第4章鑄鐵的腐蝕性能

1、常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性第第4 4章章 鑄鐵的腐蝕性能鑄鐵的腐蝕性能 4.1 概述概述常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性普通灰鑄鐵（包括孕育鑄鐵）（片狀石墨）；蠕墨鑄鐵；球墨鑄鐵；普通灰鑄鐵（包括孕育鑄鐵）（片狀石墨）；蠕墨鑄鐵；球墨鑄鐵；可鍛鑄鐵（團狀石墨，強度和韌性好，是白口鑄鐵經(jīng)熱處理后得到可鍛鑄鐵（團狀石墨，強度和韌性好，是白口鑄鐵經(jīng)熱處理后得到的）。的）。4.1.1鑄鐵的分類鑄鐵的分類: :1、按斷口分：、按斷口分：灰口鑄鐵、白口鑄鐵（硬而脆）、麻口鑄鐵灰口鑄鐵、白口鑄鐵（硬而脆）、麻口鑄鐵2、按合金化程度分：、按合金化程度分

2、：3、按石墨形態(tài)分：、按石墨形態(tài)分：普通鑄鐵、合金鑄鐵（特殊性能鑄鐵，耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐磨普通鑄鐵、合金鑄鐵（特殊性能鑄鐵，耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐磨鑄鐵）鑄鐵）常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性 鑄鐵為鐵、碳、硅三元合金，一般鑄鐵組織主要有鐵素體、滲鑄鐵為鐵、碳、硅三元合金，一般鑄鐵組織主要有鐵素體、滲碳體、石墨三個相。碳體、石墨三個相。4.1.2鑄鐵腐蝕的基本原理鑄鐵腐蝕的基本原理1、鑄鐵的組織：、鑄鐵的組織： 在電解質(zhì)溶液中，石墨電極電位最高（在電解質(zhì)溶液中，石墨電極電位最高（+3.7V），滲碳體次之，），滲碳體次之，鐵素體較低（鐵素體較低（-0.44V）。）。

3、 因此，發(fā)生電化學腐蝕時，一般是形成以石墨或滲碳體為陰極，因此，發(fā)生電化學腐蝕時，一般是形成以石墨或滲碳體為陰極，鐵素體為陽極的原電池，造成腐蝕破壞。鐵素體為陽極的原電池，造成腐蝕破壞。2、腐蝕原因：、腐蝕原因：常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性3 3、石墨以中等大小，互不相連為好，球狀或團絮狀比片狀好。、石墨以中等大小，互不相連為好，球狀或團絮狀比片狀好。 4.1.3提高鑄鐵耐蝕性所希望的組織提高鑄鐵耐蝕性所希望的組織:1、基體最好是致密均勻的單相組織，如：奧氏體或鐵素體（珠光、基體最好是致密均勻的單相組織，如：奧氏體或鐵素體（珠光體不如鐵素體耐蝕）體不如鐵素體耐蝕）

4、2、碳以碳化物形式存在為好（因為滲碳體與鐵素體形成的原電池、碳以碳化物形式存在為好（因為滲碳體與鐵素體形成的原電池比石墨與鐵素體形成的原電池的電動勢?。┍仁c鐵素體形成的原電池的電動勢?。┏３?用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性4.2 4.2 鐵銹的形成鐵銹的形成 -Fe2O3.H2O；-Fe2O3.H2O；FeOx（OH）3-2x（非晶態(tài)）。（非晶態(tài)）。 4.2.1鐵銹結構鐵銹結構 鋼鐵表面上形成銹層時通常分為內(nèi)外兩層。外層疏松，結合不鋼鐵表面上形成銹層時通常分為內(nèi)外兩層。外層疏松，結合不牢，內(nèi)層較致密，同基體結合較牢。牢，內(nèi)層較致密，同基體結合較牢。 主要由三部分組成：

5、主要由三部分組成：常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性2、先生成、先生成-Fe2O3.H2O，然后再部分或全部地變成，然后再部分或全部地變成-Fe2O3.H2O，即：即：Fe（溶解）（溶解）Fe2+（經(jīng)水分解）（經(jīng)水分解）FeOH+（空氣氧化）（空氣氧化）-Fe2O3.H2O（溶解、沉積）（溶解、沉積）FeOx（OH）3-2x（固相轉(zhuǎn)化、老化）（固相轉(zhuǎn)化、老化）-Fe2O3.H2O4.2.2形成過程形成過程1、鐵銹主要是鐵的三價氧化物，它不是由鐵一次氧化形成的，而、鐵銹主要是鐵的三價氧化物，它不是由鐵一次氧化形成的，而是經(jīng)由二價鐵離子進一步氧化生成的。是經(jīng)由二價鐵離子進一

6、步氧化生成的。3、鋼鐵在酸溶液中的腐蝕產(chǎn)物是可溶的，不生成鐵銹，在弱酸性、鋼鐵在酸溶液中的腐蝕產(chǎn)物是可溶的，不生成鐵銹，在弱酸性、中性或堿性水溶液中能生成銹層，中性或堿性水溶液中能生成銹層，常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性4.3 4.3 鑄鐵中合金元素對耐蝕性的影響鑄鐵中合金元素對耐蝕性的影響 3、使鑄鐵表皮層下形成致密而牢固的保護膜。、使鑄鐵表皮層下形成致密而牢固的保護膜。 如形成如形成SiO2，Al2O3，Cr2O3，4.3.1合金元素提高鑄鐵耐蝕性的主要作用：合金元素提高鑄鐵耐蝕性的主要作用：1、改變某些相的電位，降低原電池的電動勢。、改變某些相的電位，降低原電

7、池的電動勢。 如如Cr，Mo，Cu，Ni，Si等，可提高基體的電極電位。等，可提高基體的電極電位。2、改善組織，使電池數(shù)量減少，電動勢變小。、改善組織，使電池數(shù)量減少，電動勢變小。 如加入硅如加入硅1418%，得到單一鐵素體組織，加入錳得到單一奧氏，得到單一鐵素體組織，加入錳得到單一奧氏體組織。體組織。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性 原因：硅的大量加入，使鐵的表面形成比較致密與完整的原因：硅的大量加入，使鐵的表面形成比較致密與完整的Si0Si02 2保護膜，這種膜具有很高的電阻率和較高的電化學穩(wěn)定性。隨著含保護膜，這種膜具有很高的電阻率和較高的電化學穩(wěn)定性。隨著含硅

8、量的增加，使致鈍電流電流密度和維鈍電流密度都大大降低，提硅量的增加，使致鈍電流電流密度和維鈍電流密度都大大降低，提高了鑄鐵的鈍態(tài)穩(wěn)定性。高了鑄鐵的鈍態(tài)穩(wěn)定性。4.3.2鑄鐵中主要合金元素的作用鑄鐵中主要合金元素的作用1、Si，是提高鑄鐵耐酸性的主要元素。，是提高鑄鐵耐酸性的主要元素。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性2、Ni：原因：原因：Ni使腐蝕電位向正方向移動。使腐蝕電位向正方向移動。主要作用：一方面提高了鐵的化學穩(wěn)定性，同時又促進了鐵的鈍化。主要作用：一方面提高了鐵的化學穩(wěn)定性，同時又促進了鐵的鈍化。（高鎳鑄鐵不僅對氧化性介質(zhì)，而且對還原性介質(zhì)都有較高的耐蝕（高鎳

9、鑄鐵不僅對氧化性介質(zhì)，而且對還原性介質(zhì)都有較高的耐蝕性。）性。）常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性原因：鉻是一種易鈍化金屬，在氧化性介質(zhì)中能使表面形成牢固而原因：鉻是一種易鈍化金屬，在氧化性介質(zhì)中能使表面形成牢固而致密氧化膜。致密氧化膜。3、Cr：主要作用：使合金鑄鐵具有高的耐熱性，而且提高了鑄鐵在氧化性主要作用：使合金鑄鐵具有高的耐熱性，而且提高了鑄鐵在氧化性腐蝕環(huán)境中的耐蝕性。腐蝕環(huán)境中的耐蝕性。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性 4、Mo：主要作用：改善合金鑄鐵在還原性酸及氯化物溶液中的耐蝕性。主要作用：改善合金鑄鐵在還原性酸及氯化物溶液中

10、的耐蝕性。原因：在酸性氯化物溶液中，表面膜中的原因：在酸性氯化物溶液中，表面膜中的MoO3具有很高的穩(wěn)定性。具有很高的穩(wěn)定性。但是，只有在含有硅、鉻、鉬等元素的合金中，多孔的但是，只有在含有硅、鉻、鉬等元素的合金中，多孔的MoO3才能充才能充分發(fā)揮其改進合金鑄鐵表面膜性能的作用。分發(fā)揮其改進合金鑄鐵表面膜性能的作用。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性原因：極易形成保護性良好的氧化膜。原因：極易形成保護性良好的氧化膜。5、Al：主要作用：一定量的鋁，可使鑄鐵具有良好的耐熱性，而且在多種主要作用：一定量的鋁，可使鑄鐵具有良好的耐熱性，而且在多種酸性溶液中具有很好的耐蝕性。酸

11、性溶液中具有很好的耐蝕性。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性在高硅鐵中作用較為明顯，加入在高硅鐵中作用較為明顯，加入6.510%的銅，可以大大改善鑄的銅，可以大大改善鑄鐵的耐熱硫酸的腐蝕能力。原因被認為是銅在晶界處的析出，成為鐵的耐熱硫酸的腐蝕能力。原因被認為是銅在晶界處的析出，成為陰極元素，促進了陽極鈍化。陰極元素，促進了陽極鈍化。6、Cu：Cu在鑄鐵中對耐蝕性的作用說法不一，與各方面條件有關。在鑄鐵中對耐蝕性的作用說法不一，與各方面條件有關。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性 稀土元素對改善鑄鐵的耐熱性具有良好的作用。稀土元素對改善鑄鐵的耐熱

12、性具有良好的作用。 例如：稀土鎂球墨鑄鐵不僅具有良好的耐熱性，而且具有優(yōu)異例如：稀土鎂球墨鑄鐵不僅具有良好的耐熱性，而且具有優(yōu)異的耐酸性。的耐酸性。7、稀土元素、稀土元素原因：稀土具有良好的凈化作用，減少雜質(zhì)，使組織致密。原因：稀土具有良好的凈化作用，減少雜質(zhì)，使組織致密。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性 8、其他微量元素、其他微量元素銻：銻：對耐蝕性的作用因腐蝕介質(zhì)不同而不同。在硫酸和硝酸中增加失重，對耐蝕性的作用因腐蝕介質(zhì)不同而不同。在硫酸和硝酸中增加失重，而在鹽酸和堿液中減少失重。而在鹽酸和堿液中減少失重。鈦：鈦：提高組織的致密性，改善鑄鐵的耐酸性。提高組織的致

13、密性，改善鑄鐵的耐酸性。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性對改善含磷鑄鐵在燃氣腐蝕環(huán)境中的耐腐蝕性有效。對改善含磷鑄鐵在燃氣腐蝕環(huán)境中的耐腐蝕性有效。 砷：砷：可改善鑄鐵的耐酸性。但隨著含砷量的增加在堿中的耐蝕性惡化?？筛纳畦T鐵的耐酸性。但隨著含砷量的增加在堿中的耐蝕性惡化。釩與硼：釩與硼：鋯：鋯：可以改善鑄鐵在可以改善鑄鐵在5%硫酸和硫酸和5%硝酸及海水中的耐蝕性。硝酸及海水中的耐蝕性。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性4.44.4常用鑄鐵的耐蝕性與耐熱性常用鑄鐵的耐蝕性與耐熱性 3 3、對水的耐蝕性好（長期以來鑄鐵水管被廣泛應用，原因就是石、

14、對水的耐蝕性好（長期以來鑄鐵水管被廣泛應用，原因就是石墨有促進鈍化作用。）墨有促進鈍化作用。）4.4.1普通鑄鐵與球墨鑄鐵的耐蝕性普通鑄鐵與球墨鑄鐵的耐蝕性2、在堿溶液中的耐蝕性好；、在堿溶液中的耐蝕性好；1、在大氣中的耐蝕性比碳鋼好，但在亞硫酸氣的工業(yè)大氣或鹽霧、在大氣中的耐蝕性比碳鋼好，但在亞硫酸氣的工業(yè)大氣或鹽霧大氣中則腐蝕加劇。大氣中則腐蝕加劇。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性6 6、在土壤中受腐蝕的因素很復雜，與土壤的性質(zhì)、環(huán)境和水質(zhì)等、在土壤中受腐蝕的因素很復雜，與土壤的性質(zhì)、環(huán)境和水質(zhì)等有關有關 ，一般情況下不是耐蝕的。，一般情況下不是耐蝕的。 4、不耐

15、酸的腐蝕，含有酸性物質(zhì)時，耐蝕性下降；在氧化性酸中、不耐酸的腐蝕，含有酸性物質(zhì)時，耐蝕性下降；在氧化性酸中腐蝕速度比碳鋼低；腐蝕速度比碳鋼低；原因：原因：石墨的鈍化作用消失，腐蝕電位變大。石墨的鈍化作用消失，腐蝕電位變大。 酸性條件下，酸性條件下，腐蝕產(chǎn)物被溶解，不能沉積覆蓋。腐蝕產(chǎn)物被溶解，不能沉積覆蓋。5、在海水中耐蝕性差；原因是、在海水中耐蝕性差；原因是Cl-破壞破壞SiO2鈍化膜。鈍化膜。 鑄鐵腐蝕的原因：主要是組織不均勻，特別是大量石墨的存在，鑄鐵腐蝕的原因：主要是組織不均勻，特別是大量石墨的存在，形成許多微電池，從而降低了鑄鐵的耐蝕性。形成許多微電池，從而降低了鑄鐵的耐蝕性。常常

16、用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性（2 2）在磷酸中耐蝕性良好。在）在磷酸中耐蝕性良好。在9898以下，各種濃度的磷酸中腐蝕以下，各種濃度的磷酸中腐蝕率大多不超過率大多不超過0.1mm/0.1mm/年。年。原因：有利于形成原因：有利于形成SiOSiO2 2的鈍化保護作用。的鈍化保護作用。4.4.2高硅鑄鐵高硅鑄鐵 高硅鑄鐵是以硅為主要合金高硅鑄鐵是以硅為主要合金元素而獲得的元素而獲得的Fe-Si-C合金。通常，合金。通常，其成分中硅含量為其成分中硅含量為14.0%18%，或更高。，或更高。4-6%的鑄鐵具有耐熱性，的鑄鐵具有耐熱性，大于大于13%的鑄鐵具有的鑄鐵具有耐酸性。耐

17、酸性。1、特點：、特點：（1）這種合金在眾多的化學介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，主要用于）這種合金在眾多的化學介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，主要用于硫酸工業(yè)中。硫酸工業(yè)中。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性（6 6）高硅鑄鐵的力學性能，特別是耐熱沖擊和機械沖擊性很差，）高硅鑄鐵的力學性能，特別是耐熱沖擊和機械沖擊性很差，因此不能承受較大的壓力和沖擊以及溫度的劇烈變化的環(huán)境中。該因此不能承受較大的壓力和沖擊以及溫度的劇烈變化的環(huán)境中。該材料的鑄鐵和加工性能也不好（易產(chǎn)生氣孔和裂紋。）材料的鑄鐵和加工性能也不好（易產(chǎn)生氣孔和裂紋。）（3）在堿性溶液中的耐蝕性不好，甚至比普通鑄鐵還差。含

18、）在堿性溶液中的耐蝕性不好，甚至比普通鑄鐵還差。含Cl-的的溶液也是這樣。溶液也是這樣。（4）在鹽酸中的耐蝕性不如在硫酸和硝酸中好。這種情況下要提）在鹽酸中的耐蝕性不如在硫酸和硝酸中好。這種情況下要提高耐蝕性，要把含硅量提高到高耐蝕性，要把含硅量提高到18% ，并加入，并加入Mo。（5）不耐亞硫酸和氫氟酸的腐蝕）不耐亞硫酸和氫氟酸的腐蝕。（因為它們會溶解鑄鐵表面的。（因為它們會溶解鑄鐵表面的硅酸鹽保護膜。）硅酸鹽保護膜。）常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性這類鑄鐵組織沒有大的變化，主要是力學性能有所提高，用于活塞、這類鑄鐵組織沒有大的變化，主要是力學性能有所提高，用于活

19、塞、缸套等。缸套等。4.4.3鎳鑄鐵鎳鑄鐵1、鎳的作用：、鎳的作用： 鎳是促進石墨化元素（作用不如硅，僅為硅的鎳是促進石墨化元素（作用不如硅，僅為硅的1/31/3），在鑄鐵），在鑄鐵中全部溶入基體形成固溶體，不形成碳化物。中全部溶入基體形成固溶體，不形成碳化物。2、鎳鑄鐵的種類和特點：、鎳鑄鐵的種類和特點：（1）含鎳量）含鎳量4% 的低鎳鑄鐵的低鎳鑄鐵常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性 組織為奧氏體基體，石墨有片狀和球狀兩種。組織為奧氏體基體，石墨有片狀和球狀兩種。 特點：對各種無機和有機還原性稀酸，以及各類堿性溶液都有特點：對各種無機和有機還原性稀酸，以及各類堿性溶液

20、都有很高的耐蝕性，但在氧化性酸中耐蝕性差。很高的耐蝕性，但在氧化性酸中耐蝕性差。 由于高鎳鑄鐵特別耐堿腐蝕，故常用來制造蘇打濃縮鍋，同時由于高鎳鑄鐵特別耐堿腐蝕，故常用來制造蘇打濃縮鍋，同時因在海水、海洋大氣或中性鹽中具有很高的耐蝕性，所以是海水淡因在海水、海洋大氣或中性鹽中具有很高的耐蝕性，所以是海水淡化裝置中的理想原料?；b置中的理想原料。組織為馬氏體，硬度高，主要用于耐磨部件。馬氏體鑄鐵中不允許組織為馬氏體，硬度高，主要用于耐磨部件。馬氏體鑄鐵中不允許基體有殘余奧氏體，因為殘余奧氏體在外力作用下會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)基體有殘余奧氏體，因為殘余奧氏體在外力作用下會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，導致體積膨脹而開裂

21、。變，導致體積膨脹而開裂。（2）含鎳量）含鎳量46% 的中鎳鑄鐵的中鎳鑄鐵（3）高鎳鑄鐵（含鎳量）高鎳鑄鐵（含鎳量1436%）常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性 主要適用于主要適用于600600以下的的耐熱件，改善鑄鐵對海水和低濃度以下的的耐熱件，改善鑄鐵對海水和低濃度酸的耐蝕性，常用于地下管道。酸的耐蝕性，常用于地下管道。4.4.4鉻鑄鐵鉻鑄鐵1、低鉻鑄鐵，含鉻量、低鉻鑄鐵，含鉻量1.0%特點：主要為了改善灰口鑄鐵或球墨鑄鐵的機械性能，以及耐熱、特點：主要為了改善灰口鑄鐵或球墨鑄鐵的機械性能，以及耐熱、耐蝕性和耐磨性。耐蝕性和耐磨性。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料

22、 的的 耐耐 蝕蝕 性性特點：為白口鑄鐵，在高溫氧化和腐蝕環(huán)境下具有特別優(yōu)良的耐特點：為白口鑄鐵，在高溫氧化和腐蝕環(huán)境下具有特別優(yōu)良的耐磨性能。最適用于氧化性腐蝕介質(zhì)磨性能。最適用于氧化性腐蝕介質(zhì)2、高鉻鑄鐵，含鉻量、高鉻鑄鐵，含鉻量1335%高鉻鑄鐵分類：高鉻鑄鐵分類：馬氏體高鉻鑄鐵（含鉻量馬氏體高鉻鑄鐵（含鉻量1220%） 特點：硬度高（特點：硬度高（HRC5758），耐蝕性好。），耐蝕性好。常常 用用 金金 屬屬 材材 料料 的的 耐耐 蝕蝕 性性奧氏體型高鉻鑄鐵（含鉻量奧氏體型高鉻鑄鐵（含鉻量2428%） 特點：是一種綜合性能非常優(yōu)秀的合金鑄鐵?？稍阼T態(tài)下直接使特點：是一種綜合性能非常優(yōu)秀的合金鑄鐵。可在鑄態(tài)下直接使用，不需要熱處理；可承受很大沖擊，發(fā)生加工硬化，內(nèi)部韌性好。用，不需要熱處理；可承受很大沖擊，發(fā)生加工硬化，內(nèi)部韌性好。鐵素體高鉻鑄鐵（含鉻量鐵素體高鉻鑄鐵（含鉻量303035%35%）含碳量一般低于）含碳量一般低于1.5% 1.5% 。 特點：良好的高溫抗氧化能力，在含硫氧化性氣氛中更突出。特點：良好的高溫抗氧化能力，在含硫氧化性氣氛中更突出。發(fā)生變形和裂紋