 铸造性能、焊接性能及切削加工性比碳 钢和低合金钢差。
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
热处理工艺 淬火
¾ 将钢加热至奥氏体化区温度（ 10001050℃），保温（2小时左右），使铸 态中的碳化物充分固溶在奥氏体中， 然后水淬。
回火 ¾ 加热到750℃左右保温。
8.3 铸造不锈钢（耐蚀钢）
4. 铬不锈钢的应用
低铬（13%）：在空气及弱腐蚀性介质中耐蚀性 良好，在食品、医药和化工设备上用得较多.
9 当平均含碳量≥1.00%时，用两位数字表示，如 11Cr17(平均含碳量为1.10%)；