铬对低碳高铬铸铁性能的影响
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ｗ（Ｃｒ）％ 图 ２ 铬对材料硬度的影响 Ｆｉｇ．２ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｏｎ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ １４ １２ １０ ８ ６ ４ ２ ０ １２．５ １５ １７．５ ２０ ２２．５ ２５ ２７．５ ３０
ｗ（Ｃｒ）％ 图 ３ 铬对材料疲劳磨损性能的影响
Ｆｉｇ．３ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｏｎ ｆａｔｉｇｕｅ ａｂｒａｓｉｏｎ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ
１０
８
６
４
２ １２．５ １５ １７．５ ２０ ２２．５ ２５ ２７．５ ３０
ｗ（Ｃｒ）％ 图 １ 铬对材料冲击韧度的影响 Ｆｉｇ．１ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｏｎ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ６４ ６２ ６０ ５８ ５６ ５４ ５２ ５０ １２．５ １５ １７．５ ２０ ２２．５ ２５ ２７．５ ３０
从图中可以看出， 随着含铬量的增加， 低碳高 铬铸铁的冲击韧度呈下降趋势； 而硬度则随着含 铬量的增加先增加而后降低， ｗ （Ｃｒ）＝２０％时达到 最高； 疲劳磨损率随含铬量增加而降低， 在 ｗ（Ｃｒ） ＝１７．５％时 达 到 最 低 值 ， 而 后 逐 渐 增 大 ， ｗ （Ｃｒ）＞ ２７．５％后急剧增大； 腐蚀磨损率随含铬量增加而 降 低 ， 在 ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％ 时 出 现 最 低 值 ， 在 ｗ（Ｃｒ）＝ １７．５％￣２７．５％时略有增大， ｗ（Ｃｒ）＞２７．５％后显著增 大。总体看来， ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％时的低碳高铬铸铁的 综合性能比较好。 ２．２ 显微组织观察与分析
程度越大， 对基体的割裂作用增强， 裂纹扩展的路 线越短［５］， 韧性越差。故高铬铸铁的冲击韧度随着
含铬量的增加呈下降趋势。 高铬铸铁中的铬主要集中在碳化物中， 因而
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Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， Ｖｏｌ．３７， Ｎｏ． １
上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ 金属铸锻焊技术
疲劳磨损试验采用滚筒式磨损试验机， 滚筒 直 径 ５００ ｍｍ， 转 速 ６０ ｒ／ｍｉｎ； 腐 蚀 磨 损 试 验 在 腐 蚀磨损试验机上进行， 腐蚀介质为自来水， 滚筒的 内径为 ３００ ｍｍ， 转速为 ４２ ｒ／ｍｉｎ。分别进行 １００ ｈ 的磨损试验， 主要测定疲劳磨损和腐蚀磨损时的 磨损量， 进而测算出相应的磨损率。
在疲劳磨损情况下， 含铬量较低时（ 如 ｗ（Ｃｒ） ＝１２．５％） ， 马氏体基体的硬度偏低（ 因为有珠光体 出现） ， 而且缺少足够多的碳化物的有效支撑， 因 而磨损率比较大； 但含铬量较高时， 碳化物含量比 较高， 增加了碳化物与基体之间的界面， 容易引起 裂纹的萌生和扩展， 磨损率也增大。二者的综合作 用 ， 使 磨 损 率 随 含 铬 量 的 增 加 而 降 低 ， 在 ｗ（Ｃｒ）＝ １７．５％时 达 到 最 低 值 ， 并 且 在 ｗ（Ｃｒ）＞ １７．５％时 逐 渐增大， ｗ（Ｃｒ）＞ ２７．５％后磨损率急剧增大。
中图分类号： ＴＧ１４３．７
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－３８１４（２００８）０１－００１５－０３
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｃｈｒ ｏｍｉｕｍ ｏｎ Ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ Ｌｏｗ Ｃａｒ ｂｏｎ Ｈｉｇｈ Ｃｈｒ ｏｍｉｕｍ Ｃａｓｔ Ｉｒ ｏｎ
ＺＨＵ Ｇｕｏｑｉｎｇ１， ＺＨＥＮＧ Ｚｈｏｎｇｆｕ１， ＺＨＡＮＧ Ｍａｏｘｕｎ２
１ 试样制备与试验方法
收稿日期： ２００７－０８－３０ 作者简介： 朱国庆（１９６３－），男， 河南睢县人，高级工程师
本试验所用的原材料： 生铁、废钢、低碳铬铁、
高碳铬铁、锰铁等。基本成分如表 １ 所示。
表 １ 低碳高铬铸铁基本化学成分（质量分数，％） Ｔａｂ．１ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒ ｂｏｎ ｈｉｈｇ ｃｈｒ ｏｍｉｕｍ （ｗｔ ％）
《热加工工艺》２００８ 年第 ３７ 卷第 １ 期
１５
金属铸锻焊技术 Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ
２００８ 年 １ 月
磨损率 ／×１０－５（ｇ·ｇ－１ｈ－１）
硬 度（ＨＲＣ）
冲击韧度 ／ （Ｊ·ｃｍ－２）
２ 试验结果与分析
２．１ 试验结果 对热处理后的低碳高铬铸铁试样分别进行性
能测试， 结果如图 １￣４ 所示。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｃｈｒｏｍｉｕｍ； ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｓｔ Ｉｒｏｎ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ｆａｔｉｇｕｅ ａｂｒａｓｉｏｎ； ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ
高铬铸铁作为优良的耐磨材料在电力、矿山、 交通等行业得到广泛的应用。为解决其冲击韧度 偏低的问题， 科研单位采用低碳代替高碳， 对低碳 高铬铸铁展开深入的研究。本课题在前期对低碳 高铬铸铁的研究基础上［１－２］， 进一步对其成分和性 能进行优化。
从图 ５ 中还可以看出， 随着含铬量的增加， 高 铬铸铁中的共晶碳化物数量增加。碳化物的密集
Ｂ Ｂ
Ａ
Ａ
Ａ
Ａ
Ｂ
Ｂ
２０ !ｍ （ａ） ｗ（Ｃｒ）＝１２．５％
２０ "ｍ （ｂ） ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％
２０ #ｍ （ｃ） ｗ（Ｃｒ）＝２５％
２０ $ｍ （ｄ） ｗ（Ｃｒ）＝３０％
图 ５ 不同含铬量的试样的金相组织（Ａ－ 共晶碳化物 ； Ｂ－ 二次碳化物） Ｆｉｇ．５ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ （Ａ－ ｅｕｔｅｃｔｉ ｃａｒｂｉｄ； Ｂ－ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｃａｒｂｉｄ）
随 着 含 铬 量 的 增 加 ，$共 晶 碳 化 物 的 数 量 随 之 增 加 $， 使得硬度增加%。但随铬含量的进一步增加， 在形成 更多共晶碳化物的同时， 基体内的碳含量降低， 基 体的硬度降低， 因而又引起高铬铸铁的硬度的下 降； 同时基体的含铬量增加， 溶于基体中的铬提高 了 奥 氏 体 基 体 的 淬 透 性 ［６］， 一 定 程 度 上 又 使 基 体 的硬度增加。以上因素等的综合作用， 使高铬铸铁 的硬度随着含铬量的增加先增加而后降低。
（１． Ｇｕｏｄｉａｎ Ｍｉｎｑｕａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ， ＳｈａｎｇＱｉｕ ４７６８００， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｆｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００２， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， ｆａｔｉｇｕｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｓｔ， ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ， ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｔ ｆｉｒｓｔ， ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ； ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ａｂｒａｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｕｎｄｅｒ ２７．５％ ａｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ １７．５％ ￣２７．５％ ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ １７．５％ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．
铬与铁都属于过渡族金属元素， 两者以置换 方式无限固溶。铁碳化合物中的铁原子可由铬原 子取代， 形成铁碳铬三元化合物。铬能延长奥氏 体等温转变的孕育期， 使 Ｃ 曲线移向右方， 珠光 体转 变曲线移向 较高温度 ， 但 另 一 方 面 ， 铬 使 Ｍｆ 点和 Ｍｓ 点下降， 随着含铬量的增加， γ相区逐渐 减小［３］。铬的加入， 一方面有利于耐磨性的提高， 另一方面形成钝化膜， 提高基体的电极电位， 有利 于耐蚀性的提高［４］。因此， 本课题展开铬对低碳高 铬铸铁性能影响的系统研究。
上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ 金属铸锻焊技术
铬对低碳高铬铸铁性能的影响
朱国庆 １， 郑中甫 １， 张茂勋 ２
（１．国电民权发电有限公司 河南 商丘， ４７６８００； ２．福州大学 机械工程学院 福建 福州 ３５００２）
摘 要： 通过力学性能、疲劳磨损及腐蚀磨损性能测试以及金相组织观察， 研究了铬含量对低碳高铬铸铁性能的影
磨损率 ／×１０－５（ｇ·ｇ－１ｈ－１）
７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０ １２．５ １５ １７．５ ２０ ２２．５ ２５ ２７．５ ３０
ｗ（Ｃｒ）％ 图 ４ 铬对材料腐蚀磨损性能的影响
Ｆｉｇ．４ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ
响。结果表明， 随着含铬量的增加冲击韧度降低； 硬度随着含铬量的增加， 先上升， 而后降低； 疲劳磨损率在 ｗ（Ｃｒ）≤
２７．５％ 时较低； 腐蚀磨损率在 ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％￣２７．５％时较低； ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％时低碳高铬铸铁的综合性能最好。
关键词：பைடு நூலகம்铬； 低碳高铬铸铁； 力学性能； 疲劳磨损； 腐蚀磨损
随机从热处理后的冲击试样中各抽取一段， 用横断面制备金相试样， 在大型卧式金相显微镜 下进行组织观察。观察结果见图 ５。
从图 ５ 中可以 看出， 图 ５（ａ）的基 体上出现较 黑 的 区 域 ， 可 能 是 出 现 珠 光 体 的 缘 故 。 当 ｗ（Ｃｒ）＝ １２．５％时， 铬含量相对较低， 获得马氏体的临界冷 却速度较大， 因而可能使实际冷却曲线碰到 Ｃ 曲 线， 基体中出现珠光体。珠光体和马氏体相比耐腐 蚀性差， 在基体上被腐蚀后呈黑色。
Ｃ
Ｃｒ
Ｍｎ
Ｓｉ
１．８
１２．５￣３０
０．８
１．３
合金材料在 １００ ｋＷ、１５０ ｋｇ 中频感应电炉中 进行熔炼。采用湿砂型铸造， 浇注温度为 １ ４５０ ℃ 左右， 浇注成 ２０ ｍｍ×２０ ｍｍ×１２０ ｍｍ 的试样毛 坯。试样的热处理是在高温硅碳棒箱式电阻炉内 进行。试验时， 每组试样取三根， 取其平均值。试验 所采用的热处理工艺为： １ １００ ℃×１．５ ｈ"空淬" ２５０ ℃×４ ｈ"空冷。
３ 结论
（１） 随着含铬量的增加， 低碳高铬铸铁的冲击 韧度呈下降趋势； 而硬度则先增加而后降低， ｗ（Ｃｒ）＝２０％时达到最高。
""""""""""""""""""""""""$
腐蚀磨损情况下， 腐蚀将加剧磨损过程， 而磨 损也促进了腐蚀。试样与磨料在滚筒中互相摩擦 撞击， 试样表面上受到一个反复变化的应力， 因此 在表面上产生局部疲劳破坏。在疲劳过程中位错 容易向试样的表面或者基体与碳化物的边界处移 动而形成滑移带， 于是就出现新生面， 这个新生面成 为阳极， 其余部分成为阴极， 组成了局部电化学电 池。通过局部电池的作用， 在新生面上阳极发生溶解 形成腐蚀坑， 腐蚀坑前沿的应力集中促进了裂纹的 扩展， 也就促进了表面疲劳破坏［７］。随着铬元素的加 入， 更多的铬能固溶于基体中， 因而提高了基体的电 极电位， 减小了金属基体与碳化物间的电极电位差， 由此提高了高铬铸铁的耐腐蚀性， 进而减少了高铬 铸铁的腐蚀磨损。但共晶碳化物数量增多时， 对基体 的割裂作用较大， 腐蚀磨损率变大。因而腐蚀磨损率 随着含铬量的增加先下降， ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％时， 腐蚀磨 损率最低， ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％￣２７．５％时有所增大， 而 ｗ（Ｃｒ） ＞ ２７．５％后增大趋势明显。
ｗ（Ｃｒ）％ 图 ３ 铬对材料疲劳磨损性能的影响
Ｆｉｇ．３ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｏｎ ｆａｔｉｇｕｅ ａｂｒａｓｉｏｎ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ
１０
８
６
４
２ １２．５ １５ １７．５ ２０ ２２．５ ２５ ２７．５ ３０
ｗ（Ｃｒ）％ 图 １ 铬对材料冲击韧度的影响 Ｆｉｇ．１ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｏｎ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ６４ ６２ ６０ ５８ ５６ ５４ ５２ ５０ １２．５ １５ １７．５ ２０ ２２．５ ２５ ２７．５ ３０
从图中可以看出， 随着含铬量的增加， 低碳高 铬铸铁的冲击韧度呈下降趋势； 而硬度则随着含 铬量的增加先增加而后降低， ｗ （Ｃｒ）＝２０％时达到 最高； 疲劳磨损率随含铬量增加而降低， 在 ｗ（Ｃｒ） ＝１７．５％时 达 到 最 低 值 ， 而 后 逐 渐 增 大 ， ｗ （Ｃｒ）＞ ２７．５％后急剧增大； 腐蚀磨损率随含铬量增加而 降 低 ， 在 ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％ 时 出 现 最 低 值 ， 在 ｗ（Ｃｒ）＝ １７．５％￣２７．５％时略有增大， ｗ（Ｃｒ）＞２７．５％后显著增 大。总体看来， ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％时的低碳高铬铸铁的 综合性能比较好。 ２．２ 显微组织观察与分析
程度越大， 对基体的割裂作用增强， 裂纹扩展的路 线越短［５］， 韧性越差。故高铬铸铁的冲击韧度随着
含铬量的增加呈下降趋势。 高铬铸铁中的铬主要集中在碳化物中， 因而
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上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ 金属铸锻焊技术
疲劳磨损试验采用滚筒式磨损试验机， 滚筒 直 径 ５００ ｍｍ， 转 速 ６０ ｒ／ｍｉｎ； 腐 蚀 磨 损 试 验 在 腐 蚀磨损试验机上进行， 腐蚀介质为自来水， 滚筒的 内径为 ３００ ｍｍ， 转速为 ４２ ｒ／ｍｉｎ。分别进行 １００ ｈ 的磨损试验， 主要测定疲劳磨损和腐蚀磨损时的 磨损量， 进而测算出相应的磨损率。
在疲劳磨损情况下， 含铬量较低时（ 如 ｗ（Ｃｒ） ＝１２．５％） ， 马氏体基体的硬度偏低（ 因为有珠光体 出现） ， 而且缺少足够多的碳化物的有效支撑， 因 而磨损率比较大； 但含铬量较高时， 碳化物含量比 较高， 增加了碳化物与基体之间的界面， 容易引起 裂纹的萌生和扩展， 磨损率也增大。二者的综合作 用 ， 使 磨 损 率 随 含 铬 量 的 增 加 而 降 低 ， 在 ｗ（Ｃｒ）＝ １７．５％时 达 到 最 低 值 ， 并 且 在 ｗ（Ｃｒ）＞ １７．５％时 逐 渐增大， ｗ（Ｃｒ）＞ ２７．５％后磨损率急剧增大。
中图分类号： ＴＧ１４３．７
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－３８１４（２００８）０１－００１５－０３
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｃｈｒ ｏｍｉｕｍ ｏｎ Ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ Ｌｏｗ Ｃａｒ ｂｏｎ Ｈｉｇｈ Ｃｈｒ ｏｍｉｕｍ Ｃａｓｔ Ｉｒ ｏｎ
ＺＨＵ Ｇｕｏｑｉｎｇ１， ＺＨＥＮＧ Ｚｈｏｎｇｆｕ１， ＺＨＡＮＧ Ｍａｏｘｕｎ２
１ 试样制备与试验方法
收稿日期： ２００７－０８－３０ 作者简介： 朱国庆（１９６３－），男， 河南睢县人，高级工程师
本试验所用的原材料： 生铁、废钢、低碳铬铁、
高碳铬铁、锰铁等。基本成分如表 １ 所示。
表 １ 低碳高铬铸铁基本化学成分（质量分数，％） Ｔａｂ．１ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒ ｂｏｎ ｈｉｈｇ ｃｈｒ ｏｍｉｕｍ （ｗｔ ％）
《热加工工艺》２００８ 年第 ３７ 卷第 １ 期
１５
金属铸锻焊技术 Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ
２００８ 年 １ 月
磨损率 ／×１０－５（ｇ·ｇ－１ｈ－１）
硬 度（ＨＲＣ）
冲击韧度 ／ （Ｊ·ｃｍ－２）
２ 试验结果与分析
２．１ 试验结果 对热处理后的低碳高铬铸铁试样分别进行性
能测试， 结果如图 １￣４ 所示。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｃｈｒｏｍｉｕｍ； ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｓｔ Ｉｒｏｎ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ｆａｔｉｇｕｅ ａｂｒａｓｉｏｎ； ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ
高铬铸铁作为优良的耐磨材料在电力、矿山、 交通等行业得到广泛的应用。为解决其冲击韧度 偏低的问题， 科研单位采用低碳代替高碳， 对低碳 高铬铸铁展开深入的研究。本课题在前期对低碳 高铬铸铁的研究基础上［１－２］， 进一步对其成分和性 能进行优化。
从图 ５ 中还可以看出， 随着含铬量的增加， 高 铬铸铁中的共晶碳化物数量增加。碳化物的密集
Ｂ Ｂ
Ａ
Ａ
Ａ
Ａ
Ｂ
Ｂ
２０ !ｍ （ａ） ｗ（Ｃｒ）＝１２．５％
２０ "ｍ （ｂ） ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％
２０ #ｍ （ｃ） ｗ（Ｃｒ）＝２５％
２０ $ｍ （ｄ） ｗ（Ｃｒ）＝３０％
图 ５ 不同含铬量的试样的金相组织（Ａ－ 共晶碳化物 ； Ｂ－ 二次碳化物） Ｆｉｇ．５ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ （Ａ－ ｅｕｔｅｃｔｉ ｃａｒｂｉｄ； Ｂ－ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｃａｒｂｉｄ）
随 着 含 铬 量 的 增 加 ，$共 晶 碳 化 物 的 数 量 随 之 增 加 $， 使得硬度增加%。但随铬含量的进一步增加， 在形成 更多共晶碳化物的同时， 基体内的碳含量降低， 基 体的硬度降低， 因而又引起高铬铸铁的硬度的下 降； 同时基体的含铬量增加， 溶于基体中的铬提高 了 奥 氏 体 基 体 的 淬 透 性 ［６］， 一 定 程 度 上 又 使 基 体 的硬度增加。以上因素等的综合作用， 使高铬铸铁 的硬度随着含铬量的增加先增加而后降低。
（１． Ｇｕｏｄｉａｎ Ｍｉｎｑｕａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ， ＳｈａｎｇＱｉｕ ４７６８００， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｆｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００２， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ， ｆａｔｉｇｕｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｓｔ， ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ， ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｔ ｆｉｒｓｔ， ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ； ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ａｂｒａｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｕｎｄｅｒ ２７．５％ ａｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ １７．５％ ￣２７．５％ ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈｉｇｈ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ １７．５％ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．
铬与铁都属于过渡族金属元素， 两者以置换 方式无限固溶。铁碳化合物中的铁原子可由铬原 子取代， 形成铁碳铬三元化合物。铬能延长奥氏 体等温转变的孕育期， 使 Ｃ 曲线移向右方， 珠光 体转 变曲线移向 较高温度 ， 但 另 一 方 面 ， 铬 使 Ｍｆ 点和 Ｍｓ 点下降， 随着含铬量的增加， γ相区逐渐 减小［３］。铬的加入， 一方面有利于耐磨性的提高， 另一方面形成钝化膜， 提高基体的电极电位， 有利 于耐蚀性的提高［４］。因此， 本课题展开铬对低碳高 铬铸铁性能影响的系统研究。
上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ 金属铸锻焊技术
铬对低碳高铬铸铁性能的影响
朱国庆 １， 郑中甫 １， 张茂勋 ２
（１．国电民权发电有限公司 河南 商丘， ４７６８００； ２．福州大学 机械工程学院 福建 福州 ３５００２）
摘 要： 通过力学性能、疲劳磨损及腐蚀磨损性能测试以及金相组织观察， 研究了铬含量对低碳高铬铸铁性能的影
磨损率 ／×１０－５（ｇ·ｇ－１ｈ－１）
７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０ １２．５ １５ １７．５ ２０ ２２．５ ２５ ２７．５ ３０
ｗ（Ｃｒ）％ 图 ４ 铬对材料腐蚀磨损性能的影响
Ｆｉｇ．４ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｂｒａｓｉｏｎ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ
响。结果表明， 随着含铬量的增加冲击韧度降低； 硬度随着含铬量的增加， 先上升， 而后降低； 疲劳磨损率在 ｗ（Ｃｒ）≤
２７．５％ 时较低； 腐蚀磨损率在 ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％￣２７．５％时较低； ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％时低碳高铬铸铁的综合性能最好。
关键词：பைடு நூலகம்铬； 低碳高铬铸铁； 力学性能； 疲劳磨损； 腐蚀磨损
随机从热处理后的冲击试样中各抽取一段， 用横断面制备金相试样， 在大型卧式金相显微镜 下进行组织观察。观察结果见图 ５。
从图 ５ 中可以 看出， 图 ５（ａ）的基 体上出现较 黑 的 区 域 ， 可 能 是 出 现 珠 光 体 的 缘 故 。 当 ｗ（Ｃｒ）＝ １２．５％时， 铬含量相对较低， 获得马氏体的临界冷 却速度较大， 因而可能使实际冷却曲线碰到 Ｃ 曲 线， 基体中出现珠光体。珠光体和马氏体相比耐腐 蚀性差， 在基体上被腐蚀后呈黑色。
Ｃ
Ｃｒ
Ｍｎ
Ｓｉ
１．８
１２．５￣３０
０．８
１．３
合金材料在 １００ ｋＷ、１５０ ｋｇ 中频感应电炉中 进行熔炼。采用湿砂型铸造， 浇注温度为 １ ４５０ ℃ 左右， 浇注成 ２０ ｍｍ×２０ ｍｍ×１２０ ｍｍ 的试样毛 坯。试样的热处理是在高温硅碳棒箱式电阻炉内 进行。试验时， 每组试样取三根， 取其平均值。试验 所采用的热处理工艺为： １ １００ ℃×１．５ ｈ"空淬" ２５０ ℃×４ ｈ"空冷。
３ 结论
（１） 随着含铬量的增加， 低碳高铬铸铁的冲击 韧度呈下降趋势； 而硬度则先增加而后降低， ｗ（Ｃｒ）＝２０％时达到最高。
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腐蚀磨损情况下， 腐蚀将加剧磨损过程， 而磨 损也促进了腐蚀。试样与磨料在滚筒中互相摩擦 撞击， 试样表面上受到一个反复变化的应力， 因此 在表面上产生局部疲劳破坏。在疲劳过程中位错 容易向试样的表面或者基体与碳化物的边界处移 动而形成滑移带， 于是就出现新生面， 这个新生面成 为阳极， 其余部分成为阴极， 组成了局部电化学电 池。通过局部电池的作用， 在新生面上阳极发生溶解 形成腐蚀坑， 腐蚀坑前沿的应力集中促进了裂纹的 扩展， 也就促进了表面疲劳破坏［７］。随着铬元素的加 入， 更多的铬能固溶于基体中， 因而提高了基体的电 极电位， 减小了金属基体与碳化物间的电极电位差， 由此提高了高铬铸铁的耐腐蚀性， 进而减少了高铬 铸铁的腐蚀磨损。但共晶碳化物数量增多时， 对基体 的割裂作用较大， 腐蚀磨损率变大。因而腐蚀磨损率 随着含铬量的增加先下降， ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％时， 腐蚀磨 损率最低， ｗ（Ｃｒ）＝１７．５％￣２７．５％时有所增大， 而 ｗ（Ｃｒ） ＞ ２７．５％后增大趋势明显。