第四章 特種性能鑄鐵（章節(jié)課程）

1、第四章 特種性能鑄鐵 Special performance cast iron 1陽山書屋第四章 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2陽山書屋第一節(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、表面質(zhì)量） 3. 磨損機理3陽山書屋 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。4陽山書屋二.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

2、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5陽山書屋三.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0.40.7%特點：流動性好，提高3050% 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）6陽山書屋高磷鑄鐵P基+片狀石墨+磷共晶 1007陽山書屋高磷鑄鐵P基+片狀石墨+磷共晶 1008陽山書屋2. 釩鈦鑄鐵成分： V： 0.30.5%， Ti：0.150.35%原理：V、Ti與C、N形成化

3、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）9陽山書屋3. 硼鑄鐵 成分：0.030.08% 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4-410陽山書屋第二節(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、Si C調(diào)整硬度 （C多，滲碳體多） Si調(diào)整深度 （ Si多，深

4、度淺）石墨化普通白口鑄鐵共晶組織11陽山書屋合金元素：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）+G12陽山書屋二、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 （

5、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。 （3）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 1：2-413陽山書屋成分：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、1214陽山書屋第三節(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

6、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 0.71.1 耐磨性最好 圖4-14 0.71.1 耐磨性開始變差 1.11.3 耐磨性不變 0.71.1， 1.31.7 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。15陽山書屋一、普通白口鐵1、成分：高C低Si，Si1%,Mn1% 一般不含或少量的合金元素2、組織：P+Fe3C Ld3、性能：脆性大、耐磨性差4、應用：鏵犁，磨粉機的磨片導板16陽山書屋二、鎳硬白口鐵1、成分：在普通白口鐵中 加入一定量的鎳46%，鉻2-8%，2、組織

7、：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。17陽山書屋 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 1140HV18陽山書屋（一）、低鉻白口鐵1、成分：在普通白口鐵的基礎上加入少量的鉻元素Cr=15%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)，部分網(wǎng)狀

8、和板條狀3、應用：球磨機19陽山書屋（二）中鉻白口鐵1、成分：Cr=711%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20陽山書屋 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21陽山書屋2、成分： Cr=1228%（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）-15.2 C：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，

9、一般大于5能獲得大部分，高鉻還能提高淬透性 圖4-2222陽山書屋（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： 15 Cr -3 Mo，15 Cr -3 Mo-1 Cu ， 20 Cr -2 Mo-1 Cu 23陽山書屋3、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2030%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24陽山書屋4、熱處理

10、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。） 二次碳化物的析出，提高Ms線，獲得M多，減少殘余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M7C3 M7C3規(guī)則排列強度可達3100MP25陽山書屋（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26陽山書屋第四節(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

11、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27陽山書屋 （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 FeO T 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。 =a.氧化膜的致密度系數(shù)28陽山書屋 二.高溫生長 1.低于相變溫度時的生長 溫度:400600; 原因:PF+G; （2）合金元素; （3）組織. 1時，氧化膜致密，具有保護作用; 1時，氧化膜疏松，不具有

12、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、 ，導電率，抗氧化;29陽山書屋 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:F A;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.30陽山書屋 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FA相變溫度Si5%，C=2.22.6%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31陽山書屋 2.含鋁耐熱鑄鐵 （1）Al的作用促進G化

13、，形成單一的F形成致密的氧化膜Al2O3提高FA相變溫度 （2）Al的含量：Al5%，22% （3）組織灰鐵：F+G片狀+球鐵：F+G球狀+ （4）性能 耐熱溫度32陽山書屋 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FA相變溫度阻礙G化，穩(wěn)定P （2）含量 高Cr：15-18 A基體低Cr：0.5-2 P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33陽山書屋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:

14、 加入合金元素，加入量：（固溶體中） 塔曼定律，1/8、2/811/8 表4-31 質(zhì)量百分數(shù) 原子份數(shù)34陽山書屋一、高硅耐蝕鑄鐵1、成分：Si 14.418%，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35陽山書屋二、含鋁耐蝕鑄鐵1、成分：Al=46%（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36陽山書屋三、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： Cr10C+12.5%2、組織

15、：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37陽山書屋四、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。38陽山書屋123456ABCDEFGHNJPMOSKQ15381394115411489107707387272301493LCm L+Cm CmFeFe3C+ L39陽山書屋碳在-Fe中的間隙固溶體稱為鐵素體，簡稱為鐵素體()；最大溶碳量為727時的wc=0.0218%，最小為室溫時的wc=0

16、.0008%；性能為：b180280MPa、0.2100170MPa、30%50%，k160200J/2 、硬度80HB 。 碳在-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，()，最大溶碳量為1495時的0.09。鐵素體（Ferrite）40陽山書屋碳在-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：b400MPa、40%50%、170220HB。奧氏體主要存在于727以上的高溫范圍內(nèi)，利用這一特性，工程上常將鋼加熱到高溫奧氏體狀態(tài)下進行塑性成形。奧氏體（Austenite）41陽山書屋滲碳體（Cementite）滲碳體是指晶體點陣為復雜正交點陣，化學式近似于Fe3C的一種間隙式化合物，用符號Fe3C表示，其含碳量為wc=6.69%，滲碳體具有很高的硬度和耐磨性、脆性很大，其力學性能指標大致為：硬度800HB、抗拉強度(b)30MPa、伸長率()0、沖擊韌度(k)0。42陽山書屋珠光體（Pearlite）FFe3C的一種機械混合物，用符號P表示，其組織為層片狀結構，綜合了鐵素體和滲碳體優(yōu)點，其綜合力學性能好。43陽山書屋萊氏體（Ledeb