高铬耐蚀铸铁

高铬耐蚀铸铁

成分组织和性能

高铬耐蚀铸铁中铬的质量分数为20-36%，在氧化性腐蚀介质中，其表面能生成一层很薄（约10nm）且附着紧密的氧化膜，从而大大提高了耐腐蚀性。高铬耐蚀铸铁属于白口铸铁，其硬度较高，因此不但耐蚀性好，还有优异的抗固液两相流冲蚀磨损性能，其耐热性也很好。

高铬耐蚀铸铁的金相组织为合金基体上较均匀分布着碳化物，基体可以是铁素体、奥氏体或铁素体＋奥氏体混合基体。当合金含碳量较低（＜1.3%C），且奥氏体稳定元素镍、铜、氮含量很少时，基体为铁素体；当含碳量较高，或含一定量奥氏体稳定化合金元素时，基体为奥氏体，或奥氏体加铁素体混合基体。高铬耐蚀铸铁的化学成分和力学性能分别见表

高铬耐蚀铸铁的碳化物数量取决于其化学成分，主要与碳、硅和铬有关。碳、硅、铬量高，碳化物数量多，碳增加碳化物的作用最大，硅的作用是碳的1/4，铬的作用是碳的1/30。碳化物主要是凝固过程中形成的共晶碳化物。

高铬耐蚀铸铁中的碳化物的耐蚀性优于基体，提高耐蚀性的关键是提高基体的耐蚀性，而基体的耐蚀性主要取决于其含铬量。

高铬耐蚀铸铁中加入钼、镍和铜可进一步增加耐蚀性，特别是在酸性介质中的耐蚀性。但随镍和铜加入量增加，铸铁基体由铁素体变为奥氏体，耐相间腐蚀（与晶间腐蚀现象一致）性能下降。

铁素体高铬耐蚀铸铁很脆，含铬量越高，脆性越大。奥氏体基体的高铬耐蚀铸铁，如-". 合金，有较高的力学性能，强韧性优于普通灰铸铁。

同普通的高铬抗磨铸铁相比，高铬耐蚀铸铁的碳含量低，铬含量高，因而其流动性更差，铁液氧化倾向更大，收缩和热裂倾向也更大。

工艺特性及化学成分

化学成分对高铬耐蚀铸铁的使用性能有显著影响。铬的含量越高，铸造工艺性越差，但铬含量范围是根据铸件的使用环境确定的，降低铬会影响铸件的使用性能。碳和硅高有利于改善铁液的流动性，提高充型能力，降低氧化倾向，减少铸件的冷隔和皱皮缺陷，但也增加合金的脆性。在铁素体基体的高铬耐蚀铸铁中，硅含量高会显著粗化合金显微组织，增加合金脆性；在奥氏体基体高铬耐蚀铸铁中硅对力学性能没有显著影响。锰对高铬耐蚀铸铁的使用性能没有明显影响，锰含量高有利于铁液脱氧，改善充型能力。磷和硫含量高会增加合金晶界夹杂物，对韧性不利，故磷、硫含量越低越好。

钼对铸造工艺性能的影响与铬类似。镍和铜对合金铸造工艺性没有明显影响，但可改善合金的力学性能。镍、铜和碳对合金基体组织的影响必须十分注意。不含镍或含很少量镍时，其晶间腐蚀特性与铁素体不锈钢相同，即从高温缓慢冷却，其耐蚀性好；从高温快冷，被敏化，发生晶间腐蚀。当含镍量增加到一定值，基体中尚未出现奥氏体时，合金的敏化特点就发生转变，从高温快冷不敏化，慢冷则发生敏化，这与奥氏体不锈钢有相同的敏化特征。奥氏体基体和奥氏体" 铁素体混合基体的高铬耐蚀铸铁的敏化特性都与奥氏体不锈钢相同。

奥氏体基体的高铬耐蚀铸铁力学性能，特别是韧性不但远高于铁素体耐蚀高铬铸铁，也高于用于耐磨的高铬铸铁，其冷裂倾向也小于后两者。

无论是奥氏体还是铁素体的高铬耐蚀铸铁，机械加工性能都大大优于耐磨高铬铸铁，可以实施各种加工。铁素体高铬耐蚀铸铁加工性能比奥氏体高铬耐蚀铸铁更好一些。

铸件热处理高铬耐蚀铸铁件都可以铸态使用，铁素体高铬耐蚀铸铁退火后可以改善加工性和耐蚀性。退火工艺是把铸件缓慢加热到820 －850℃之后保温，出炉空冷。当加热温度大于860℃时，铁素体高铬耐蚀铸铁会发生敏化，耐蚀性降低。如果在700－800℃之间停留时间过长，Cr28以上铁素体高铬耐蚀铸铁可能产生硬而脆的σ相，使力学性能和耐蚀性降低，在370-540℃之间长期保温，铁素体高铬耐蚀铸铁还会发生脆性转变，使韧性大大降低，硬度升高。

奥氏体基体高铬耐蚀铸铁的热处理特性与奥氏体钢相同，经高温固溶处理可以进一步改善韧性和耐蚀性，但由于淬火过程中铸件有开裂的危险，一般不能采用。在600-900℃之间保温会有二次碳化物析出，硬度提高，韧性和耐蚀性都稍有下降，在合金耐蚀性足够，需要进一步提高硬度时可以采用，但保温时间不能过长，否则可能有σ相析出。如果铸件需消除铸造应力，可以加热到430-480℃保温，保温时间按铸件厚度，每25mm 保温4h，保温后随炉缓冷。

高铬白口铸铁

合金元素的作用

碳：提高碳量则增加碳化物数量，其效果比提高铬量更为显著。碳化物体积分数可以用下式估算。

增加碳化物数量能提高抗磨性，但降低韧度。

铬：铬是高铬白口铸铁中的主要合金元素。铬除与碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奥氏体中，提高淬透性。淬透性随Cr/C的增加而提高。基体中铬的质量分数可以下式估算。

高铬白口铸铁中常用的Cr/C=4-10。在无其他合金元素时，空冷淬透性有限。

铬量对合金奥氏体区域影响较大，随着铬量的增加，奥氏体区减小。

钼：钼一部分进入碳化物，一部分溶入奥氏体。在亚共晶高铬铸铁中，基体含钼量约为合金总含钼量的10-25%。基体中的钼提高淬透性，而且钼降低马氏体转变温度M S的作用不太大。当钼和铜联合使用时，提高淬透性的作用更大。

镍：镍不溶于碳化物，全部进入基体，提高淬透性，但镍与钼联合使用效果更好。

镍降低M S的作用比钼大，是稳定奥氏体元素。

铜：铜能提高淬透性，但作用小于镍，常与钼联合使用。铜在奥氏体中的溶解度有限，其质量分数常在1.5%以下。

锰：锰能扩大γ相区，是稳定奥氏体元素。锰剧烈降低M S点温度，使高铬铸铁淬火后有较多的残余奥氏体。锰降低碳化物的硬度，不利于抗磨性。但锰、钼联合作用可以有效地提高淬透性。

硅：硅与氧的亲合力大于锰和铬，是熔炼过程中不可少的脱氧元素。硅的固溶强化作用大于锰、铬、镍、钼、钨、钒，硅能改善共晶碳化物的形态，提高M S点，减少残余奥氏体。但硅降低高铬铸铁的淬透性。

钒：钒使碳化物球状化。含0.1-0.5%V ,可细化白口铸铁的组织，也能减少粗大的柱状晶组织。铸态时，钒与碳结合既生成初生碳化物，又生成二次碳化物，使基体中的碳量有所降低，提高M S点，可获得铸态马氏体。