第四章特種性能鑄鐵第四章特種性能鑄鐵第一節(jié)減摩鑄鐵第二節(jié)冷硬鑄鐵第三節(jié)抗磨鑄鐵第四節(jié)耐熱鑄鐵第五節(jié)耐蝕鑄鐵第一節(jié)減摩鑄鐵

1.定義摩擦系數(shù)小、磨損少、抗咬合性好。2.影響磨損的因素：成分、組織、性能和條件。〔潤滑、載荷、速度、外表質(zhì)量〕3.磨損機理

一.石墨對鑄鐵減摩性的影響★石墨的作用:(1)固體潤滑劑；(2)儲存潤滑劑促進油膜形成。★片狀石墨成膜能力強，球狀石墨成膜能力弱，蠕墨介于兩者之間。二.基體組織對鑄鐵減摩性的影響理論：越硬越耐磨，但，不易成膜，綜合P最好，細小P最好。在輕微磨損下：B下最好，M次之，P最差嚴重磨損時，都差不多三.常用的減摩鑄鐵普通灰鐵、球鐵即是，例如機床、活塞環(huán)〔一〕含磷鑄鐵原理：二元、三元磷共晶斷續(xù)網(wǎng)狀分布〔硬質(zhì)點〕提高耐磨性圖4-3一般含磷0.4—0.7%特點：流動性好，提高30—50%表4-2鑄造應力大〔P降低導熱性、磷共晶膨脹、磷共晶與基體導熱系數(shù)不同〕應用：機床導軌、氣缸套、摩阻零件〔剎車瓦〕高磷鑄鐵P基+片狀石墨+磷共晶100高磷鑄鐵P基+片狀石墨+磷共晶1002.釩鈦鑄鐵成分：V：0.3—0.5%，Ti：0.15—0.35%原理：V、Ti與C、N形成化合物硬質(zhì)點細化晶粒〔P、G〕F少表4-3應用：機床導軌、活塞環(huán)、缸套〔加Cu、B〕3.硼鑄鐵成分：0.03—0.08%原理：形成硼碳化物，偏析在晶界網(wǎng)狀分布，含磷時，形成磷硼碳化物，硬度更高〔B阻遏石墨化〕應用：氣缸套、活塞環(huán)表4-4第二節(jié)冷硬鑄鐵冷硬鑄鐵——通過一定的工藝方法，使鑄件激冷層的組織形成白口或麻口，鑄件內(nèi)部組織仍保持灰口的鑄鐵。組織：外層白口，內(nèi)層灰口，中間麻口性能：外硬、內(nèi)韌應用：摩擦磨損、磨料磨損一、化學成分、組織特點激冷層硬度、深度是冷硬鑄鐵的關鍵，1、成分：C、SiC調(diào)整硬度〔C多，滲碳體多〕Si調(diào)整深度〔Si多，深度淺〕石墨化普通白口鑄鐵共晶組織合金元素：增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V〔最強〕減小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P〔最弱〕影響硬度C、Nb、P、Mn、Cr、Mo、V、Si〔最弱〕影響麻口：C、S、P減小麻口Cr、Al、Mn、V增加麻口2、組織白口層：普通冷硬鑄鐵〔P+Fe3C〕低合金冷硬鑄鐵〔S+B上+Fe3C〕高合金鑄鐵〔B+M少量+Fe3C〕麻口層：白口〔與上相同〕+G二、冷硬鑄鐵的獲得與性能特征1、獲得：成分、工藝控制工藝：激冷金屬型復合鑄造雙金屬鑄鐵影響激冷層工藝因素：〔1〕爐料性質(zhì)爐料白口多，鑄件白口多〔2〕熔煉工藝鐵液溫度，過熱溫度越高，靜置時間越長，白口越多〔形核能力降低〕。澆鑄溫度越低，白口越多?！?〕鑄型工藝冷鐵厚度：壁厚大，冷鐵厚度大一般冷鐵厚度/鑄件厚度1：2-4成分：碳、硅減少白口層，但不能太少，碳少硬度不夠。圖4-5，圖4-6合金元素圖4-92、性能：白口硬度高，但脆性大麻口硬度低，但韌性好圖4-8，圖4-9三、冷硬鑄鐵的應用主要應用于各種軋輥〔耐磨，白口，強度要求高，麻口〕軋輥的生產(chǎn)方法：一體鑄造，溢流鑄造，離心鑄造圖4-10、11、12第三節(jié)抗磨鑄鐵1、定義：抵抗磨料磨損相對耐磨性=標準磨損/試樣磨損2、耐磨原理：磨料磨損磨料對金屬刮削金屬硬度、磨料硬度、外加力相對耐磨性與金屬硬度、磨粒硬度的關系Ha/Hm﹤0.7—1.1耐磨性最好圖4-14

﹥0.7—1.1耐磨性開始變差﹥1.1—1.3耐磨性不變﹤0.7—1.1，﹥1.3—1.7增加硬度無意義。因此，單純提高硬度，對鑄鐵而言，不能提高耐磨性，硬度高，脆性大，反而降低耐磨性。一、普通白口鐵1、成分：高C低Si，Si﹤1%,Mn﹤1%一般不含或少量的合金元素2、組織：P+Fe3CLd3、性能：脆性大、耐磨性差4、應用：鏵犁，磨粉機的磨片導板二、鎳硬白口鐵1、成分：在普通白口鐵中參加一定量的鎳4—6%，鉻2-8%，2、組織：M+A3、性能：提高硬度韌性4、應用：軋輥，球磨機，雜質(zhì)泵鎳短缺昂貴元素，盡量少用，我國少用。

四.鉻系白口鐵Cr↑，碳化物的形態(tài)：（Fe、Cr）3C→（Fe、Cr）7C3→（Fe、Cr）23C6（Fe、Cr）3C：連續(xù)網(wǎng)狀或板狀1000-1230HV（Fe、Cr）7C3：不連續(xù)條狀或條塊狀1200-1800HV（Fe、Cr）23C6：不連續(xù)條狀或條塊狀1140HV〔一〕、低鉻白口鐵1、成分：在普通白口鐵的根底上參加少量的鉻元素Cr=1—5%2、組織性能：形成(Fe,Cr)3C提高硬度，提高韌性〔原滲碳體是蜂窩狀,對基體割裂〕(Fe,Cr)3C形態(tài)，局部網(wǎng)狀和板條狀3、應用：球磨機〔二〕中鉻白口鐵1、成分：Cr=7—11%2、組織：M3C、M7C3混合物3、性能：與鎳硬鑄鐵相近，介于低鉻和高鉻之間表4-164、應用：取代鎳硬鑄鐵

組織：M+（Fe、Cr）7C3+（Fe、Cr）23C6（1）性能特點a.高硬度，高耐磨性；b.較好的韌性；c.淬透性高；b.高抗腐蝕磨損和高抗氧化性。3.高鉻白口鑄鐵2、成分：Cr=12—28%〔1〕Cr、C重要元素，影響形成M7C3的數(shù)量碳化物數(shù)量=12.33〔%C〕+0.55〔%Cr〕-15.2C：一般調(diào)節(jié)碳量調(diào)節(jié)M7C3的數(shù)量Cr/C：影響M7C3相對數(shù)量，一般大于5能獲得大局部，高鉻還能提高淬透性圖4-22〔2〕Mo、Mn、Cu提高淬透性Mo：提高淬透性〔融入A中〕，提高硬度〔Mo2C〕Cu：提高淬透性，降低Ms線，2%左右Mn：提高淬透性，提高硬度(Fe,Mn)3C，降低Ms線，和Mo共同作用，提高淬透性更大。﹤1%常用：15Cr-3Mo，15Cr-3Mo-1Cu，20Cr-2Mo-1Cu3、鑄造工藝1〕充分補縮〔與鑄鋼相同〕2〕澆鑄系統(tǒng)按灰鐵計算各斷面面積增加20—30%即可3〕不適宜用沖天爐熔煉〔鉻燒損〕4〕澆鑄溫度不要太高，比液相線高55℃即可4、熱處理特點：有二次碳化物的析出和溶入〔基體過多地融入了碳及合金元素，加熱時，易析出，溫度再高，又溶入?！扯翁蓟锏奈龀觯岣進s線，獲得M多，減少剩余A。但，使C曲線左移，降低淬透性。淬火溫度隨鉻量的增大而增大5、性能強度硬度高，韌性好，〔奧氏體、馬氏體〕取決于基體和M7C3M7C3規(guī)那么排列強度可達3100MP（6）應用高鉻鑄鐵基體馬氏體→水泥行業(yè)珠光體→沖擊較大場合奧氏體→濕磨工況第四節(jié)耐熱鑄鐵金屬的氧化——金屬從表面開始逐漸向金屬化合物變化的現(xiàn)象金屬的生長——金屬在高溫下工作，其體積將發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的脹大現(xiàn)象耐熱鑄鐵——在高溫條件下，具有一定的抗氧化和抗生長性能，并能承受一定載荷的鑄鐵

一.鑄鐵在高溫下的氧化1.氧化過程（1）氧原子在鐵表面形成化學吸附（2）受Fe-O化學反應速度控制的氧化過程;（3）受擴散速度控制的氧化過程.2.影響鑄鐵氧化的因素（1）氧化膜的性質(zhì);

Fe+O2→FeOT>1000℃時，F(xiàn)eO膜厚度達到500?，隔絕氧與金屬基體的直接接觸，此時，鐵的氧化就開始受金屬鐵離子通過FeO膜不斷擴散至表面與氧反應。

γ=a.氧化膜的致密度系數(shù)

二.高溫生長1.低于相變溫度時的生長溫度:400~600℃;原因:P→F+G;（2）合金元素;（3）組織.

γ>1時，氧化膜致密，具有保護作用;

γ<1時，氧化膜疏松，不具有保護作用。b.氧化膜的導電率

導電率↑，離子擴散運動↑，氧化↑;

Al、Si、Cr、γ

↑，導電率↓，抗氧化↑;措施:a.使基體全部為F;b.加入穩(wěn)定P的合金元素.2.在相變溫度范圍的生長原因:FA;產(chǎn)生大量的孔洞.措施:a.提高相變點溫度;b.調(diào)整工作溫度.3.高于相變溫度時的生長原因:氧化措施:防止氧化.

三.常用耐熱鑄鐵1.中硅耐熱鑄鐵(1)硅的作用形成單一的F形成致密的氧化膜SiO2提高F—A相變溫度Si﹥5%，C=2.2~2.6%灰鐵：F+G片狀（2）組織球鐵：F+G球狀（3）性能：力學性能和耐熱性能↑2.含鋁耐熱鑄鐵（1）Al的作用促進G化，形成單一的F形成致密的氧化膜Al2O3提高F—A相變溫度（2）Al的含量：Al﹥5%，22%（3）組織灰鐵：F+G片狀+ε球鐵：F+G球狀+ε（4）性能耐熱溫度↑↑3.含鉻耐熱鑄鐵（1）Cr的作用提高淬透性，獲得單一的A形成致密的氧化膜Cr2O3提高F—A相變溫度阻礙G化，穩(wěn)定P（2）含量高Cr：15-18A基體低Cr：0.5-2P基體（3）組織高Cr：A+M7C3低Cr：P+G片狀（4）性能高溫下具有抗磨性1、腐蝕：化學、電化學、機械、生物腐蝕等，電化學腐蝕最嚴重圖4-312、提高耐蝕途徑：形成保護膜、形成單相組織、提高基體的電極電位。3、方法:參加合金元素，參加量：〔固溶體中〕塔曼定律，1/8、2/8……11/8表4-31質(zhì)量百分數(shù)原子份數(shù)一、高硅耐蝕鑄鐵1、成分：Si14.4—18%，圖4-32、332、組織：F+G+硅鐵化合物〔脆性〕3、性能：硬、脆，耐酸腐蝕，不耐堿、氫氟酸、氟化物加稀土、銅，可提高韌性4、應用：耐酸鑄件二、含鋁耐蝕鑄鐵1、成分：Al=4—6%〔高了，脆性大〕2、組織：P+F+G+Fe3Al〔少量〕3、性能：耐堿蝕、耐熱性好4、應用：化工泵、葉片三、高鉻耐蝕鑄鐵1、成分：Cr=24-35%，C量要低圖4-34圖4-35、36要求：Cr＞10C+12.5%2、組織：F+A+〔Fe、Cr〕3C3、性能：耐氧化性酸，鹽酸，力學性能好4、應用：砂泵、礦漿泵等四、高鎳耐蝕鑄鐵1、成分：Ni=13.5-36%表4-332、組織：A+G3、性能：抗換原性腐蝕介質(zhì)的腐蝕4、應用：耐堿蝕元件總之：要看工況條件〔酸、堿〕決定選哪種鑄鐵耐蝕。沒有適合所有條件的材料。123456ABCDEFGHNJPMOSKQ1538℃1394℃1154℃1148℃910℃770℃738℃727℃230℃1493℃Lγαγ＋CmL+Cmα＋CmFeFe3Cγ+L碳在α-Fe中的間隙固溶體稱為α鐵素體，簡稱為鐵素體(Ｆ)；最大溶碳量為727℃時的wc=0.0218%，最小為室溫時的wc=0.0008%；性能為：σb180~280MPa、σ0.2100~170MPa、δ30%~50%，αk160~200J/㎝2、硬度~80HB。碳在δ-Fe中形成的間隙固溶體稱為δ鐵素體，(δ)，最大溶碳量為1495℃時的0.09％。鐵素體〔Ferrite〕碳在γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為奧氏體(A)，最高溶碳量為1148℃時的wc=2.11％；奧氏體具有高塑性、低硬度和強度，其力學性能為：σb400MPa、δ40%~50%、170~220HB。奧氏體主要存在于727℃以上的高溫范圍內(nèi)，利用這一特性，工程上常