高铬白口铸铁中碳当量对抗磨性能的影响
碳化物在高铬铸铁高应力磨料磨损中的影响
·试验研究·碳化物在高铬铸铁高应力磨料磨损中的影响熊博文,张军,吴振卿(郑州大学材料工程学院,河南郑州450002 )摘要:对不同载荷作用下的高铬铸铁在耐磨实验机上进行了磨料磨损试验; 对在不同的碳化物对基体的保护作用与碳化物的剥离进行了相关的分析。
结果表明载荷在一定值以下磨损较为缓慢,当载荷超过一定值时,磨损急剧加剧,随着载荷的增加“尺寸较小”的碳化物首先剥离基体,当载荷继续增大时,“尺寸较大”的碳化物也剥离基体并有碎裂现象。
这要求高铬铸铁中的碳化物不仅要分布均匀,碳化物的尺寸也要合适。
关键词:高铬铸铁;高应力;磨料磨损;耐磨性中图分类号: TG14319 文献标识码: A 文章编号: 1004 - 6178 ( 2005) 06 - 0006 - 02Eff ec t of Ca rb i de on the H i gh S tre s s Gr i n d i n g A b ra s i on of H i gh C hrom ium Ca st IronX I O N G B o2w en, ZHAN G J u n, W U Zh e n 2q in g(M a teria l Eng i neering Co llege, Z h engzhou U n i versity, H e nan Z h engzhou 450002, C h i na )A b stra c t: The h ig h ch r om iu m wh ite ca st ir on wa s ca rried on wea r ab ra sion te st unde r d iffe ren t load s on the te sting m a ch i n e. The p r o tec t affec t ion of the d iffe ren t ca rb ide on m a trix and the ca rb ide su rface stripp ed wa s ana lyzed. It wa s shown tha t the wea ring wa s sl o w when the load wa s un de r a s p ec if ic va lue, bu t it grew fa st when the load is u p graded ove r a sp ec ific va lue. The s m a ll si z e ca r b i d e stripp ed fr om the su rface a t first when the load is u p graded, and the b ig size ca rb ide stripp ed and m a shed when the load kee p on i n2 c r ea s in g. It is dem a nded tha t the ca r b i de wa s d i stribu t ed we l l - p ropo r ti o na l ly and the size su i tab le.Key word s: h i g h ch r o m iu m wh i te ca s t iron, h i g h stre s s, ab r a s i o n wea r , wea r2re s istan t高铬铸铁作为一种优良的抗磨材料,近20年来已在国内外得到了广泛的应用。
高铬铸铁中碳化物的形态对力学性能的影响
高铬铸铁中碳化物形态对力学性能的影响1.1课题的目的和意义1.1.1课题的目的高铬铸铁里的碳化物形貌直接决定了其力学性能的好坏。
本文通过研究不同成分、不同热处理工艺的高铬铸铁的组织与硬度、冲击韧度和耐磨性能的关系，解释了高铬铸铁不同的碳化物分布产生不同的力学性能的现象机理；并指出，Cr/C 为4～8 时能得到呈不连续的块状、棒状分布的M7C3，合金组织和性能较好；高铬铸铁在1000℃×3h淬火+350℃×3h回火的热处理工艺下，可以获得理想的组织，块状、曲面板条状碳化物不连续的分布在硬度和韧性都能较好的回火马氏体基体上，合金的整体力学性能优异。
钒还可以细化和改善高铬铸铁共晶碳化物的形态。
钒可以限制共晶体转变的液态空间，树枝晶间的液体被分割成更小的空间，相应的共晶碳化物生长空间变窄，在最后凝固的铁液中存在着一些悬浮的钒的碳氮化物，他们有可能形成结晶核心，加速细化作用。
碳化物作为高铬铸铁组织中的第二相对高铬铸铁的性能有明显的的影响。
由于高铬铸铁热处理后显微组织为隐晶马氏体加共晶碳化物，所以钒含量的变化对硬度没有明显的影响。
钒细化组织的作用很明显，所以加入钒可以提高高铬铸铁的冲击韧度，而随着钒含量的增加，基体析出的二次碳化物也将增加，高铬铸铁的夹杂物随之增加，这削弱了相之间的结合力，对冲击韧度不利，所以当钒含量超过0.8% 时，高铬铸铁的冲击韧度开始下降。
钒可以细化组织，碳化物颗粒被不断细化，而且碳化物的形态也变得圆钝，在磨粒冲击力作用下，应力集中程度小，减少碳化物颗粒松动脱落的几率，从而也提高耐磨性；同时钒的碳化物V2C硬度很高，可达2 700～2 900 HV ，为优良的耐磨质点，可提高高铬铸铁的耐磨性。
当磨粒切削形成的刻痕或沟槽比较大时, 以至一次滑动通过时，就可以把那些小的碳化物颗粒“犁”出去，这时碳化物颗粒没有起到硬质质点阻止磨粒切削的作用。
只有当碳化物颗粒尺寸大于切削痕截面尺寸，或碳化物尺寸大到足以阻碍磨粒的压入和切削，或当碳化物颗粒至少有一个方向的尺寸大于磨粒压入深度时，碳化物颗粒对提高材料的耐磨性才是有贡献的。
Cr／C对31%Cr高铬铸铁组织与性能的影响
３２ １ Ｃ／ ． ． ｒＣ对含 Ｃ３ ％高铬铸铁硬度 的影响 ｒ１ 图 ２是 不 同 Ｃ／ ｒＣ值 对 高 铬 铸 铁 硬 度影 响 的 曲 线图． 可见 ： 随着 Ｃ／ ｒＣ的增加 ， 材料 的硬度下降 ， 但 是下降的幅度比较小． 因为随着 Ｃ／ ｒＣ升高 ， 基体 中 的 Ｍ， 型碳化 物数 量 有所 减少 ． ｃ
小的视 场 内过 共 晶碳 化物 的相 对数 量 减 少 ， 铁 的过 共 晶度 下 降． 铸 随着 Ｃ／ ｒＣ的增 加 ， ｒ１铸 铁 的 Ｃ３ 硬 度略有 下 降 ， 冲击韧性 有 明显的 升 高趋 势 ． 而 当外 加 栽荷 为 ７ Ｎ 时 ， ｒ１铸 铁 的 耐磨 性 随 Ｃ ／ ０ ３ ％ 高铬 铸 铁 组织 影 响 ｒ１
的金 相 照 片． 图 １可 看 出 ， 本 实验 的含 Ｃ量 范 由 在
围 内 ，ｒ１ Ｃ３ ％高铬 铸 铁组 织都 是过 共 晶成 分 ， 出现 均
了 Ｍ Ｃ 六 角棒形 的过共 晶碳 化 物 ， 型 随着 Ｃ／ ｒＣ的
郭 二军 ， ：ｒＣ对 ３ ％ Ｃ 高铬铸 铁 组织 与性 能 的影 响 等 Ｃ／ １ ｒ
７ ３
耐磨材 料 ， 它具 有硬 度 较 高 ； 耐磨 性 良好 ； 断裂 时挠 度小 等特 点 ， 其他 白 Ｅ铸 铁 相 比显 示 了 良好 的综 与 ｌ 合性 能 ， 水泥 、 山 、 金等 行业 广 泛应 用 Ｊ 目 在 矿 冶 ． 前 国内外 主要 在应 用 和研 究 的高 铬 铸 铁 的含 Ｃ 量 ｒ
Ｃ值 ， 制定 如表 １ 示 的实验 方案 ． 所
表 １ 实验方案
编号 Ｃ／ ｒＣ Ｃ质量分数／（ ％）Ｃ 质量分数／ ％ ） ｉ ｒ （ Ｓ 质量分数／ ％ ） （
２ ２ 实验 材料 的熔 铸和试 样 的制 备 ．
高铬铸铁的耐磨性
高铬铸铁的耐磨性关富雷【摘要】从生产和应用角度综合讨论了高铬耐磨铸铁的耐磨性.综述了金属磨损的一般问题以及国内外现状.并且通过实验途径,即对高铬铸铁进行必要的处理,然后进行实验,对数据进行讨论和分析,得出了提高材料耐磨性的方法.【期刊名称】《上海大中型电机》【年(卷),期】2011(000)002【总页数】9页(P32-39,41)【关键词】高铬铸铁;耐磨性;磨损;碳化物;应力【作者】关富雷【作者单位】哈尔滨电机厂有限责任公司,黑龙江,哈尔滨,150040【正文语种】中文0 引言磨损是造成机械失效的主要原因之一。
为了维持各种机械设备的正常运行，工业部门需要投入大量金属制造易损件，这方面的金属消耗量是相当可观的，金属磨损问题多年来一直是材料科学工作者关注的热点。
减少金属磨损，总体上有两个途径:一是改善零件的服役条件，尽量减少外界对零件的伤害;二是设法提高零件材料本身的抗磨能力。
工业实践表明:煤矿机械、电力机械、建材机械、农业机械中许多易磨损件改用高铬耐磨铸铁后寿命成倍延长，获得显著的社会效益和经济效益。
目前，高铬铸铁已经是世所公认的优良抗磨材料，在采矿、水泥、电力、铁路机械、耐火材料等方面应用十分广泛。
高铬白口铸铁具有优良的抗磨料磨损能力，冲击韧性也优于其它合金白口铸铁，这是它成为当代最佳抗磨材料的基本原因。
它的优良抗磨能力和冲击韧性主要决定于其特有的组织，高铬白口铸铁含铬量大于11%，铬、碳含量比值超过3.5。
在这种情况下，高硬度M7C3型碳化物几乎全部代替了M3C型碳化物。
M7C3型碳化物基本上是以孤立的条状形态存在，与呈网状连续分布的M3C型碳化物相比，大大增强了基体的连续性，因而整体材料的韧性显著提高。
而且由于基体中富含有铬元素，有较好的淬透性，经过适宜的热处理可获得抗磨能力优良的金属组织。
1 试验过程1.1 铸造工艺1.1.1 成分设计本实验所采用的高铬铸铁成分皆为:22%Cr、2.7% ～ 3.0%C、3.5% ～4.0%Mn、0.5% ～ 0.6%Si、少量 Ni。
高铬抗磨铸铁的特性及应用
高铬抗磨铸铁的特性及应用含铬量为12。
30％，含碳量为2．4。
3．6％的高铬铸铁，通过高合金化和热处理手段可得到马氏体或奥氏体或二者混合型的基体以及铬的特殊碳化物。
这种特殊碳化物为呈六角晶系的Me，C，，其硬度高达HVl200。
1600，远高于渗碳体型碳化物和常见的矿物磨检的硬度。
这类碳化物的存在是高铬铸铁获得高抗磨性的主要原因、此外，高铬铸铁中的共晶结构与一般铸铁中的莱氏体不同。
一般铸铁中的莱氏体呈连续网状，而合高铬的共晶碳化物呈断开的块、条状态。
相当于在基体上镶嵌入高硬度的颗粒。
因此，不仅抗磨性好，而且大大削弱了高硬度相的脆化作用，相对而言有较好的韧性。
高铬铸铁中的高硬度马氏体基体，强有力地支承碳化物颗粒，避免工作过程中碳化物从磨损表面脱落，保证了材料的高抗磨性。
因此高铬铸铁作为高抗磨材料已有效地应用于破碎、研磨、物料输送等机械和冶金设备。
尤其在磨料磨损和冲击磨损的机件(如：破碎机滚筒、料仓衬板、高炉料钟、料斗、运煤槽衬板、磨煤机辊套、轧辊、渣浆泵过流部件等)方面应用更为广泛。
通过分析衬板在正常的工况条件下的磨损机理及材料相应的特性,确定衬板合理的组织和化学成分,研制中碳低合金耐磨钢ZG40Cr2SiMnMoV,机械性能:σb≥1 200 MPa, HRC≥50,αK≥18 J/cm2.试制后测定工艺性,结合生产实际,制订各工序的操作要点和工艺参数,正式投产,产品符合设计要求,使用寿命为高锰钢衬板的2～3倍,成本持平,是高锰钢理想的替代材料.铸造后水韧,就是和用水淬火一样的过程,温度1100摄氏度,获得过饱和的单相奥氏体,因为它的奥氏体能在常温下存在,组织硬度,强度不高,但表面在受到强烈的挤压和摩擦后发生强烈的加工硬化,相变成马氏体并析出碳化物,获得高的耐磨性,而心部还是高抗冲击的奥氏体.表面的硬化层磨损后,露出的心部又产生加工硬化.,水韧后就不再热处理了.否则在加热到250时会变脆可以理解为固溶处理！一般的水地韧处理为ZGMn13类高锰钢，主要用于承受冲击载荷工作的零件，其它如陆丰所言．奥氏体表面在受到冲击作用时，产生强烈的加工硬化，当硬化层被磨／崩掉后，又露出新鲜的奥氏体，重新硬化，如此反复．因其有强烈的加工硬化，故不可采用机械加工方法成形，主要用铸造方法所得，所以为铸钢．近年来有降低含锰量的做法，做出中锰钢，同样可以采用水韧处理．在模具钢中，早期的（约1982年出版的书中就有此说法）双细化处理工艺第一步有时称之为水韧（或油韧）具体为在模具钢进行锻造后，在钢之ACm点上，将钢淬入热水中（称水韧），淬入油中（称油韧），目的在于将碳化物大部分溶入奥氏体中，在淬火后重新高温回火后得到细而均匀的精粒状碳化物．再进行正常（或比正常奥体化温度略低）加热淬火，以期提升模具的韧性，耐磨性．锰钢主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。
碳含量对高铬堆焊合金性能的影响
摘要碳含量对Fe-Cr-V-B高铬堆焊合金性能的影响摘要以Fe-Cr-V-B高铬合金系为研究对象，通过改变碳的含量，得到一种抗裂性好、耐磨性优良的高铬堆焊合金，对其进行硬度测试、耐磨粒磨损试验及金相试样显微组织和性能分析。
结果表明，随着碳含量的增加，碳化物的数量和体积分数都增加，形态呈现杆状——片状——网状的转变。
硬度也在碳含量的一定范围内先增加，后减少。
当碳含量为 2.17%时，抗裂性好，耐磨性好，硬度也较高。
关键词：碳化物；堆焊；耐磨；硬度；显微组织AbstractThe effect of carbon content on theproperty of high-chromium surfacing alloys Fe-Cr-V-BAbstractIn the subject of high-chromium alloys Fe-Cr-V-B investigated,carbon content is changed, in order to get a good crack resistance, abrasion resistance surfacing high-chromium alloy. In this experiment, the hardness is measured, grain-abrasion resistance is tested, and the macroscopic structure of metallographic sample is observed and mechanical property is analyzed .The results show that the number of carbide and volume of that also increase, and the shape displays rod-shaped，flake, mesh changes respectively, when the carbon content increases. In the mean time，hardness increases at the beginning, and then decreases in a certain scope of the carbon content. Not only the crack resistance and wear resistance are good, but also hardness is higher in the carbon content of 2.17%.Key Words:carbide; surfacing; abrasion resistance; hardness; macroscopic structure目录文献综述 (1)1 焊接材料 (1)2 堆焊的意义 (1)3 堆焊药芯焊丝 (1)4 本文耐磨材料研究的最基本的原理 (2)第一章实验材料、设备及成分设计 (5)1.1 试验材料 (5)1.2 试验设备 (5)1.3 实验的目的 (5)1.4 药芯焊丝配方设计 (5)第二章实验方法 (8)2.1 药粉称取 (8)2.2 焊丝轧制成型 (8)2.3试板表面堆焊 (9)2.4硬度测试 (9)2.5试样切割 (9)2.6金相试样制备及观察 (9)2.7耐磨实验 (10)第三章实验结果及分析 (11)3.1药芯焊丝包粉量 (11)3.2工艺性能比较 (11)3.3配方化学成分 (12)3.4堆焊合金的宏观硬度 (12)3.5金相图及分析 (13)3.5.1 碳化物形态变化及其作用 (15)3.5.2合金元素对堆焊合金的显微组织的影响 (16)3.6金属磨损实验结果及分析 (17)第四章总结和展望 (19)4.1总结 (19)4.2 展望 (29)参考文献 (20)致谢............................................................................................................... 错误！未定义书签。
含碳量对高铬白口铸铁组织,硬度及冲击韧性的影响
含碳量对高铬白口铸铁组织,硬度及冲击韧性的影响第20卷l999年第4期l2月洁阳工学院.bum~lof1.,uoyangInstiluteofTechnologyV.20No.4Dee.19992-1-文章编号:1000—5O80c1999)04—0021—04含碳量对高铬白口铸铁组织,硬度及冲击韧性的影响刘亚民(洛阳工夏青系,河南洛阳471039)Wf√摘要:进行了古碛量对16%Cr白12I铸铁组织和性能影响的实验研究.结果表明:随着碳量增加.碳化物的台量增加.并且由连续的网状遥葡变成孤立的花状,杆状和块状;当碳量合适时.硬度和冲击韧性均出现峰值.综合性能最佳.碳:TG143.1塑斋铅白D锗佚<资料法)分类号文献标识:Ar7卜JI』1Ff0前言组识近年来,高铬白口铸铁(>12%)L1"之所以被广泛用作抗磨材料,是由于铬的加入改善了碳化物的结构和形态,使白口铸铁硬度提高的同时,冲击韧性也随之增大,对此已有不少文献[1—8]进行过分析.然而,在高铬自口铸铁中影响碳化物形成的另一种主要元素碳,也会对其组织和性能产生重要影响但目前对碳的影响的研究尚不够全面,本试验通过在W=I6%的自口铸铁中,加入Wc=2.5%一4.0%的碳,然后对其组织进行观察分析.并测定硬度及冲击韧性.以探讨碳量对高铬铸铁组织和性能的影响规律.1试验条件1.1试样的化学成分殛制备将生铁,废钢,自制增碳钢(废钢与碎石墨电极熔制而成),高碳铬铁,硅铁,钼铁等原材料按不同配料比例加入50kg无芯中频感应电炉中熔炼后,静置除渣,在1450'~C左右浇铸到湿砂型中,自然冷却,经落砂清理后,得到四组尺寸为20x20x110铸态试样,试样化学成份经测定如表1所示.裹l试样的化学成分(质量分数.%11.2试样性能检测与显微组织分析将每组34个试样,在147J摆锤冲击试验机上进行常温冲击试验根据冲击功与试样的横截面积之比计算出冲击韧性(J/era~).再将冲断后的试样断口磨平,测定其洛氏硬度HRC,最后将断口面抛光浸蚀后进行金相观察,并用线分法铡定碳化物的面积率F,表示其在组织中的含量.2试验结果与分析2.1含碳■对碳化物含■与形态的影响图1表示含碳量对高铬白口铸铁组织中碳化物含量的测试结果.可以看出,随碳量增加,碳化物的捌亚民:男,L964年生,工程师收稿日期:1999一ol—l722洛阳工学院999正面积率增大.50由图2可以明显看出碳量不同时碳化物的形态当c=25%40时,碳化物由连续网状的(Fe,Cr)3C和花状的(Fe,cr)c3"组成,30随碳量增加,网状碳化物逐渐消失,花状和杆状碳化物(Fe,Cr)C增多,当c:增加到3.5%时.开始出现初生块状的(Fe,Cr)C碳化物J,当Wc=4.0%时.初晶碳化物呈大块状.对上述变化分析如lid下.根据公式:0c北晶=4.3%一0.31Wsl一033Wp一040W:+0027W"一.?.7一0.5.图I253354w/%对碳化物面积率的影响b】=3.0%(a)1.=3.5%{b)r=4D%图2不同W试样的碳忧物音量与形态100x计算可知,本试验中铸铁的共晶碳量为=3.2%.当<32%时,铸铁为亚共晶成分,共品碳化物只能在发达的初生奥氏伴枝晶间形成而呈网状,又由于碳量少.故组织中的(n,crJC也不多:随着含碳量增至共晶点时,初生奥氏体枝品渐少.晶铁液量渐多,此时共晶碳化物可以在铁液舶各个区域形成,加之碳的比例增大.易形成(,Cr)C碳化物,所以花状和杆状碳化物越米越多.当>32%时.铸铁为过共晶.在铁浪中率先析出块状初生碳化物,且碳量越高,初生碳化物析}1j越多,长得越大.由此可见,在铬量一定的高铅铸铁中.随碳量j加.碳化物形态由嘲状一花状-杆状一块状,欲消除网状碳化物,碳量不可过低.在本试验中从碳化物含量和形态综合考虑,高铬铸铁中以30%～35%比较合适.22含碳量对基体组织的影响在高铬铸铁中,由于铬含量高而使C1ⅡJ线碉显右移,致使在砂冷却条件下奥氏体的共析转变难第4期刘亚民等:古碳量对高铬白rl铸铁组织,硬度及冲击韧性的影响?23以发生而转变为马氏体,故本试验所有试样的基体组织均为马氏体,随着碳量增加,残余奥氏体逐渐增多.同时由于碳强烈地降低马氏体开始转变点,所以碳量愈高,残余奥氏体也愈多.如图3所示.(a)c=25%(b)=40%图3不同的显微组织400×2.3含碳量对硬度的影响图4为不同量对高铬白口铸铁硬度的试验结果.茔从图4可以看出,随碳量增加,硬度上升,当为30%时,达最大值HRC574.这是因为碳化物含量增加和碳化物由硬度较低的(Fe,cr)c(HV100,0～1230)转变成了硬l度较高的(Fe,cr)7C3(HV1300～1800)J.当c>3.0%<时,硬度下降,这是因为尽管碳他物含量增多,但是同时残余奥氏体也越来越多了.由图4可以看出,随碳量增加,冲击韧性上升,这是因为碳化物由斜方晶格的连续网状(Fe,Cr),C变成T密排六方晶格的孤立花状,杆状(Fe,Cr)CJ,并且残余奥F司l±!:Ir/%田4对冲击韧性及硬度的影响氏体也逐渐增多的原因.当c=35%时,冲击韧性选最大值24.0J/em2,当Wc>3.5%时.冲击韧性下降,这是因为组织中出现了大块初生碳化物.3结论在c为16%的高铬白口铸铁中,在高铬自口铸铁中,随着含碳量增加,碳化物含量也增加.碳化物形态由连续的网状逐渐变成孤立的花状,杆状,块状.当c=30%时,硬度高达HRC57.4,当c:35%时,冲击韧性达到最大值24.0J./em.固此,当c在30%～3.5%范围内变化时,其综合机械性能较好.参考文献陆文华等.铸造台金厦其熔炼北京:机械工业出_咂社.I99.郝石坚等高铬耐磨铸铁北京:煤搅工业出版社.1989李隆盛等.铸造台金及其培炼北京:机械工业出越社,1989安正昆等钢铁热处理北京:机械工业出版社.1985周废德等铬系抗磨铸铁西安:西安交大出版社.1987陈垒德等稀土对高锗白口铁韧性的髟响洛阳工学腕,1996,~7t2):】一5陈全德等锟对高铬白口铣组织和硬度的影响洁6只工学院,1996.1(4):～5赵越超等锤式破碎机高铬铸铁锤头的研制铸造.1997,(8)234567824?洛船工学院1999莅InfluenceofCarbonContentontheMicrostructure HardnessandImpactToughnessinHighChromiumWhiteCastIronLIUY aminXIAQing(Dep.ofMater.Eng.,LuoyangInst.ofTechno1.,Luoyang471039,China)Abstract:Theinvestigationsweremadeontheinfluenceofcarbonconlcntonmlcro~tructur~ andpropertiesinhighchromiumwhiteiron.Theexperimentalresultsindicatethat,withtheincreaseincarbonconte ntandtIIecarbidecontent.thecarbidemorphol'esisgraduallychaIlI1gfromnet.worktoflower-like,ro d.1ikeandfinallytoblocktype?Attheaall3.etime,thereispeakvalueofhardhe~andimpacttoug~1hessincarbon COntentrangebeingtested.Keywords:Carbon;Whiteiron;Carbides;Hardness;Impacttongshess。
白口铸铁的分类及高铬白口铸铁的应用
白口铸铁的分类及高铬白口铸铁的应用白口铸铁是应用较早也是比较广泛的一类耐磨材料，中国早在春秋时代就制成了抗磨性良好的白口铸铁，用作一些抗磨零件。
白口铸铁包括普通白口铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁，高合金白口铸铁。
普通白口铸铁是不添加合金元素的普通白口铸铁，工程上被应用于耐磨性要求不高的抗磨铸件。
低合金白口铸铁脆性仍较大，适用于对耐磨性和韧性要求不太高的场合。
中合金白口铸铁以铬为主要合金元素，加入铬量达9%时，这种碳化物呈孤立杆状或板状形态，连续性差，所以韧性好、强度高。
目前用得最广泛的是高合金白口铸铁中含铬量为12％～20％的高铬白口铸铁，具有较高的硬度，良好的耐磨性和韧性，广泛应用于采矿、水泥、电力、筑路机械等方面。
随着高铬白口铸铁的应用日益广泛，各种新型刀具如硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具等超硬刀具的应用也日趋广泛。
但只有选择正确的刀具，才能更好的解决高铬白口铸铁难加工的问题。
以前和华菱刀具工程师交谈时听说华菱立方氮化硼刀具BN-K1加工高铬白口铸铁效果更明显。
原因是华菱超硬立方氮化硼刀具BN-K1属于非金属粘合剂，是整体聚晶立方氮化硼刀具，其硬度高，具有良好的耐磨性和抗冲击性能，可有效提高加工效率。
华菱超硬是一家集超硬刀具设计，生产，技术服务于一体的中国民族企业，其刀具方案可全方位、高效的完成硬材料加工行业领域的各种零部件的车削、铣削等一系列加工。
目前被广泛应用于高硬度材料，热处理后的高硬度工件，和其他难切削材料的零件领域。
自创立以来，与多家机械零部件商家建立了长期合作伙伴关系。
以下是华菱立方氮化硼刀具BN-K1加工高铬白口铸铁的实际加工案例。
一、高铬白口铸铁的特性高铬白口铸铁是继普通白口铸铁、镍硬铸铁发展起来的第三代白口铸铁。
目前高铬铸铁已经是世所公认的优良的耐磨材料，在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面应用十分广泛。
高铬白口铸铁作为耐磨铸件在不做任何热处理的情况下，硬度一般在HRC45以上，抗拉强度为650～850MPa。
碳含量对铁基粉末冶金摩擦材料力学性能的影响
参考文献 [ 1 ] 于鹰. 客车转向架轴箱新型定位套的研制 [J ] . 机车车辆工艺 ,2001 (1) :1 - 3 ,13 . [ 2 ] 《粉末冶金金相图谱》编写组. 粉末冶金金 相图谱[ M ] . 北京 :机械工业出版社 ,1980 . [ 3 ] 美国金属学会. 金属手册第九版第七卷 粉 末冶金[ M ] . 北京 :机械工业出版社 ,1997 . [ 4 ] 韩凤麟. 粉末冶金机械零件[ M ] . 北京 :机 械工业出版社 ,1987 . [ 5 ] 松山芳冶等. 粉末冶金学 [ M ] . 北京 :科学 出版社 ,1978 . [ 6 ] 胡德林. 金属学原理[ M ] . 西安 :西北工业大 学出版社 ,1984 . [ 7 ] 赵连城. 金属热处理原理 [ M ] . 哈尔滨 : 哈 尔滨工业大学出版社 ,1987 .
在铁中溶解与扩散的程度加剧 ,少量金属粉在固 体铁中溶解与扩散及铁在少量金属粉中的溶解与 沉淀 ,这些因素使得合金烧结时收缩较大 ,因而密 度增加 ,孔隙减少 。
铸铁磨损性能研究
铸铁系耐磨材料题目：高铬白口铸铁耐磨概述院系：材料与化工学院专业：金属材料工程班级：学号：姓名：摘要高铬铸铁是白口铸铁中一类很重要的高合金白口铁，它以比合金钢高得多的耐磨性和比一般白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一，在矿山、冶金、建材和化工等行业仍得到广泛的应用。
其显微组织中存在着高硬度(1200HV～ 1800HV)的(Cr,Fe)7C3型共晶碳化物,且彼此孤立分布而不连成网状,因而具有较高的韧性。
采用高温淬火(即去稳处理)后回火和通过亚临界处理两种方法可以显著改善高铬白口铸铁的组织和使用性能,从而获得最佳的综合性能。
研究表明,含有大量残留奥氏体的铸态高铬白口铸铁通过亚临界处理可以使其中的残留奥氏体发生马氏体转变而使其硬化 [2～10] 。
与高温淬火相比,采用亚临界处理可以避免铸件畸变和开裂以及降低生产成本,因此对于大型铸件常采用亚临界处理。
关键词；高铬白口铸铁、制备工艺、热处理工艺、性能以及应用1高铬白口铸铁1.1高铬白口铸铁指含铬量在12%～28%之间的白口铸铁。
其共晶组织由M7C3型碳化物和奥氏体或其他转变产物所组成。
M7C3型碳化物呈六角形杆状以及板条状分布在基体当中，连续程度大为降低，碳化物对基体的破坏大大减小。
因而高铬白口铸铁的韧性优于低铬白口铸铁和大部分合金钢。
同时若把基体退火成珠光体后，还可以进行机械加工。
这种碳化物不但硬度很高，还赋予铸铁很高的强度，若以3mm直径的高铬白口铸铁试样作定向凝固，以使M7C3型碳化物规则排列，其抗拉强度可高达3100MPa。
1.2 高铬白口铸铁中各基体的显微硬度；铁素体70～200HV、珠光体300～460HV、奥氏体300～600HV、马氏体500～1000HV。
由其硬度可观马氏体的硬度最高，其磨料磨损抗性也最好所以一般希望得到马氏体。
例如；一种15Cr3Mo 高铬铸铁基体不同时磨损情况也不同。
高铬合金白口铸铁
2.碳化物体积分数的影响
初生碳化物对高铬白口铸铁的抗磨性和抗 断裂性都是不利的，在磨料较软，低应力摩擦条 件下，要求抗断裂性能好的抗磨件，选择碳化物
体积分数小的奥氏体高铬白口铸铁是有益的。
3.基体组织的影响
基体组织能有助于碳化物抵抗显微范围内 的机械应力，因此基体金属有足的屈服强度。与
碳化物本身碳化物一基体相比，基体组织更能使
高铬合金白口铸铁
摘要 Abstract
高铬白口铸铁是继普通白口铸铁、镍硬铸铁 发展起来的第三代白口铸铁。目前高铬铸铁已经 是世所公认的优良的耐磨材料，在采矿、水泥、 电力、筑路机械、耐火材料等方面应用十分广泛。 本小组把组织成分、失效形式、磨损机理、保护 措施、影响因素、性能特点等方面综合分析与研 究，作此报告。
断裂的例子
抛丸机叶片主要受到冲击磨损，疲劳
磨损和磨粒磨损，故采用高铬铸铁作叶片的 材料。但高铬铸铁较脆，在高冲击下容易断
裂，破碎，需要进行相应的热处理，改进其
使用性能。
03
影响因素
影响高铬白口铸铁耐磨的主要因素
1.工况条件的影响
外部条件的改变会导致材料磨损机制和磨损率的 变化，直接影响抗磨件的耐用程度。
缺点：
成本高(经济因素)、机加工之前需退火处理。 不能用于强烈冲击负荷的零件
磨损机理
低应力擦伤式磨损
高应力碾碎性磨损
冲击负荷较小的凿削式磨损
应用前景
高铬合金铸件磨球应用于 冶金矿山，选矿厂，水泥厂，新 型建材领域，充当研磨介质，将 球磨机内的矿石，石灰石，燃煤 等通过自磨和相互冲击摩擦而破 碎和研磨物料。
【关键词】高铬白口铸铁 耐磨材料 材料性能
目 录
CONTENTS
碳、铬含量及热处理工艺对高铬铸铁组织及力学性能影响
处 理 后 高 铬 铸 铁 的硬 度 为 ６ １ ． ２ ＨＲ Ｃ， 冲击韧度为 ７ ． ８ Ｊ ／ ｃ ｍ。 。 关键词 ： 高铬铸铁 ； Ｃ、 Ｃ ｒ 元素 ； 热处理 ； 组 织 及 力 学 性 能
１ ． ２ 热 处理 参数 的选 ０ — １ ３ 高温箱形电阻炉对试样进行热处理 。根据高铬铸铁相图并参考热处理工艺， 本试验
选取淬火温度分别为 ９ ｇ ｏ １ ９ １ ｏ ￣ ｔ ｏ ？ ｃ ， 保温 １ ｌ 小时后， 在空气 中冷却； 回火温度分别为 ２ ８ ０ ℃，
其 力 学 性 能 。结 果 表 明 ： 铸 态 高 铬 铸 铁 以奥 氏体 相 为 主 ， 淬 火 ＋ 回火 后 基 体 主 要 以 马 氏体 为 主 ， 马 氏体 中析 出 细小 的二 次碳 化 物 颗 粒 ， 导 致 高 铬铸 铁 的硬 度 升 高 ， 冲 击 韧 度 略 有 降 低 。试 验 高 铬 铸 铁力学性能较优工艺 为 ： Ｃ一 ２ ． ７ ， ｃ ｒ 一１ ８ ； 淬火 温度 为 ９ ６ ０ ℃， 保温 １ ｈ后 空 冷 ； 回火 温 度 为
的影响 ， 优 化 了 主 要 合 金 成 分 及 热 处 理 工 艺 参 数 。采 用 光 学显 微 镜 （ ＯＭ ） 、 Ｘ射 线 衍 射 仪 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 、
扫描 电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 、 能谱分析仪（ Ｅ Ｄ Ｓ ） 表征了热处理前后 试验 高铬铸铁 微观组 织与成 分 ， 并 测试 了
影响， 目前 主要通 过变 质处 理和 热处 理两个 途 径来 提高 高铬 铸铁 的性 能［ ５ ］ 。利 用消失 模 铸造方 法 获得
高铬铸铁在抗冲击条件下耐磨性能的试验研究
收稿日期:2006 06 27; 修订日期:2009 02 09作者简介:张忠诚(1963 ),河北昌黎人,教授.研究方向:铸造合金熔体处理及变质处理.Vo l.30N o.3M ar.2009铸造技术FO U N DRY T ECH N OL OG Y试验研究 R esearch高铬铸铁在抗冲击条件下耐磨性能的试验研究张忠诚1,王忠民1,刁美艳1,王占民2,张忠波2(1.河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄050081;2.河北晋州市森佳耐磨材料有限公司,河北晋州052260)摘要:在M L D 10型冲击磨料磨损试验机上,对国产的高铬铸铁和西班牙进口的低合金抗磨钢,在不同的冲击功条件下,就其耐磨性进行了对比试验。
通过对不同冲击条件下材料的失重、磨损面的形貌、材料的显微组织等的研究,分析两种材料的抗冲击磨损性能,并着重讨论了磨料的性质、冲击功的大小对材料抗冲击磨损性能的影响。
同时,对在试验过程中高铬铸铁试样所表现出来的脆性进行了讨论。
结果表明:经热处理高铬铸铁试样的抗磨性能优于其铸态试样,高铬铸铁的抗冲击磨料磨损性能优于低合金抗磨钢。
关键词:磨料磨损;高铬铸铁;低合金钢中图分类号:T G251.2 文献标识码:A 文章编号:1000 8365(2009)03 0325 04Soudy on Impact Wear Properties of High Chromium Cast IronZHANG Zhong cheng 1,W ANG Zhong min 1,DIAO Mei yan 1,WANG Zhan min 2,ZHANG Zhong bo2(1.College of Materials Science and Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050081,China;2.Jinzhou Senjia Foundry C o.,Ltd.,Jinzhou 052260,China)Abstract:A comparision of impact wear properties ie made between high chromiu m cast and low alloy steels by the MLD 10impact wear tester.Th e impact,wear properties of two types of materials are in vestigated in terms of material loss,profile of impacted an d worn su rfaces an d variation s in microstructu re of su rface layer an d su b su rface layer of the im pacted en d of the two types of materials.Th e authors stu dy the influ ence of slu rry properties and impact work on the impact wear properties of the two types of m aterials.It is conclu ded that high chromium cast iron is better than low alloy steels in impact wear properties.Key words:Abrasive wear;High chromiu m cast iron ;Low alloy steel火力发电厂采用 3.4M 及以上的大型磨机进行粉煤作业,为保证磨球在较大的冲击功条件下不发生破碎,要求磨球具有良好的冲击韧度。
铸铁磨损性能研究
铸铁系耐磨材料题目：高铬白口铸铁耐磨概述院系：材料与化工学院专业：金属材料工程班级：学号：姓名：摘要高铬铸铁是白口铸铁中一类很重要的高合金白口铁，它以比合金钢高得多的耐磨性和比一般白口铸铁高得多的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一，在矿山、冶金、建材和化工等行业仍得到广泛的应用。
其显微组织中存在着高硬度(1200HV～ 1800HV)的(Cr,Fe)7C3型共晶碳化物,且彼此孤立分布而不连成网状,因而具有较高的韧性。
采用高温淬火(即去稳处理)后回火和通过亚临界处理两种方法可以显著改善高铬白口铸铁的组织和使用性能,从而获得最佳的综合性能。
研究表明,含有大量残留奥氏体的铸态高铬白口铸铁通过亚临界处理可以使其中的残留奥氏体发生马氏体转变而使其硬化 [2～10] 。
与高温淬火相比,采用亚临界处理可以避免铸件畸变和开裂以及降低生产成本,因此对于大型铸件常采用亚临界处理。
关键词；高铬白口铸铁、制备工艺、热处理工艺、性能以及应用1高铬白口铸铁1.1高铬白口铸铁指含铬量在12%～28%之间的白口铸铁。
其共晶组织由M7C3型碳化物和奥氏体或其他转变产物所组成。
M7C3型碳化物呈六角形杆状以及板条状分布在基体当中，连续程度大为降低，碳化物对基体的破坏大大减小。
因而高铬白口铸铁的韧性优于低铬白口铸铁和大部分合金钢。
同时若把基体退火成珠光体后，还可以进行机械加工。
这种碳化物不但硬度很高，还赋予铸铁很高的强度，若以3mm直径的高铬白口铸铁试样作定向凝固，以使M7C3型碳化物规则排列，其抗拉强度可高达3100MPa。
1.2 高铬白口铸铁中各基体的显微硬度；铁素体70～200HV、珠光体300～460HV、奥氏体300～600HV、马氏体500～1000HV。
由其硬度可观马氏体的硬度最高，其磨料磨损抗性也最好所以一般希望得到马氏体。
例如；一种15Cr3Mo 高铬铸铁基体不同时磨损情况也不同。
高铬白口抗磨铸铁资料1
高铬白口抗磨铸铁（以下简称高铬铸铁）是一种因性能优良而特别受到业内重视的抗磨材料。
在耐磨性上，它比合金钢高得多；在韧性、强度上，它又比一般白口铸铁高得多；同时，它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，而且生产便捷、成本适中，因此成为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。
高铬铸铁属金属耐磨材料中抗磨铸铁类铬系抗磨铸铁的一个重要分支，是继普通白口铸铁、镍硬铸铁之后发展起来的第三代白口铸铁。
高铬铸铁一般指含铬量在11%~30%、含碳量在2.0%~3.6%范围的合金白口铸铁。
早在1917年就出现了第一个高铬铸铁专利。
我国抗磨白口铸铁国家标准（G B /T 8623）规定了高铬白口铸铁的牌号、成分、硬度及热处理工艺和使用特性。
美国高铬铸铁执行标准为A S T M A 532M ，英国为B S 4844，德国为D I N 1695，法国为N F A 32401。
俄罗斯在前苏联时期曾研制了含铬量12%~15%、含锰量3%~5.5%、壁厚达200m m 的球磨机衬板，现执行ГO C T 7769标准。
特别值得一提的是，美国克莱梅克斯（C l i m a x ）钼业公司曾在近一个世纪的时间里，为抗磨白口铸铁的发展做出了卓越的贡献。
1928年，该公司首先发明了镍硬铸铁，从而将抗磨铸铁技术推向了一个空前的高度。
1974年，为纪念国际G I F A ，该公司在杜赛尔多夫展览会上展示了其名为“神秘1号”和“神秘2号”的经典高铬抗磨铸铁153（C r 15M o 3）和1521（C r 15M o 2C u ）。
目前，克莱梅克斯公司执行的高铬铸铁标准见附表所示。
栏主特别提示大家，这是非常值得一看的。
对高铬铸铁的规模化工业应用，发达国家始于上世纪60年代。
我国则于1969年，由当时的机械工业部与新日铁公司及八幡厂技术实验中心联合在武钢进行了轧钢实验，并取得了很好的效果。
很快，由国防工业出版社出版的第一部较为全面、详细地向国内读者介绍高铬铸铁化学成分、合金元素的影响及熔炼和热处理相关问题的图书———《高铬铸铁轧辊的力学性能》问世。
碳当量对铸铁加工性能的影响及控制
碳当量对铸铁加工性能的影响及控制林艳茹;李艳琴【期刊名称】《金属加工：热加工》【年(卷),期】2014(000)013【总页数】3页(P46-48)【作者】林艳茹;李艳琴【作者单位】宁夏共享装备有限公司;宁夏共享装备有限公司【正文语种】中文自感应电炉被使用以来，由于熔炼工艺不成熟，使得材质质量很不稳定，主要表现在抗拉强度和铸件实体硬度常达不到技术要求，且碳当量低，铸件加工性能差，铸造性能低，对于铸造工艺设计的要求高，使得生产过程复杂化。
为此，提高CE 值，一方面，为了与灰铸铁的发展趋势相吻合，即发展高碳当量、高强度灰铸铁，另一方面为了满足客户对改善铸件加工性能的要求。
对铸造工艺的设计和生产过程来说，CE值的提高，在一定程度上简化了工艺设计，降低了过程操作的复杂程度。
1.提高CE值对力学性能的影响决定灰铸铁性能的主要因素为石墨和金属基体。
C E（CE=C+1/3Si）值的提高，C、Si的含量增加（C、Si是促进石墨化元素），石墨的数量增加，形状由细片状逐渐转变为厚片状，石墨尺寸也变大。
铸铁中存在一定数量的石墨，使金属基体承受负荷的有效面积减少，而且在承受负荷时造成应力集中，使金属基体的强度不能正常发挥，降低铸铁的强度。
C、Si含量的提高，使得铁素体量增加，在一定程度上珠光体量相对减少，基体中的铁素体强度低，而珠光体有较高的强度和硬度，所以基体的强度随珠光体量的增加而提高。
因此，碳当量的提高，必然会使铸件抗拉强度和硬度下降。
在熔炼过程控制中，为了避免因CE值的提高而影响到铸件力学性能，可以考虑采取以下措施：改变炉料配比；对熔炼铁液进行精炼；强化孕育处理；低合金化处理。
2.实施过程（1）改变炉料配比主要是针对废钢所占比例进行阶段性的调整，灰铸铁的力学性能随废钢在炉料中的比例增加而增加，废钢比例的增加，必然会使生铁和回炉料（废品、浇冒口系统、碎铁屑）的比例减少，考虑到我公司内大量的回炉料急需消耗掉，因而在增大废钢所占比例同时，也适当增加了回炉料的加入量，这样在很大程度上降低了生铁的比例。
高铬铸铁堆焊层组织对冲蚀磨损性能的影响(1)
高铬铸铁堆焊层组织对冲蚀磨损性能的影响任振安 宣兆志 刘海军 宋国太 杨 坚(长春 吉林工业大学)(吉林省电力科学研究院)摘 要 采用正交试验法研究了粘结焊剂中高碳铬铁、石墨、钼铁对埋弧堆焊层组织、硬度及耐冲蚀磨损性能的影响规律。
堆焊层为亚共晶组织时,硬度低,耐冲蚀磨损性能差;共晶堆焊层硬度高,耐冲蚀性能有所提高;堆焊层为含有少量一次碳化物的过共晶组织时,硬度高,耐冲蚀磨损性能最好;一次碳化物过多时,虽然硬度高,但耐冲蚀磨损性能下降。
试验得到了最佳粘结焊剂配方。
关键词: 高铬合金铸铁 堆焊层 冲蚀磨损0 序 言高铬合金铸铁是一种用途广泛的耐磨材料,受到人们的普遍关注,对其成分、组织及性能做了大量研究[1~8]。
一般认为,高铬合金铸铁耐磨性好,但冲击韧性差,故主要用于磨粒磨损条件下,对其耐冲蚀磨损性能的研究很少[9]。
而采用堆焊方法在韧性良好的钢基体上堆焊合金铸铁耐磨层,既可以保证结构的强度与韧性,又可以保证表面耐磨性[10]。
本文采用高合金粘结焊剂配以低碳钢焊丝进行埋弧堆焊,探讨了焊剂中合金剂高碳铬铁、石墨、钼铁加入量对堆焊层组织的影响,进而得出了堆焊层组织对硬度及耐冲蚀磨损性能的影响规律。
1 试 验母材为Q235钢,规格为260mm 65mm 10mm 。
埋弧焊丝为H 08A 普通低碳钢焊丝,直径4mm 。
粘结焊剂的原料有大理石、萤石、石英、钛白粉、石墨、高碳铬铁、钼铁、硼铁、钛铁等物质。
按焊剂配方称取药粉干混后,加入15%左右的水玻璃湿混,用3mm 3mm 的筛子过筛造粒,50 低温烘干后二次过筛再在350 ~400 温度下烘干2h,炉内冷却后装袋待用。
用上述H 08A 焊丝配以自制的粘结焊剂在MZ-1000型埋弧自动焊机上进行堆焊。
堆焊规范为U =42~44V,I =550~600A,v H =10mm/s,焊丝伸出长度H =50mm 。
采用 四道三层 堆焊法,第一层并排焊二道,再在第一层中间堆焊二道(层),总堆高12~15mm 。
碳当量对合成铸铁力学性能的影响
FOUNDRY铸钢■铸铁Vol.68No.112019硕当量对合成铸铁力学性能的影响曹琨倔，赵子文祁庆花倔，马升临，胡克潮2,曹拥军3(1.兰州兰石能源装备工程研究院有限公司，甘肃兰州730314; 2.甘肃省高端铸锻件工程技术研究中心，甘肃兰州730314;3.兰州兰石集团有限公司，甘肃兰州730314)摘要：用合成铸铁熔炼方法，研究了不同碳当量对合成铸铁力学性能和组织的影响。
结果表明，随着碳当量降低，石墨变得细小，对基体的割裂作用降低，抗拉强度提高。
为了合理控制浇注温度，降低铁液收缩率，避免出现缩松缩孔、裂纹等缺陷，采用Magma模拟软件对铸造工艺进行了数值模拟优化。
最终通过多次孕育改善石墨形态，不需加入合金就能获得低成本、高强度合成铸铁。
关键词：合成铸铁；碳当量；力学性能；Magma作者简介：曹琨(1993-)，男，硕±,研究方向为钢铁冶金及金属材料。
电话：189********,E-mail：189********@中图分类号：TG243.3文献标识码：A文章编号：1001-4977(2019) 11-1232-05基金项目：甘肃省科技计划资助项目(2015GS05896)。
收稿日期：2019-04-10收到初稿，2019-07-25收到修订稿。
国内外高品质灰铸铁的生产往往需要消耗大量铸造生铁。
随着优质矿石资源的枯竭及国家去产能政策的影响，铸造生铁价格飞涨，由大约2600元/吨(2016年)涨至约3700元/吨(2018年)，使灰铸铁件的利润十分微薄。
面对这种严峻的形势，许多铸造企业开始采用合成铸铁的方法(即废钢增碳技术)来降低成本。
使用合成铸铁方法熔炼的铁液有害元素含量低，纯净度高，夹杂物少，大量废钢的加入降低了原铁液Si含量，使增大孕育剂提高孕育效果成为了可能，而且孕育后的铁液白口倾向小，石墨形态大部分为A型，石墨长度也更短⑷，对基体的割裂作用小，抗拉强度比普通灰铸铁高15-30MPa|5)o高强度铸铁一般采用高碳当量(3.8%~4.2%)、低合金化(Cu:0.3%~1.0%)方法生产。
碳当量对铸态高强度球墨铸铁残余应力的影响_卫东海
0.504
0.013
4.09
1154.7
4
3.517
2.133
0.987
0.023
0.014
0.067
0.006
0.499
0.016
4.22
1125.7
5
3.589
2.157
0.985
0.023
0.011
0.050
0.005
0.500
0.017
4.30
1128.3
6
3.822
2.301
0.975
0.026
基金项目：国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项资助项目(2012ZX04010031)。 收稿日期：2013-09-10收到初稿，2013-11-01收到修订稿。 作者简介：卫东海(1989－), 男, 硕士生，研究方向为铸铁合金及熔炼、铸件的应力及变形。E-mail：wdh1109@
0.014
0.056
0.004
0.503
0.022
4.59
1132.1
· ３１４·
ＦＯＵＮＤＲＹ
Ａｐｒ． ２０１４ Ｖｏｌ ．６３ Ｎｏ．４
（a） CE=3.94%
（b） CE=3.97%
（c） CE=4.09%
（d） CE为4.22%
（e） CE为4.30%
（）f CE为4.59%
图2 不同碳当量各球铁试样的石墨形态 Fig. 2 Graphite morphology of ductile iron samples with different carbon equivalent
· ３１２·
铸造
ＦＯＵＮＤＲＹ
Ａｐｒ． ２０１４ Ｖｏｌ ．６３ Ｎｏ．４
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胶轮磨损试验属于低应力磨料磨损试验。 表２是美国治金师Ｄｏｇａｎ等人用干式橡胶轮磨损装
置进行试验的结果。试验磨损量以橡胶轮转２０００转、 试样的体积损失计算（ ｍｍ３）。从表２可看出，２号合 金，共晶型的Ｃｒ２６合金（ 碳当量为４．５％） 最抗磨，体 积损失为１０．１ ｍｍ３。由于共晶合金，共晶奥氏体与共 晶Ｍ７Ｃ３型碳化物均匀分布，碳化物间自由程短，对基 体起到了很好的保护作用，所以最为抗磨。
９７
３
２０ ４２０ ４９０ ７８０ ６２０
０．２６８ ０．７４７ ０．２４ ０．５６５
６
２．２ １８．４ ０．４ ０．３ ０．５ ０．０ ０．０
Ａ
铸态
Ｐ：１９
８１
Ｂ
１０００-（ ４ｈ）
９８
２
Ｂ
１０００.（ ４ｈ） ＋５００/（ １２ｈ）
９８
２
７
３． ０ ２０．２ ０．４ ０．７ ０．７ １．９ １．８
铸态
４
３．６６ ２６．０ ０．２２ ０．７９ ０．９２ ０．３５６
４０ ５９２
０．１１４
０．０９１
４
０．０８４
５
３．１ １５．３ ０．４ ０．４ ０．６ ０．９ ０．８
Ａ
铸态
２２
７８
Ｂ
６５０)（ １２ｈ） Ｐ：９７
３
Ｃ
１０００*（ ４ｈ）
９４
６
Ｄ
１０００+（ ４ｈ） ＋５４０,（ １２ｈ）
文献［６］给出了用湿式橡胶轮磨损试验装置进行试验 研究的结果。表３是试验用高铬白口铁的化学成分及碳 化物体积百分数。图３是磨损试验结果汇总，试样体积 损失以橡胶轮旋转５０００转造成试样的体积损失（ ｍｍ３） 计。
图 ３ 中 磨 损 体 积 损 失 最 小 的 是 炉 次 为 ６３、 １９Ａ 与 １９Ｂ，三者的碳当量分别为４．０６％、４．０３％和４．０６％，属 于接近共晶点（ ４．３％） 的亚共晶铸铁。而２０Ａ的碳当 量为４．８７％，属过共晶，且偏离共晶点含Ｃ量稍远，按 前面干式橡胶轮磨损试验的结果（ Ｄｏｇａｎ冶金师等人作 出的），体积损失曲线的最低点应在共晶点处，即比 ６３、１９Ａ、１９Ｂ还要低一点，但也不会低得太多。
Ａ
铸态
６４
３６
Ｂ
１０００5（ ４ｈ） ８４
１６
Ｃ
１０００6（ ４ｈ） ＋５５０7（ １２ｈ） ９２
８
６４０
３５
７６０
６２０
注：表中!是试样冲击断裂功，试样尺寸５ｃｍ!５ｃｍ!２０ｃｍ，有缺口； ｎ．ａ表示未测定。
０．２７１ ０．１３７ ０．６１４
铸造
子 澍：高铬白口铸铁中碳当量对抗磨性能的影响
· ７４３·
根据文献［１］，含Ｃｒ１５％的高铬白口铸铁的共晶组织 中! 共晶占７４％左右，Ｍ７Ｃ３碳化物占２５％!２６％。所以， 即使选择共晶成分，其共晶碳化物仅占１／４，这时共晶 组织中奥氏体呈连续相，而Ｍ７Ｃ３呈板条状、杆状等孤 立状态，韧性较普通白口铸铁为好。下文介绍高应力 磨科磨损及低应力磨料磨损条件下，Ｃ、Ｃｒ含量变化对 其抗磨性能的影响。
铸 铁 中 含Ｃｒ 后 会 使 共 晶 点 左 移 ，其 共 晶 点 含 "
图１ Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图（部分） Ｆｉｇ．１ Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ ｐｈａｓｅ ｄｉａｇｒａｍ （ｐａｒｔｓ）
量 ! 共晶可用!共晶＝４．３!０．０５（Ｃｒ％）!０．３３（Ｓｉ％）计算，其碳 当量!当量＝％Ｃ＋０．０５（Ｃｒ％）＋０．３３（Ｓｉ％），当!当量＝４．３％时， 为共晶成分。
表 ! 高铬白口铸铁化学成分、组织及磨损数据一览表 "#$%& ! ’ ()*&+,%& -. )-/0-(121-34 /1)5-(25,)2,5& #3+ 6 5#2& -. *17*895 6*12& )#(2 15-3
马氏 残余奥 碳化物 合金序号 Ｃ Ｃｒ Ｎｉ Ｓｉ Ｍｎ Ｍｏ Ｃｕ 体量（％ ） 氏体量（％ ） 体积（％ ） ＨＢ
这方面的研究［２］。圆桶直径 ０．５１ｍ，长０．６１ｍ，上覆以 石榴石砂布（ＨＶ＝１ ３６０），石榴石粒度为１５０目（１５０!ｍ）。 当低速旋转时，使表面砂布产生２．７ｍ／ｍｉｎ的速度。试 验用圆销直径为０．６３５ ｃｍ，长２．５ ｃｍ。圆销试样固定在 卡盘上，卡盘上施加６６．７ Ｎ的砝码，产生压强为１３４ Ｎ／ｃｍ２。圆销每分钟旋转１７转，并能沿圆桶长度方向移 动，磨损率按圆销在石榴石砂布上摩擦行程１ｍ造成的 磨损体积（ｍｍ３／ｍ）计。该研究成果汇总于表１。
对比图３ａ与图３ｂ，可以看出，在低应力磨料磨损 条件下，同样是共晶型高铬白口铸铁，马氏体基体要 比奥氏体更抗磨。
总之，文献［６］与文献［２］、文献［４］研究结果是一致 的。在低应力磨料磨损条件下，应选取共晶或稍过共 晶成分（ 碳当量在４．３％ ! ４．５％） 高铬铸铁，这样能保 证有足够的碳化物体积百分数，又使共晶团细小，基 体会得到碳化物的良好保护，通过热处理，空气中淬 火，使金属基体以马氏体为主，提高铸铁的硬３度，保 证在低应力磨料磨损的条件下具有最高的抗磨性能。
ｈｉｇｈ－Ｃｒ ｗｈｉｔｅ ｃａ ｓ ｔ ｉｒｏｎ ； ｃａ ｒｂｏｎ ｅ ｑｕｉｖａ ｌｅ ｎｔ ； ａ ｂｒａ ｓ ｉｏｎ ｒｅ ｓ ｉｓ ｔａ ｎｃｅ
长期应用普通白口铸铁，人们会得到经验，即白 口铸铁属脆性材料；为安全起见，选择含碳量都使白 口铸铁成为亚共晶成分，以期降低它的脆性。当应用 高铬白口铸铁时，也是多选用亚共晶铸铁成分，以期 安全。然而事实表明，这样会大大降低材料的抗磨性 能。关于高铬白口铸铁应该如何恰当地选择化学成分， 作者拟围绕该问题进行分析和讨论。
２５％左右，与富铬的二次碳化物位于金属基体奥氏体或其转变产物中，而后者的 Ｍ３Ｃ 碳化物能占到 ４８％，可看作渗硫 体基体或海锦状渗碳体，里面镶嵌奥氏体转变产物，所以共晶型高铬白口铸铁的韧性比普通共晶型白口铸铁好，共晶 组织中碳化物的短小空间对共晶奥氏体基体起到良好的保护作用，在高应力磨料磨损条件下，过共晶高铬白口铸铁中 的大块状初生 Ｍ７Ｃ３ 碳化物能很好地抵抗磨粒对抗磨件施加的法向压力和切向剪切力，不易断裂，故而抗磨性能较好。
表 ! 干式橡胶轮磨损试验时合金样试验结果 "#$%& ! ’()*+#,-. (/$$&(*01&&% 0&#( 2&+2 (&+/%2+ 34( 3&((4/+ #%%4)+ #,- 54674+82&+
Ｔｈｅ ｅ ｕｔｅ ｃｔｉｃ ｍｉｃｒｏｓ ｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－Ｃｒ ｗｈｉｔｅ ｃａ ｓ ｔ ｉｒｏｎ ｄｉｆｆｅ ｒｓ ｆｒｏｍ ｏｒｄｉｎａ ｒｙ ｗｈｉｔｅ ｃａ ｓ ｔ ｉｒｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ａ ｌｌｏｙｓ ， ｔｈｅ ｆｏｒｍｅ ｒ ｃｏｎｔａ ｉｎｓ ２５％ Ｍ７Ｃ３ ｃａ ｒｂｉｄｅ ｓ ， ｔｈｅ ｌａ ｔｅ ｒ ｈａ ｓ ４８％ Ｍ３Ｃ ｃａ ｒｂｉｄｅ ｓ ． Ｓ ｏ ｔｈｅ ｅ ｕｔｅ ｃｔｉｃ ｈｉｇｈ－Ｃｒ ｗｈｉｔｅ ｃａ ｓ ｔ ｉｒｏｎ ｉｓ ｔｏｕｇｈｅ ｒ ｔｈａ ｎ ｔｈｅ ｏｒｄｉｎａ ｒｙ ｅ ｕｔｅ ｃｔｉｃ ｗｈｉｔｅ ｃａ ｓ ｔ ｉｒｏｎ ｂｅ ｃａ ｕｓ ｅ ｏｆ ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅ ｒ－ｃａ ｒｂｉｄｅ ｓ ｐａ ｃｉｎｇ ｔｏ ｐｒｏｔｅ ｃｔ ａ ｕｓ ｔｅ ｎｉｔｉｃ ｍａ ｔｒｉｘ ｗｅ ｌｌ． Ｉｎ ａ ｈｉｇｈ－ｓ ｔｒｅ ｓ ｓ ａ ｂｒａ ｓ ｉｏｎ ｅ ｎｖｉｒｏｎｍｅ ｎｔ， ｔｈｅ ｌａ ｒｇｅ ｐｒｏ－ｅ ｕｔｅ ｃｔｉｃ ｃａ ｒｂｉｄｅ ｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｙｐｅ ｒｅ ｕｔｅ ｃｔｉｃ ｈｉｇｈ－Ｃｒ ｗｈｉｔｅ ｃａ ｓ ｔ ｉｒｏｎ ａ ｒｅ ｍｏｒｅ ｒｅ ｓ ｉｓ ｔａ ｎｔ ｔｏ ｆｒａ ｃｔｕｒｅ ｕｎｄｅ ｒ ｔｈｅ ｔａ ｎｇｅ ｎｔｉａ ｌ ａ ｎｄ ｔｅ ｎｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｅ ｘｅ ｒｔｅ ｄ ｂｙ ｔｈｅ ａ ｂｒａ ｓ ｉｖｅ ｐａ ｒｔｉｃｌｅ ．
Ａ
铸态
４２
５８
Ｂ
液Ｎ２＋２５０0（ ４ｈ）
ｎ．ａ
Ｃ
１０００1（ ４ｈ） ＋液Ｎ２＋２５０2（ ４ｈ）
ｎ．ａ
Ｄ
１０００3（ ４ｈ） ＋５５０4（ ４ｈ）
ｎ．ａ
４１０
１４
７４０
６６０
４８０
５７０ ２８
７７０
７００
０．２６６ ０．３ ０．４７４
５
０．１２２ ０．１６８ ０．１５５ ０．１７２
８
３．２ ２８．８ ０．３ ０．２ ０．５ ０．５ ０．１
磨损率／ !／Ｊ （ｍｍ·３ ｍ－１）
参考 文献
１
３．１ ２４．５ ０．２９ ０．５ １．０ ０．０ ０．１
－
Ａ
铸态 ２９．３
７１．７
６００ ２２８ ０．１４９
Ｔ
５８!（ ２ｈ） ２４．１
７５．９
６００ ２３４ ０．１９９
Ｄ
１０００"（ ４ｈ） ６６．５
３３．５
３２
７８０ １６０ ０．１０３
３
ＤＴ
１０００#（ ４ｈ） ＋４８２$（ ８ｈ） ９５．２
图２ 销－桶磨损试验装置［２］ Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｅｓｔ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｗｉｔｈ ｐｉｎ ａｎｄ ｔｕｂｅ
从表１中可以看到最抗磨的是４号合金。过共晶的 Ｃｒ２６（碳当量为５．１９７％），磨损率为０．０８４ ｍｍ３／ｍ，３号合 金，共晶的Ｃｒ２６（碳当量为４．５％）磨损率为０．０９１ ｍｍ３／ｍ， 而亚共晶成分的５号、６号合金，由于碳化物体积百分 数太低（ 分别为２０％和１４％） 故十分不抗磨。