鑄鐵磨損性能研究

1、石及？*/多XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY鑄鐵系耐磨材料題目：高銘白口鑄鐵耐磨概述院 系：材料與化工學(xué)院專 業(yè)：金屬材料工程班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：姓 名：摘要高銘鑄鐵是白口鑄鐵中一類(lèi)很重要的高合金白口鐵，它以比合金鋼高得多的耐磨性和比一般白口鑄鐵高得多的韌性、 強(qiáng)度，同時(shí)它還兼有良好的抗高溫和抗 腐蝕性能，加之生產(chǎn)便捷、成本適中，而被譽(yù)為當(dāng)代最優(yōu)良的抗磨料磨損材料之 一，在礦山、冶金、建材和化工等行業(yè)仍得到廣泛的應(yīng)用。具顯微組織中存在著 高硬度(1200HV1800HV)的(Cr,Fe)7c3型共晶碳化物，且彼此孤立分布而不連 成網(wǎng)狀，因而具有較高的韌性。采用高溫淬火(即

2、去穩(wěn)處理)后回火和通過(guò)亞臨界 處理兩種方法可以顯著改善高銘白口鑄鐵的組織和使用性能，從而獲得最佳的綜 合性能。研究表明，含有大量殘留奧氏體的鑄態(tài)高銘白口鑄鐵通過(guò)亞臨界處理可 以使其中的殘留奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而使其硬化210。與高溫淬火相比，采用亞臨界處理可以避免鑄件畸變和開(kāi)裂以及降低生產(chǎn)成本，因此對(duì)于大型鑄件 常采用亞臨界處理。關(guān)鍵詞；高銘白口鑄鐵、制備工藝、熱處理工藝、性能以及應(yīng)用1高銘白口鑄鐵高銘白口鑄鐵指含銘量在 12%28%之間的白口鑄鐵。其共晶組織由M 7c3型碳化物和奧氏體或其他轉(zhuǎn)變產(chǎn)物所組成。M 7c3型碳化物呈六角形桿狀以及板條狀分布在基體當(dāng)中，連續(xù)程度大為降低，碳化物對(duì)基體

3、的破壞大大減小。因而高銘白口鑄鐵的韌性優(yōu)于低銘白口鑄鐵和大部分合金鋼。 同時(shí)若把基體退火 成珠光體后，還可以進(jìn)行機(jī)械加工。 這種碳化物不但硬度很高，還賦予鑄鐵很高 的強(qiáng)度，若以3mm直徑的高銘白口鑄鐵試樣作定向凝固，以使 M7c3型碳化物 規(guī)則排列，其抗拉強(qiáng)度可高達(dá) 3100MPa。高銘白口鑄鐵中各基體的顯微硬度； 鐵素體70200HV、珠光體300460HV、奧氏體300600HV、馬氏體5001000HV。由其硬度可觀馬氏體的硬 度最高，具磨料磨損抗性也最好所以一般希望得到馬氏體。例如；一種15Cr3Mo高銘鑄鐵基體不同時(shí)磨損情況也不同。如下表；基體組織硬度(HBW鑿削磨料磨損比 實(shí)驗(yàn)室顆

4、式破碎 機(jī)碾磨磨損失重(g)珠光體4060.410.14奧氏體5640.090.08馬氏體8400.040.042高銘白口鑄鐵化學(xué)成分、組織Cr和C是高銘白口鑄鐵中兩種重要的合金元素。 Cr和C有助于增碳化物 的數(shù)量，這將使得耐磨性能提高而韌性降低，Cr增加碳化物數(shù)量的效果遠(yuǎn)比 C 差，工藝上常用C來(lái)調(diào)整碳化物數(shù)目。碳化物數(shù)量可用下式估算；碳化物含量(%) =12.33 (C%) +0.55 (Cr%) -15.2另一方面銘與碳的比值 Cr/C,影響鑄鐵中M7c3型碳化物的相對(duì)數(shù)量，一般 Cr/ C大于5就能獲得大部分的M7c3型碳化物；同時(shí)銘碳比越高，鑄鐵的淬透性 也增加下圖將表示銘碳比與工

5、件最大淬透直徑的關(guān)系。多數(shù)高銘鑄鐵的含銘量 13%20%范圍內(nèi)，碳量在2.5%3.3%范圍內(nèi)，其銘碳比大約為48。圖中可看不 含其他元素的高銘鑄鐵，空淬能淬透的最大直徑為20mm,說(shuō)明淬透性是很低的， 要提高淬透性需要加入其他合金元素。生產(chǎn)中一般采用亞共晶高銘鑄鐵，共晶碳量在Cr15%時(shí)，約為3.6%,在Cr20% 時(shí)，約為3.2%,在Cr25%時(shí)，則降為3.0%,高銘鑄鐵中常還含有鋁、鈕和銅， 以提高淬透性。由上圖可以看出，鋁元素具有明顯提高淬透性作用， 特別在鋁含 量較高的時(shí)候作用更加明顯。鋁元素在各相中的分配如下；約有 50%進(jìn)入M02C 中，約有25%進(jìn)入M7c3型碳化物中，溶入基體的

6、鑰量（） =0.23 （%Mo） -0.029 基體中的鋁量大約占總含量的23%左右，這部分能直接起到提高淬透性的作用， 旬對(duì)馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度 Ms影響不大，鑰如能與銅鈕聯(lián)合使用則提高淬透性的 效果會(huì)更好。銅不溶于碳化物，完全溶于金屬基體中，因此可以充分發(fā)揮它提高淬透性的 作用，但銅降低Ms溫度，會(huì)造成較多的殘余奧氏體，且銅在奧氏體中的溶解度 也不高，一股在2%左右。銳既能進(jìn)入碳化物又溶解于基體中,鈕對(duì)穩(wěn)定奧氏體很有效果,鉆和鋁聯(lián)合 使用時(shí)對(duì)提高淬透性非常有效，例如： C2.8%3.1%、Si0.3%0.7%、Cr12%14% 的高銘鑄鐵，用 Mn3.6%只能淬透40mm,用Mo0.6%只能

7、淬透10mm,但同時(shí) 用Mo0.6%和Mn3.6%,則能淬透150mm,由于Mn劇烈P1低Ms溫度，故一般 控制在1.0 一下。硅在鑄鐵中是降低淬透性的元素，因此一般控制在0.3%0.8%之間。3高銘鑄鐵的鑄造工藝高銘白口鑄鐵與其他白口鑄鐵類(lèi)似，具有熱導(dǎo)率低、收縮性大、塑性差、切 削性能也差的特點(diǎn)。在實(shí)際生活中， 許多高銘鑄鐵件壽命短的原因，并不是因?yàn)?金相組織不符合要求，往往是鑄件內(nèi)部存在縮松、氣孔、夾雜等原因所造成的缺陷引起的。白口鑄鐵的鑄造工藝應(yīng)結(jié)合鑄鋼和鑄鐵的特點(diǎn)。充分不縮，其原則與鑄鋼件相同（采用冒口和冷鐵，遵從順序凝固，模型縮尺可取2%）,冒口尺寸按碳鋼設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)則按灰鑄鐵設(shè)計(jì)

8、，但應(yīng)吧各斷面積增加20%30%。高銘鑄鐵脆性大，不宜用氣割去除冒口，故設(shè)計(jì)時(shí)宜用側(cè)冒口或易割冒口。鑄造工藝設(shè)計(jì)上應(yīng)注意不讓鑄件的收縮受阻，以免造成開(kāi)裂。鑄件在鑄型中 應(yīng)充分冷卻，然后在開(kāi)箱，如確實(shí)需要在高溫開(kāi)箱，應(yīng)迅速移入保溫爐或保溫材 料中進(jìn)行緩冷，不宜用沖天爐熔煉，因?yàn)殂懙臒龘p太嚴(yán)重，且極易與碳化和，碳 量也不易控制，高銘白口鑄鐵可以在任何電爐中融化， 爐襯可以是堿性的、中性、 酸性的。爐料用廢鋼、低硅生鐵、回爐料、中碳或高碳銘鐵。鋁以鋁鐵或氧化鋁 加入，銅以電解銅加入。銅和鋁燒損小，而銘燒損大，約 5%15%,故需要最后 加，爐料通常在全裝料后融化，一般用不氧化法，感應(yīng)爐中融化溫度不必

9、太高。澆注溫度不要太高，以避免收縮過(guò)大和粘砂，低溫澆注也有利于細(xì)化樹(shù)枝晶，和共晶組織，澆注溫度一般比液相線溫度高 55攝氏度。4高銘白口鑄鐵的性能特點(diǎn)高銘白口鑄鐵主要用于耐磨損的場(chǎng)合，其特點(diǎn)有；在銘量不變時(shí)，隨碳量的 增加，硬度增加，而斷裂韌性降低， Cr/C低時(shí)，提高其值則改善碳化物型態(tài)時(shí) 斷裂韌性提高，；當(dāng)Cr/C高時(shí)，在提高其值碳化物型態(tài)改變不大，只是提高了基 體固溶強(qiáng)化的程度，使斷裂韌度有所降低。5高銘白口鑄鐵的應(yīng)用主要用于球磨機(jī)磨球，由于基體組織的三種狀態(tài)，在水泥行業(yè)中，馬氏體基體磨球應(yīng)用最佳。奧氏體基體磨球主要應(yīng)用于濕磨工況。珠光體基體的高銘鑄 鐵，沖擊疲勞優(yōu)力最高，一般在沖擊較大的場(chǎng)合下使用。 還有球磨機(jī)中的襯板也 可以采用高銘鑄鐵，也有很好的效果。6對(duì)該材料的見(jiàn)解和展望高銘白口鑄鐵指含銘量在 12%- 28戒間的白口鑄鐵高銘，是繼普通白口鑄 鐵、鍥硬鑄鐵發(fā)展起來(lái)的第三代白口鑄鐵高銘白口鑄鐵含銘量大于12%銘、碳含量比值介于48之間。在這種條件下，高硬度的 M7c3型碳化物幾乎全部代替 了 M3c型碳化物。M7c州碳化物基本上是以孤立的中空六角形存在，與呈網(wǎng)狀 連續(xù)分布的M3C1碳化物相比，大大