特種性能鑄鐵課件

第四章特種性能鑄鐵鑄造合金及熔煉第四章特種性能鑄鐵鑄造合金及熔煉1第四章特種性能鑄鐵（1學(xué)時）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)耐腐蝕鑄鐵本章重點：常用特種性能鑄鐵的性能特點和用途。第四章特種性能鑄鐵（1學(xué)時）本章重點：常用特種性能鑄鐵的2第一節(jié)減摩鑄鐵一、石墨對鑄鐵減旅性的影響第一節(jié)減摩鑄鐵一、石墨對鑄鐵減旅性的影響3二、基體組織對鑄鐵減摩性的影響三、常用的減魔鑄鐵（一）含磷鑄鐵在硬度相同條件下，各種組織的耐磨性：F→P→M→B.含磷鑄鐵一般指磷含量高于0.30％的灰鑄鐵。磷共晶硬度較高（600～800HV)，以斷續(xù)網(wǎng)狀分布在金屬基體中，且不易剝落，對提高鑄鐵的耐磨性有利。二、基體組織對鑄鐵減摩性的影響三、常用的減魔鑄鐵（一）含磷鑄4（二）釩鈦鑄鐵是利用我國西南地區(qū)豐富的釩鈦共生鐵礦資源，開發(fā)出的一種鑄鐵。釩鈦生鐵中，一般含0.3%~0.5%V，含Ti0.15%～0.35％。這兩種元素形成高硬度的碳化物和氮化物質(zhì)點，顯微硬度可達960~1840。彌散分布在基體中，可使鑄鐵的耐磨性大大提高。（二）釩鈦鑄鐵是利用我國西南地區(qū)豐富的釩鈦共生鐵礦資源，開發(fā)5（三）硼鑄鐵（三）硼鑄鐵6第二節(jié)冷硬鑄鐵冷硬鑄鐵是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，因此，冷硬鑄鐵具有“外硬內(nèi)韌”的特點，其外表具有高的耐磨性，同時又能承受較高的工作應(yīng)力而不斷裂，常用于軋輥，凸輪軸和犁樺的制造。一、冷硬鑄鐵的化學(xué)成分和組織特點冷硬鑄鐵的化學(xué)成分：2.9%~3.8%C,0.25%～0.8%Si，0.2%~0.7%Mn，P≤0.5%，S≤0.12%，與普通灰鑄鐵相比，含硅量低。由此看出，冷硬鑄鐵白口深度可以通過調(diào)整硅量完成增加白口層深度的方向依次為：W→Mn→Mo→Cr→Sn→V→S→B→Te（最強）；減小白口層深度的方向依次為：C→Si→Ti→Ni→Cu→Co→P（最弱）。影響白口層硬度的趨勢依次按C→Nb→P→Mn→Cr→Mo→V→Si→AI→Cu→Ti→S的次序減弱。第二節(jié)冷硬鑄鐵冷硬鑄鐵是通過一定的工藝方法，使鑄件激冷層7冷硬鑄鐵的組織，可分成兩到三個明顯的區(qū)城：最外層為白口區(qū)．緊挨白口區(qū)的為麻口區(qū)，內(nèi)層則為灰口區(qū)。有的冷硬鑄鐵只有麻門區(qū)和灰口區(qū)。冷硬鑄鐵激冷層組織：普通冷硬鑄鐵激冷層組織，由珠光體和共晶碳化物組成；低合金冷硬鑄鐵激冷層組織，主要由索氏體和少量貝氏體，加共晶碳化物組成。麻口冷硬鑄鐵根據(jù)化學(xué)成分分成三類：普通麻口冷硬鑄鐵，合金麻口冷硬鑄鐵和高合金麻口冷硬鑄鐵。組織與白口冷硬鑄鐵相比不同的是，鑄件從外層到內(nèi)層都含有石墨。二、冷硬鑄鐵的獲得與性能特點冷硬鑄鐵件的生產(chǎn)工藝，主要有兩種：一種是在鑄件需要激冷部位放置蓄熱系數(shù)大的鑄型，如金屬型或石墨型；另一種是采用復(fù)合鑄造的方法，先澆入一種成分的金屬液，隔一定的時間，再澆入另外一種成分的金屬液，兩種金屬通過冶金結(jié)合形成一個整體。如軋輥生產(chǎn)。冷硬鑄鐵的組織，可分成兩到三個明顯的區(qū)城：最外層為白口區(qū)．緊8對激冷層質(zhì)量影響大的工藝參數(shù)有：（1）爐料性質(zhì)爐料中白口鑄鐵的比例增加，鑄件的白口深度亦會增加，如表4-5所示。（2）熔煉工藝增加鐵液過熱度及延長鐵液在高溫時的保持時間，都能使鐵液形核能力降低，白口層深度增加，如表4-6所示。對激冷層質(zhì)量影響大的工藝參數(shù)有：（1）爐料性質(zhì)爐料9澆注溫度也影響白口層深度。其規(guī)律為：隨澆注溫度提高，白口深度減小，因為澆注溫度提高時，鑄型預(yù)熱充分，共晶凝固期間結(jié)晶速度減慢。澆注溫度也影響白口層深度。其規(guī)律為：隨澆注溫度提高，白口深度10(3）鑄型工藝冷鐵厚度是影響白口層深度的主要因素。生產(chǎn)中一般取冷鐵厚度與鑄件璧厚的比例為1∶2~4，鑄件壁厚小時，取下限，鑄件壁厚大時，取上限。C、Si對白口層深度的影響見圖4-5和圖4-6。(3）鑄型工藝冷鐵厚度是影響白口層深度的主要因素11麻口冷硬鑄鐵的顯微組織。激冷層中含有滲碳和石墨，與白口冷硬鑄鐵相比，韌性好，承受熱沖擊性能好，工作中不易發(fā)生龜裂和剝落。圖4-7是含石墨高鉻鑄鐵的組織，圖中白色區(qū)域為（Cr、Fe）7C3形碳化物，圖4-7a中的石墨呈片狀，而圖4-7b中為球狀石墨。麻口冷硬鑄鐵的顯微組織。激冷層中含有滲碳和石墨，與白口冷硬鑄12由圖可見，普通高鉻禱鐵的裂紋萌生期長，一定循環(huán)次數(shù)后有失穩(wěn)擴展現(xiàn)象，而含石墨的高鉻鑄鐵，裂紋萌生相對容易，但在試驗范圍內(nèi)，隨循環(huán)周次的增加，裂紋擴展速率是減小的，未出現(xiàn)失穩(wěn)擴展現(xiàn)象，這一試驗證明，麻冷硬鑄鐵熱沖擊性能要好于白口冷硬鑄鐵。由圖可見，普通高鉻禱鐵的裂紋萌生期長，一定循環(huán)次數(shù)后有失穩(wěn)擴13

麻口冷硬鑄鐵激冷層硬度雖隨距軋輥表面距離加大有所降低，但硬度梯度平緩，與白口硬鑄鐵有較大區(qū)別，如圖4-9。麻口冷硬鑄鐵激冷層硬度雖隨距軋輥表面距離加大有所降低，14第4章特種性能鑄鐵課件15三、冷硬鑄鐵的應(yīng)用冶金用軋輥、造紙，像膠、榨油、制粉、制糖、棉紡、毛紡等行業(yè)使用的軋輥。冷硬鑄鐵軋輥的鑄造方法，目前有三種：一體鑄造、溢流鑄造和離心鑄造。1、冶金類軋輥三、冷硬鑄鐵的應(yīng)用冶金用軋輥、造紙，像膠、榨油、制粉、制糖、16第4章特種性能鑄鐵課件17第4章特種性能鑄鐵課件182、內(nèi)燃機氣門挺柱和凸輪軸3、農(nóng)用犁鏵、犁鏡2、內(nèi)燃機氣門挺柱和凸輪軸3、農(nóng)用犁鏵、犁鏡19第三節(jié)抗磨鑄鐵用于抵杭磨料磨損的鑄鐵，一般叫抗磨鑄鐵。第三節(jié)抗磨鑄鐵用于抵杭磨料磨損的鑄鐵，一般叫抗磨鑄鐵。20一、普通白口鑄鐵化學(xué)成分：具有高碳低硅的特點。2.2%~3.6%C，Si＜1.0%，Mn＜1.0%。性能：低碳白口鑄鐵（~2.5％C）的硬度約為375HBS，而含碳量（3.6％以上）高時，其硬度將增至600HBW．組織：珠光體＋滲碳體。一、普通白口鑄鐵化學(xué)成分：具有高碳低硅的特點。性能：低碳白口21第4章特種性能鑄鐵課件22所謂鎳硬白口鑄鐵，主要指含鎳鉻的白口鑄鐵。二、鎳硬白口鑄鐵應(yīng)用：抗磨料磨損的場合。如冶金軋輥，球磨機及輥磨機襯板、磨球，平盤磨輥套，E型磨磨環(huán)，雜質(zhì)泵過流件、灰渣輸送管道等?；瘜W(xué)成分：鎳硬白口鑄鐵的化學(xué)成分，如表4-13所示鑄態(tài)組織：共晶碳化物+馬氏體。所謂鎳硬白口鑄鐵，主要指含鎳鉻的白口鑄鐵。二、鎳硬白口鑄鐵應(yīng)23三、鉻系白口鑄鐵組織特點：基體+碳化物基體：一般以珠光體或馬氏體使用。碳化物：隨鉻的增加而變化M3C(100~1230HV)→M7C3(1300~1800HV)→M23C6(~1400HV)三、鉻系白口鑄鐵組織特點：基體+碳化物24第4章特種性能鑄鐵課件25一般M3c型碳化物為連續(xù)網(wǎng)狀或板狀形貌（如圖-19所示）一般M3c型碳化物為連續(xù)網(wǎng)狀或板狀形貌（如圖-19所26圖4-20高鉻鑄鐵中碳化物形貌a),b)含鉻15%高鉻鑄鐵的碳化物形貌，大部分為M7C3型碳化物c）d)含鉻27%高鉻鑄鐵的碳化物形貌，大部分為M23c6碳化物abcd圖4-20高鉻鑄鐵中碳化物形貌abcd27（一）低鉻白口鑄鐵為擴大普通白口鑄鐵的應(yīng)用范圍，提高其韌性與耐磨性，在普通白口鑄鐵中加入1.0%~50%Cr，就形成了低鉻鑄鐵。低鉻鑄鐵一般以珠光體+合金碳化物狀態(tài)使用。碳化物形貌也有所改善。低鉻鑄鐵主要應(yīng)用于球磨機磨球，磨球硬度可在400～550HBW內(nèi)變動。見表4-15。（二）中鉻白口鑄鐵為取代鎳硬IV型鑄鐵，我國發(fā)展出了一種含鉻7%~11％的中鉻白口鑄鐵，其中完全不含鎳。鑄鐵中碳化物為M7C3和M3C混合的形式，其耐磨性和韌性介于高鉻鑄鐵和低鉻鑄鐵之間。組織如圖4-21。珠光體+碳化物。（三）高鉻白口鑄鐵含鉻量在12%~28％之間的白口鑄鐵就是高鉻白口鑄鐵?？估瓘姸瓤筛哌_3100MPa。組織：P+M7C3或M+M7C3。（一）低鉻白口鑄鐵為擴大普通白口鑄鐵的應(yīng)用范圍，提高其韌性與28表4-15球磨機用低鉻鑄鐵磨球的耐磨性（ASM）表4-16中鉻白口鑄鐵與鎳硬Ⅳ鑄鐵的力學(xué)性能對比表4-15球磨機用低鉻鑄鐵磨球的耐磨性（ASM）表4-129圖4-21中鉻白口鑄鐵的金相組織圖4-21中鉻白口鑄鐵的金相組織3015Cr-3Mo鑄鐵的基體組織對磨損失重的影響：鐵素體70~200HV珠光體300~460HV奧氏體300~600HV馬氏體500~1000HV表4-1715Cr-3Mo鑄鐵的基體組織對磨損失重的影響15Cr-3Mo鑄鐵的基體組織對磨損失重的影響：鐵素體7031圖4-22高鉻鑄鐵空淬能淬透的最大直徑與鉻碳比及鋁含量的關(guān)系1．高鉻白口鑄鐵的化學(xué)成分碳化物數(shù)量可以用下式來估算鉻與碳的比值C/Cr影響鑄鐵中M7C3型碳化物的相對數(shù)量。一般Cr/C大于5就能獲得大部分的M7C3型碳化物；同時鉻碳比越高，鑄鐵的淬透性也增加．圖4-22表示了鉻碳比與工件最大淬透直徑的關(guān)系。圖4-22高鉻鑄鐵空淬能淬透1．高鉻白口鑄鐵的化學(xué)成分碳化32表4-18常用高鉻鑄鐵成分表4-18常用高鉻鑄鐵成分332．高鉻白口鑄鐵的鑄造工藝高鉻白口鑄鐵鑄造性能特點：熱導(dǎo)率低、收縮性大、塑性差、切削性能差。白口鑄鐵的鑄造工藝：采用冒口和冷鐵，遵守順序凝固，模型縮尺可取2%。冒口尺寸按碳鋼設(shè)計，澆注系統(tǒng)橫截面積比灰鑄鐵增加20％~30%。冒口宜用側(cè)冒口或易割冒口。高鉻白口鑄鐵的熔煉：電爐。澆注溫度：不要太高，一般比液相線溫度高55℃，小件可為1380~1420，厚100mm以上的鑄件可更低些，在1350～1400℃。3．高鉻白口鑄鐵的熱處理淬火時的冷卻是連續(xù)冷卻過程，可用連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）來描述高鉻鑄鐵的轉(zhuǎn)變規(guī)律。圖4-23和圖4-24是兩種典型高鉻鑄鐵的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。F.Moratray等人通過大量的模擬試驗，得出了空淬時不出現(xiàn)珠光體的最大直徑D2．高鉻白口鑄鐵的鑄造工藝高鉻白口鑄鐵鑄造性能特點：熱導(dǎo)率34圖4-2315Cr-3M。高鉻白口鑄鐵的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線鑄鐵成分：C2.51%,Cr14.70%,Mo2.62%,SiO.47%,MnO.80%TA一奧氏體化溫度Ac1,一加熱時共析溫度的下限，圓圈中數(shù)字為HV硬度值%圖4-2315Cr-3M。高鉻白口鑄鐵的連續(xù)35圖4-2415Cr-2Mo-1Cu高鉻白口鑄鐵的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線鑄鐵成分：C3.32Yo%Cr14.63%，Mot.08%。Cul.02%S10.58%.MnO.72%tA一奧氏體化時間圖4-2415Cr-2Mo-1Cu高鉻白口鑄36圖4-25碳對高鉻鑄鐵抗彎強度6bb、抗拉強度σb和撓度f的影響a)200℃回火b)淬火及200℃回火成分：Si：0.6．Mn：0.8%．Cr：12;一14%，Mo：l.5%4．高鉻白口鑄鐵的力學(xué)性能高鉻鑄鐵的力學(xué)性能指標主要有：硬度、韌性和強度。影響這些指標的主要因素?zé)o非是碳化物類型與數(shù)量，以及基體類型。影響碳化物數(shù)量的主要因素是鑄鐵的含碳量。由表4-19可見，當鉻量不變時，隨含碳量的增加，硬度增加，而斷裂韌性降低。圖4-25則表明增加碳含量．使強度性能降低。圖4-25碳對高鉻鑄鐵抗彎強度6bb、抗4．高鉻白口鑄37表1-19碳對高鉻白口鑄鐵（Cr15%)硬度和斷裂韌性的影響圖4-26碳化物體積占23％一25%時，Cr/C對白口鑄鐵KIc的影響圖4-26為碳化物含量基本相同時，Cr/C對鑄鐵斷裂韌性KIC的影響。在Cr/C低時，提高Cr/C將改善碳化物形態(tài)，使KIC顯著提高；但當Cr／C高時，再提高Cr/C，碳化物形態(tài)改變不大，只是提高了基體固溶強化程度，使KIC有所降低.表1-19碳對高鉻白口鑄鐵（Cr15%)硬度和斷裂韌性的38圖1-27鉻對白口鑄鐵強度性能的影響成分：C2.7％~3.1%,Cr0.07％~31.1%圖1-27鉻對白口鑄鐵強度性能的影響395、高鉻白口鑄鐵的應(yīng)用表4-20是幾種耐磨材料對礦石漿的抗磨性對比。表4-21是幾種材料在濕磨鉬礦石條件下制成Φ65mm磨球時實際抗磨性對比。由此兩表都能很清楚地看出，高鉻白口鑄鐵的耐磨性，在幾種被試驗的材料中都是最好的?；w組織可有三種狀態(tài)：馬氏體基體、珠光體基體和奧民體荃體，水泥行業(yè)中，馬氏體基體磨球使用效果最佳。奧氏體基體磨球主要適用于濕磨工況。球磨機中的襯板也可采用高鉻鑄鐵材質(zhì)。表4-20各種材料對礦石漿的抗磨性對比5、高鉻白口鑄鐵的應(yīng)用表4-20是幾種耐磨材料對礦石漿的抗40表4-22直徑4.lmX12.5m球磨機襯板的化學(xué)成分和力學(xué)性能表4-21￠65mm磨球磨鉬礦時抗磨性對比表4-22直徑4.lmX12.5m球磨機襯板的化41表4-23高鉻鑄鐵應(yīng)用一覽表表4-23高鉻鑄鐵應(yīng)用一覽表42第四節(jié)耐熱鑄鐵表4-24耐熱鑄鐵的耐熱性分級一般把金屬從表面開始逐漸向非金屬化合物變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為金屬的氧化。另一方面金屬在高溫下工作，其體積還將發(fā)生不可逆的脹大，這種現(xiàn)象稱作金屬在高溫下的生長。第四節(jié)耐熱鑄鐵表4-24耐熱鑄鐵的耐熱性分級一般把金屬從43耐熱鑄鐵可分為三類：含硅耐熱鑄鐵，含鋁耐熱鑄鐵和含鉻耐熱鑄鐵。把鑄鐵在某一溫度下經(jīng)100h加熱后的生長小于0.2%,平均氧化速度小于0.5g/m2·h的溫度稱為這種鑄鐵的耐熱溫度。一、鑄鐵在高溫下的氧化（一）氧化過程1）氧原子在鐵表面形成化學(xué)吸附。2）受Fe-O化學(xué)反應(yīng)速度控制的氧化過程。3）受擴散速度控制的氧化過程。（二）影響鑄鐵氧化的因素影響鑄鐵氧化的主要因素有氧化膜的性質(zhì)、合金元素以及基體和石墨特征。耐熱鑄鐵可分為三類：含硅耐熱鑄鐵，含鋁耐熱鑄鐵和含鉻耐熱鑄鐵441．氧化膜性質(zhì)的影響（1）、氧化膜具有保護性的具必要條件是：畢林一彼得沃爾斯（Pilling-Bedworth）比γ＞1。PB比γ為氧化時所生成的金屬氧化膜體積與生成這些氧化膜所消耗的金屬體積的比。即表4-25某些金屬氧化膜的PB比（2）、氧化膜晶格完好——導(dǎo)電率低。表4-26某些金屬氧化物在1000℃時的電導(dǎo)率1．氧化膜性質(zhì)的影響（1）、氧化膜具有保護性的具必要條件是452．合金元素的影響合金元素應(yīng)符合下列條件：（1）合金元素氧化物的PB比大干1．且具有低的電導(dǎo)率；（2）合金元素對氧的親和力大于鐵；（3）合金元素的氧化物能單獨存在。用這些條件衡量，防止氧化最有效的元素．還是鋁、硅、鉻等。3．鑄鐵組織對鑄鐵氧化的影響球狀石墨比片狀石墨抗氧化，蠕蟲狀石墨的抗氧化趨勢，介于球狀石墨和片狀石墨之間。如表4-27。表4-27球化率對鑄鐵氧化及生長的影響2．合金元素的影響合金元素應(yīng)符合下列條件：（1）合金元素氧46防止鑄鐵氧化的主要措施是：加入合金元素鋁、硅、鉻等，以形成連續(xù)致密的能防止離子擴散的層下氧化膜；采用孕育處理，使共晶團及石墨細化；適當降低碳量，以減少石墨數(shù)量；采用球墨鑄鐵等。二、鑄鐵在高溫下的生長鑄鐵在不同的工作溫度的不同生長過程及主要的預(yù)防措施：（一）低于相變（α→γ）溫度時的生長低溫生長發(fā)生在400-600℃范圍內(nèi)，生長機理是珠光體分解為鐵素體和石墨。防止措施：1、使鑄鐵在使用溫度下全部為鐵素體基體；2、加入增加珠光體穩(wěn)定性的合金元素或降低硅含量，阻止受熱時珠光體的分解，可加入鉻、錫等元素。如加入0.5%~1.5％的鉻足以使珠光體在600℃時難以分解。防止鑄鐵氧化的主要措施是：二、鑄鐵在高溫下的生長鑄鐵在不同的47（二）在相變溫度范圍時的生長原因：鑄鐵在加熱時α轉(zhuǎn)變?yōu)棣茫捎谑粩嗟厝苋毽皿w內(nèi)，在原石墨處就會留下微觀空洞；而在冷卻時γ中又不斷地析出石墨，此石墨沿原空洞處析出的可能性又很小，結(jié)果再次造成因石墨析出而發(fā)生體積膨脹——是一種災(zāi)難性生長。防止措施：1、提高鑄鐵的相變溫度，使零件的工作溫度低于鑄鐵相變溫度；2、調(diào)整工作溫度，使鑄鐵的工作溫度范圍處于單相組織狀態(tài)。（三）高于相變溫度時的生長原因：高溫氧化占主導(dǎo)地位。防止措施：防止氧化。（二）在相變溫度范圍時的生長原因：鑄鐵在加熱時α轉(zhuǎn)變?yōu)棣?，?8表4-28耐熱鑄鐵牌號、成分、性能（GB9437-88）三、常用的耐熱鑄鐵表4-28耐熱鑄鐵牌號、成分、性能（GB9437-88）三、49圖4-28不同含硅量的球鐵，加熱到900C，重復(fù)加熱次數(shù)對生長的影響（一）中硅耐熱鑄鐵中硅鑄鐵的牌號有：中硅灰鑄鐵RTSi5、中硅球墨鑄鐵RQTSi4、RQTSi5和含鉬的中硅球墨鐵RQTSi4Mo。用途：常用在不受沖擊和溫度低于800-900℃的鍋爐爐柵、橫梁、換熱器、節(jié)氣閥等零件上。圖4-28不同含硅量的球鐵，加熱（一）中硅耐熱鑄鐵中硅鑄50圖4-29含硅量對鑄鐵耐熱性的影響表4-29硅對鑄鐵臨界轉(zhuǎn)變溫度的影響圖4-29含硅量對鑄鐵耐熱性的影響表4-29硅對鑄鐵臨界轉(zhuǎn)變51表4-30普通灰鐵和中硅鑄鐵耐熱性能中硅鑄鐵的鑄造工藝特點：1）流動性好，可以澆注薄壁復(fù)雜鑄件；2）線收縮較大，約為1.0％~1.4%，易產(chǎn)生較大的鑄造應(yīng)力和冷裂；3）鐵液易氧化——澆注系統(tǒng)開設(shè)要使鐵流平穩(wěn)，快速充填，一般采用半封閉式澆注系統(tǒng)，注意撇渣和飛濺，并設(shè)置排渣冒口，以消除氧化夾雜；4）鐵液易產(chǎn)生石墨漂浮，故應(yīng)控制含碳量，使碳當量不超過共晶碳當量。總之，中硅鑄鐵所需合金元素來源充分，價格低廉，力學(xué)性能和耐熱性能均較高，是一種很有前途的耐熱材料表4-30普通灰鐵和中硅鑄鐵耐熱性能中硅鑄鐵的鑄造工藝特點：52圖4-30鋁對鑄鐵石墨化的影響（二）含鋁耐熱鑄鐵含鋁耐熱鑄鐵有兩類：即低鋁耐熱鑄鐵RQTAI4Si4、RQTAI5Si5和高鋁耐熱鑄鐵RQTAl22。Al的作用：5%以上可獲得單一鐵素體組織，消除了珠光體分解造成的體積生長；提高相變溫度，每增加1％的含鋁量可使A1點升高50℃。耐熱溫度：1100℃。圖4-30鋁對鑄鐵石墨化的影響（二）含鋁耐熱鑄鐵53鉻與硅、鋁一樣，也能在鑄鐵表面形成良好的Cr2O3保護膜。含鉻耐熱鑄鐵中，可分成低鉻耐熱鑄鐵RTCr、RTCr2和高鉻耐熱鑄鐵RTCr16。低鉻耐熱鑄鐵的組織與普通灰鑄鐵相同，為片狀石墨＋珠光體基體．而高鉻耐熱鑄鐵組織與前一節(jié)高鉻耐磨鑄鐵組織相同，為M7C3型碳化物和奧氏體組織，但如鑄鐵含碳量較高和鑄件壁厚較大，基體中有可能出現(xiàn)珠光體，這對鑄鐵的抗生長性是極為不利的，因此要加以避免。（三）含鉻耐熱鑄鐵鉻與硅、鋁一樣，也能在鑄鐵表面形成良好的54第五節(jié)耐腐蝕鑄鐵圖4-31鑄鐵的電化學(xué)腐蝕原理表4-31鑄鐵中加入合金元素的需要量（％）所謂腐蝕．是指金屬表面受周圍介質(zhì)的化學(xué)及電化學(xué)作對而破壞的過程。金屬腐蝕可分為四大類：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、在機械因素作用下的腐蝕和生物腐蝕。第五節(jié)耐腐蝕鑄鐵圖4-31鑄鐵的電化學(xué)表4-31鑄鐵中55一、提高鑄鐵耐腐蝕性的途徑提高鑄鐵的耐腐蝕性主要靠加入合金元素，以得到有利的組織和形成良好的保護膜。至于石墨形狀，球狀優(yōu)于蠕蟲狀，蠕蟲狀又優(yōu)于片狀。合金元素的作用：l）改變某些相在腐蝕劑中的電位，降低原電池的電動勢，使耐腐蝕性能提高。2）改善鑄鐵組織，使基體組織，石墨大小、形狀和分布得到改善，進而減少原電池數(shù)量，及減小電動勢3）在鑄鐵表皮層下形成一層致密、牢固的保護膜，如SiO2、AI2O3、Cr2O3膜都具有很好的保護性。一、提高鑄鐵耐腐蝕性的途徑提高鑄鐵的耐腐蝕性主要靠加入合金元56二、常用的耐腐蝕鑄鐵（一）高硅耐腐蝕鑄鐵高硅鑄鐵牌號：一種為STSi-15，其化學(xué)成分是．C0.5%~1.0%，Si14.5％~15.75%,Mn≤0.5%,P＜0.10%,S＜0.06%；另一種為：STSi-17，化學(xué)成分是：C0.35%～0.8%,Si16.0%~18.0%,Mn≤0.5%,P＜0.10%,S＜0.02%。適用條件：硝酸，硫酸、磷酸、醋酸、各種鹽溶液和濕空氣中。注意：不適于氫氟酸、氟化物、鹵素、堿、亞硫酸等介質(zhì)。二、常用的耐腐蝕鑄鐵（一）高硅耐腐蝕鑄鐵高硅鑄鐵牌號：一種為57圖4-32含硅量對高硅鑄鐵在10％硫酸溶液（(80-C）中腐蝕的影響圖4-33含硅量對鑄鐵在鹽酸溶液中腐蝕的影響（試驗時間100h)圖4-32含硅量對高硅鑄鐵圖4-33含硅量對鑄鐵在58（二）含鋁耐腐蝕鑄鐵化學(xué)成分：4%~6％Al，1.5%~1.8%Si。金相組織:珠光體十鐵素體＋石墨，有時還有少量的鋁鐵化合物Fe3AI。應(yīng)用：作為制造重碳酸鈉、氯化氨、碳酸氫氨等設(shè)備上的耐蝕材料，小型化肥廠。（三）高鉻耐腐蝕鑄鐵含鉻24%～35％的白口鑄鐵稱為高鉻耐腐蝕鑄鐵。高鉻鑄鐵多用于氧化性酸，如硝酸，以及鹽液，鹽漿中。（二）含鋁耐腐蝕鑄鐵化學(xué)成分：4%~6％Al，1.5%~1.59圖4-34碳、鉻含量對鑄鐵氧化性能的影響為保證高鉻鑄鐵具有高的耐蝕性，高鉻鑄鐵的含鉻量應(yīng)滿足以下條件圖4-34碳、鉻含量對鑄鐵氧化性能的影響為保證高鉻鑄鐵具60圖4-35鐵鉻二元合金的電位圖1-36高銘鑄鐵的基體中鉻含量與耐蝕性的關(guān)系（腐蝕介質(zhì)：20C的和食鹽水，磁力攪拌）圖4-35鐵鉻二元合金的電位圖1-36高銘鑄鐵的基體中61圖4-37高鉻鑄鐵（Cr27%）在各種pH值的3%NaCl溶液中的腐蝕速率試驗時間：30天1一高鉻鑄鐵（Cr270%)2-HT200高鉻鑄鐵在不同pH值的鹽水中的腐蝕速率見圖4-37所示，可見高鉻鑄鐵耐蝕性比灰鑄鐵要好一個數(shù)量級。圖4-37高鉻鑄鐵（Cr27%）在高鉻鑄鐵在不同pH值的62表4-32高鉻耐腐蝕鑄鐵的化學(xué)成分及力學(xué)性能常用高鉻耐腐蝕鑄鐵的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表4-32所示。這些鑄鐵不僅具有優(yōu)良的耐蝕性能，而且力學(xué)性能良好，可用于抗磨、抗腐蝕的工作條件，如用于流速大的砂泵，礦漿泵等過流部件中，同時，它也是優(yōu)異的耐熱鑄鐵。表4-32高鉻耐腐蝕鑄鐵的化學(xué)成分及力學(xué)性能63（四）高鎳耐腐蝕鑄鐵加入鎳的主要作用：使腐蝕電位向正方向移動，正移程度與鎳含量相對應(yīng)，即鎳含量越高，鑄鐵的腐蝕電位正移程度越大。因此，在還原性腐蝕介質(zhì)中都能提高鑄鐵的耐蝕性。如在燒堿、鹽鹵、海水、海洋大氣、還原性無機酸、脂肪酸等介質(zhì)中都具有高的耐蝕性。含鎳量在13.5％~36％的鑄鐵稱為奧氏體鑄鐵。注意：對硝酸等氧化性酸類的耐蝕性不好（四）高鎳耐腐蝕鑄鐵加入鎳的主要作用：使腐蝕電位向正方向移動64表4-33高鎳鑄鐵的化學(xué)成分及力學(xué)性能常用高鎳鑄鐵化學(xué)成分和力學(xué)性能見表4-33。表中1型是用銅代替部分鎳，以降低成本，但銅量過高時不能用于食品工業(yè)；2型為高鎳鑄鐵的基本型；

3型是為進一步提高耐蝕能力而進一步增加了鎳含量；4型則是為提高高鎳鑄鐵的耐熱性，添加了硅和鉻；5型的特點是熱膨脹系數(shù)小。表4-33高鎳鑄鐵的化學(xué)成分及力學(xué)性能常用高鎳鑄鐵化學(xué)65請進入第五章請進入第五章66第四章特種性能鑄鐵鑄造合金及熔煉第四章特種性能鑄鐵鑄造合金及熔煉67第四章特種性能鑄鐵（1學(xué)時）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)耐腐蝕鑄鐵本章重點：常用特種性能鑄鐵的性能特點和用途。第四章特種性能鑄鐵（1學(xué)時）本章重點：常用特種性能鑄鐵的68第一節(jié)減摩鑄鐵一、石墨對鑄鐵減旅性的影響第一節(jié)減摩鑄鐵一、石墨對鑄鐵減旅性的影響69二、基體組織對鑄鐵減摩性的影響三、常用的減魔鑄鐵（一）含磷鑄鐵在硬度相同條件下，各種組織的耐磨性：F→P→M→B.含磷鑄鐵一般指磷含量高于0.30％的灰鑄鐵。磷共晶硬度較高（600～800HV)，以斷續(xù)網(wǎng)狀分布在金屬基體中，且不易剝落，對提高鑄鐵的耐磨性有利。二、基體組織對鑄鐵減摩性的影響三、常用的減魔鑄鐵（一）含磷鑄70（二）釩鈦鑄鐵是利用我國西南地區(qū)豐富的釩鈦共生鐵礦資源，開發(fā)出的一種鑄鐵。釩鈦生鐵中，一般含0.3%~0.5%V，含Ti0.15%～0.35％。這兩種元素形成高硬度的碳化物和氮化物質(zhì)點，顯微硬度可達960~1840。彌散分布在基體中，可使鑄鐵的耐磨性大大提高。（二）釩鈦鑄鐵是利用我國西南地區(qū)豐富的釩鈦共生鐵礦資源，開發(fā)71（三）硼鑄鐵（三）硼鑄鐵72第二節(jié)冷硬鑄鐵冷硬鑄鐵是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，因此，冷硬鑄鐵具有“外硬內(nèi)韌”的特點，其外表具有高的耐磨性，同時又能承受較高的工作應(yīng)力而不斷裂，常用于軋輥，凸輪軸和犁樺的制造。一、冷硬鑄鐵的化學(xué)成分和組織特點冷硬鑄鐵的化學(xué)成分：2.9%~3.8%C,0.25%～0.8%Si，0.2%~0.7%Mn，P≤0.5%，S≤0.12%，與普通灰鑄鐵相比，含硅量低。由此看出，冷硬鑄鐵白口深度可以通過調(diào)整硅量完成增加白口層深度的方向依次為：W→Mn→Mo→Cr→Sn→V→S→B→Te（最強）；減小白口層深度的方向依次為：C→Si→Ti→Ni→Cu→Co→P（最弱）。影響白口層硬度的趨勢依次按C→Nb→P→Mn→Cr→Mo→V→Si→AI→Cu→Ti→S的次序減弱。第二節(jié)冷硬鑄鐵冷硬鑄鐵是通過一定的工藝方法，使鑄件激冷層73冷硬鑄鐵的組織，可分成兩到三個明顯的區(qū)城：最外層為白口區(qū)．緊挨白口區(qū)的為麻口區(qū)，內(nèi)層則為灰口區(qū)。有的冷硬鑄鐵只有麻門區(qū)和灰口區(qū)。冷硬鑄鐵激冷層組織：普通冷硬鑄鐵激冷層組織，由珠光體和共晶碳化物組成；低合金冷硬鑄鐵激冷層組織，主要由索氏體和少量貝氏體，加共晶碳化物組成。麻口冷硬鑄鐵根據(jù)化學(xué)成分分成三類：普通麻口冷硬鑄鐵，合金麻口冷硬鑄鐵和高合金麻口冷硬鑄鐵。組織與白口冷硬鑄鐵相比不同的是，鑄件從外層到內(nèi)層都含有石墨。二、冷硬鑄鐵的獲得與性能特點冷硬鑄鐵件的生產(chǎn)工藝，主要有兩種：一種是在鑄件需要激冷部位放置蓄熱系數(shù)大的鑄型，如金屬型或石墨型；另一種是采用復(fù)合鑄造的方法，先澆入一種成分的金屬液，隔一定的時間，再澆入另外一種成分的金屬液，兩種金屬通過冶金結(jié)合形成一個整體。如軋輥生產(chǎn)。冷硬鑄鐵的組織，可分成兩到三個明顯的區(qū)城：最外層為白口區(qū)．緊74對激冷層質(zhì)量影響大的工藝參數(shù)有：（1）爐料性質(zhì)爐料中白口鑄鐵的比例增加，鑄件的白口深度亦會增加，如表4-5所示。（2）熔煉工藝增加鐵液過熱度及延長鐵液在高溫時的保持時間，都能使鐵液形核能力降低，白口層深度增加，如表4-6所示。對激冷層質(zhì)量影響大的工藝參數(shù)有：（1）爐料性質(zhì)爐料75澆注溫度也影響白口層深度。其規(guī)律為：隨澆注溫度提高，白口深度減小，因為澆注溫度提高時，鑄型預(yù)熱充分，共晶凝固期間結(jié)晶速度減慢。澆注溫度也影響白口層深度。其規(guī)律為：隨澆注溫度提高，白口深度76(3）鑄型工藝冷鐵厚度是影響白口層深度的主要因素。生產(chǎn)中一般取冷鐵厚度與鑄件璧厚的比例為1∶2~4，鑄件壁厚小時，取下限，鑄件壁厚大時，取上限。C、Si對白口層深度的影響見圖4-5和圖4-6。(3）鑄型工藝冷鐵厚度是影響白口層深度的主要因素77麻口冷硬鑄鐵的顯微組織。激冷層中含有滲碳和石墨，與白口冷硬鑄鐵相比，韌性好，承受熱沖擊性能好，工作中不易發(fā)生龜裂和剝落。圖4-7是含石墨高鉻鑄鐵的組織，圖中白色區(qū)域為（Cr、Fe）7C3形碳化物，圖4-7a中的石墨呈片狀，而圖4-7b中為球狀石墨。麻口冷硬鑄鐵的顯微組織。激冷層中含有滲碳和石墨，與白口冷硬鑄78由圖可見，普通高鉻禱鐵的裂紋萌生期長，一定循環(huán)次數(shù)后有失穩(wěn)擴展現(xiàn)象，而含石墨的高鉻鑄鐵，裂紋萌生相對容易，但在試驗范圍內(nèi)，隨循環(huán)周次的增加，裂紋擴展速率是減小的，未出現(xiàn)失穩(wěn)擴展現(xiàn)象，這一試驗證明，麻冷硬鑄鐵熱沖擊性能要好于白口冷硬鑄鐵。由圖可見，普通高鉻禱鐵的裂紋萌生期長，一定循環(huán)次數(shù)后有失穩(wěn)擴79

麻口冷硬鑄鐵激冷層硬度雖隨距軋輥表面距離加大有所降低，但硬度梯度平緩，與白口硬鑄鐵有較大區(qū)別，如圖4-9。麻口冷硬鑄鐵激冷層硬度雖隨距軋輥表面距離加大有所降低，80第4章特種性能鑄鐵課件81三、冷硬鑄鐵的應(yīng)用冶金用軋輥、造紙，像膠、榨油、制粉、制糖、棉紡、毛紡等行業(yè)使用的軋輥。冷硬鑄鐵軋輥的鑄造方法，目前有三種：一體鑄造、溢流鑄造和離心鑄造。1、冶金類軋輥三、冷硬鑄鐵的應(yīng)用冶金用軋輥、造紙，像膠、榨油、制粉、制糖、82第4章特種性能鑄鐵課件83第4章特種性能鑄鐵課件842、內(nèi)燃機氣門挺柱和凸輪軸3、農(nóng)用犁鏵、犁鏡2、內(nèi)燃機氣門挺柱和凸輪軸3、農(nóng)用犁鏵、犁鏡85第三節(jié)抗磨鑄鐵用于抵杭磨料磨損的鑄鐵，一般叫抗磨鑄鐵。第三節(jié)抗磨鑄鐵用于抵杭磨料磨損的鑄鐵，一般叫抗磨鑄鐵。86一、普通白口鑄鐵化學(xué)成分：具有高碳低硅的特點。2.2%~3.6%C，Si＜1.0%，Mn＜1.0%。性能：低碳白口鑄鐵（~2.5％C）的硬度約為375HBS，而含碳量（3.6％以上）高時，其硬度將增至600HBW．組織：珠光體＋滲碳體。一、普通白口鑄鐵化學(xué)成分：具有高碳低硅的特點。性能：低碳白口87第4章特種性能鑄鐵課件88所謂鎳硬白口鑄鐵，主要指含鎳鉻的白口鑄鐵。二、鎳硬白口鑄鐵應(yīng)用：抗磨料磨損的場合。如冶金軋輥，球磨機及輥磨機襯板、磨球，平盤磨輥套，E型磨磨環(huán)，雜質(zhì)泵過流件、灰渣輸送管道等?；瘜W(xué)成分：鎳硬白口鑄鐵的化學(xué)成分，如表4-13所示鑄態(tài)組織：共晶碳化物+馬氏體。所謂鎳硬白口鑄鐵，主要指含鎳鉻的白口鑄鐵。二、鎳硬白口鑄鐵應(yīng)89三、鉻系白口鑄鐵組織特點：基體+碳化物基體：一般以珠光體或馬氏體使用。碳化物：隨鉻的增加而變化M3C(100~1230HV)→M7C3(1300~1800HV)→M23C6(~1400HV)三、鉻系白口鑄鐵組織特點：基體+碳化物90第4章特種性能鑄鐵課件91一般M3c型碳化物為連續(xù)網(wǎng)狀或板狀形貌（如圖-19所示）一般M3c型碳化物為連續(xù)網(wǎng)狀或板狀形貌（如圖-19所92圖4-20高鉻鑄鐵中碳化物形貌a),b)含鉻15%高鉻鑄鐵的碳化物形貌，大部分為M7C3型碳化物c）d)含鉻27%高鉻鑄鐵的碳化物形貌，大部分為M23c6碳化物abcd圖4-20高鉻鑄鐵中碳化物形貌abcd93（一）低鉻白口鑄鐵為擴大普通白口鑄鐵的應(yīng)用范圍，提高其韌性與耐磨性，在普通白口鑄鐵中加入1.0%~50%Cr，就形成了低鉻鑄鐵。低鉻鑄鐵一般以珠光體+合金碳化物狀態(tài)使用。碳化物形貌也有所改善。低鉻鑄鐵主要應(yīng)用于球磨機磨球，磨球硬度可在400～550HBW內(nèi)變動。見表4-15。（二）中鉻白口鑄鐵為取代鎳硬IV型鑄鐵，我國發(fā)展出了一種含鉻7%~11％的中鉻白口鑄鐵，其中完全不含鎳。鑄鐵中碳化物為M7C3和M3C混合的形式，其耐磨性和韌性介于高鉻鑄鐵和低鉻鑄鐵之間。組織如圖4-21。珠光體+碳化物。（三）高鉻白口鑄鐵含鉻量在12%~28％之間的白口鑄鐵就是高鉻白口鑄鐵?？估瓘姸瓤筛哌_3100MPa。組織：P+M7C3或M+M7C3。（一）低鉻白口鑄鐵為擴大普通白口鑄鐵的應(yīng)用范圍，提高其韌性與94表4-15球磨機用低鉻鑄鐵磨球的耐磨性（ASM）表4-16中鉻白口鑄鐵與鎳硬Ⅳ鑄鐵的力學(xué)性能對比表4-15球磨機用低鉻鑄鐵磨球的耐磨性（ASM）表4-195圖4-21中鉻白口鑄鐵的金相組織圖4-21中鉻白口鑄鐵的金相組織9615Cr-3Mo鑄鐵的基體組織對磨損失重的影響：鐵素體70~200HV珠光體300~460HV奧氏體300~600HV馬氏體500~1000HV表4-1715Cr-3Mo鑄鐵的基體組織對磨損失重的影響15Cr-3Mo鑄鐵的基體組織對磨損失重的影響：鐵素體7097圖4-22高鉻鑄鐵空淬能淬透的最大直徑與鉻碳比及鋁含量的關(guān)系1．高鉻白口鑄鐵的化學(xué)成分碳化物數(shù)量可以用下式來估算鉻與碳的比值C/Cr影響鑄鐵中M7C3型碳化物的相對數(shù)量。一般Cr/C大于5就能獲得大部分的M7C3型碳化物；同時鉻碳比越高，鑄鐵的淬透性也增加．圖4-22表示了鉻碳比與工件最大淬透直徑的關(guān)系。圖4-22高鉻鑄鐵空淬能淬透1．高鉻白口鑄鐵的化學(xué)成分碳化98表4-18常用高鉻鑄鐵成分表4-18常用高鉻鑄鐵成分992．高鉻白口鑄鐵的鑄造工藝高鉻白口鑄鐵鑄造性能特點：熱導(dǎo)率低、收縮性大、塑性差、切削性能差。白口鑄鐵的鑄造工藝：采用冒口和冷鐵，遵守順序凝固，模型縮尺可取2%。冒口尺寸按碳鋼設(shè)計，澆注系統(tǒng)橫截面積比灰鑄鐵增加20％~30%。冒口宜用側(cè)冒口或易割冒口。高鉻白口鑄鐵的熔煉：電爐。澆注溫度：不要太高，一般比液相線溫度高55℃，小件可為1380~1420，厚100mm以上的鑄件可更低些，在1350～1400℃。3．高鉻白口鑄鐵的熱處理淬火時的冷卻是連續(xù)冷卻過程，可用連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）來描述高鉻鑄鐵的轉(zhuǎn)變規(guī)律。圖4-23和圖4-24是兩種典型高鉻鑄鐵的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。F.Moratray等人通過大量的模擬試驗，得出了空淬時不出現(xiàn)珠光體的最大直徑D2．高鉻白口鑄鐵的鑄造工藝高鉻白口鑄鐵鑄造性能特點：熱導(dǎo)率100圖4-2315Cr-3M。高鉻白口鑄鐵的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線鑄鐵成分：C2.51%,Cr14.70%,Mo2.62%,SiO.47%,MnO.80%TA一奧氏體化溫度Ac1,一加熱時共析溫度的下限，圓圈中數(shù)字為HV硬度值%圖4-2315Cr-3M。高鉻白口鑄鐵的連續(xù)101圖4-2415Cr-2Mo-1Cu高鉻白口鑄鐵的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線鑄鐵成分：C3.32Yo%Cr14.63%，Mot.08%。Cul.02%S10.58%.MnO.72%tA一奧氏體化時間圖4-2415Cr-2Mo-1Cu高鉻白口鑄102圖4-25碳對高鉻鑄鐵抗彎強度6bb、抗拉強度σb和撓度f的影響a)200℃回火b)淬火及200℃回火成分：Si：0.6．Mn：0.8%．Cr：12;一14%，Mo：l.5%4．高鉻白口鑄鐵的力學(xué)性能高鉻鑄鐵的力學(xué)性能指標主要有：硬度、韌性和強度。影響這些指標的主要因素?zé)o非是碳化物類型與數(shù)量，以及基體類型。影響碳化物數(shù)量的主要因素是鑄鐵的含碳量。由表4-19可見，當鉻量不變時，隨含碳量的增加，硬度增加，而斷裂韌性降低。圖4-25則表明增加碳含量．使強度性能降低。圖4-25碳對高鉻鑄鐵抗彎強度6bb、抗4．高鉻白口鑄103表1-19碳對高鉻白口鑄鐵（Cr15%)硬度和斷裂韌性的影響圖4-26碳化物體積占23％一25%時，Cr/C對白口鑄鐵KIc的影響圖4-26為碳化物含量基本相同時，Cr/C對鑄鐵斷裂韌性KIC的影響。在Cr/C低時，提高Cr/C將改善碳化物形態(tài)，使KIC顯著提高；但當Cr／C高時，再提高Cr/C，碳化物形態(tài)改變不大，只是提高了基體固溶強化程度，使KIC有所降低.表1-19碳對高鉻白口鑄鐵（Cr15%)硬度和斷裂韌性的104圖1-27鉻對白口鑄鐵強度性能的影響成分：C2.7％~3.1%,Cr0.07％~31.1%圖1-27鉻對白口鑄鐵強度性能的影響1055、高鉻白口鑄鐵的應(yīng)用表4-20是幾種耐磨材料對礦石漿的抗磨性對比。表4-21是幾種材料在濕磨鉬礦石條件下制成Φ65mm磨球時實際抗磨性對比。由此兩表都能很清楚地看出，高鉻白口鑄鐵的耐磨性，在幾種被試驗的材料中都是最好的?；w組織可有三種狀態(tài)：馬氏體基體、珠光體基體和奧民體荃體，水泥行業(yè)中，馬氏體基體磨球使用效果最佳。奧氏體基體磨球主要適用于濕磨工況。球磨機中的襯板也可采用高鉻鑄鐵材質(zhì)。表4-20各種材料對礦石漿的抗磨性對比5、高鉻白口鑄鐵的應(yīng)用表4-20是幾種耐磨材料對礦石漿的抗106表4-22直徑4.lmX12.5m球磨機襯板的化學(xué)成分和力學(xué)性能表4-21￠65mm磨球磨鉬礦時抗磨性對比表4-22直徑4.lmX12.5m球磨機襯板的化107表4-23高鉻鑄鐵應(yīng)用一覽表表4-23高鉻鑄鐵應(yīng)用一覽表108第四節(jié)耐熱鑄鐵表4-24耐熱鑄鐵的耐熱性分級一般把金屬從表面開始逐漸向非金屬化合物變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為金屬的氧化。另一方面金屬在高溫下工作，其體積還將發(fā)生不可逆的脹大，這種現(xiàn)象稱作金屬在高溫下的生長。第四節(jié)耐熱鑄鐵表4-24耐熱鑄鐵的耐熱性分級一般把金屬從109耐熱鑄鐵可分為三類：含硅耐熱鑄鐵，含鋁耐熱鑄鐵和含鉻耐熱鑄鐵。把鑄鐵在某一溫度下經(jīng)100h加熱后的生長小于0.2%,平均氧化速度小于0.5g/m2·h的溫度稱為這種鑄鐵的耐熱溫度。一、鑄鐵在高溫下的氧化（一）氧化過程1）氧原子在鐵表面形成化學(xué)吸附。2）受Fe-O化學(xué)反應(yīng)速度控制的氧化過程。3）受擴散速度控制的氧化過程。（二）影響鑄鐵氧化的因素影響鑄鐵氧化的主要因素有氧化膜的性質(zhì)、合金元素以及基體和石墨特征。耐熱鑄鐵可分為三類：含硅耐熱鑄鐵，含鋁耐熱鑄鐵和含鉻耐熱鑄鐵1101．氧化膜性質(zhì)的影響（1）、氧化膜具有保護性的具必要條件是：畢林一彼得沃爾斯（Pilling-Bedworth）比γ＞1。PB比γ為氧化時所生成的金屬氧化膜體積與生成這些氧化膜所消耗的金屬體積的比。即表4-25某些金屬氧化膜的PB比（2）、氧化膜晶格完好——導(dǎo)電率低。表4-26某些金屬氧化物在1000℃時的電導(dǎo)率1．氧化膜性質(zhì)的影響（1）、氧化膜具有保護性的具必要條件是1112．合金元素的影響合金元素應(yīng)符合下列條件：（1）合金元素氧化物的PB比大干1．且具有低的電導(dǎo)率；（2）合金元素對氧的親和力大于鐵；（3）合金元素的氧化物能單獨存在。用這些條件衡量，防止氧化最有效的元素．還是鋁、硅、鉻等。3．鑄鐵組織對鑄鐵氧化的影響球狀石墨比片狀石墨抗氧化，蠕蟲狀石墨的抗氧化趨勢，介于球狀石墨和片狀石墨之間。如表4-27。表4-27球化率對鑄鐵氧化及生長的影響2．合金元素的影響合金元素應(yīng)符合下列條件：（1）合金元素氧112防止鑄鐵氧化的主要措施是：加入合金元素鋁、硅、鉻等，以形成連續(xù)致密的能防止離子擴散的層下氧化膜；采用孕育處理，使共晶團及石墨細化；適當降低碳量，以減少石墨數(shù)量；采用球墨鑄鐵等。二、鑄鐵在高溫下的生長鑄鐵在不同的工作溫度的不同生長過程及主要的預(yù)防措施：（一）低于相變（α→γ）溫度時的生長低溫生長發(fā)生在400-600℃范圍內(nèi)，生長機理是珠光體分解為鐵素體和石墨。防止措施：1、使鑄鐵在使用溫度下全部為鐵素體基體；2、加入增加珠光體穩(wěn)定性的合金元素或降低硅含量，阻止受熱時珠光體的分解，可加入鉻、錫等元素。如加入0.5%~1.5％的鉻足以使珠光體在600℃時難以分解。防止鑄鐵氧化的主要措施是：二、鑄鐵在高溫下的生長鑄鐵在不同的113（二）在相變溫度范圍時的生長原因：鑄鐵在加熱時α轉(zhuǎn)變?yōu)棣茫捎谑粩嗟厝苋毽皿w內(nèi)，在原石墨處就會留下微觀空洞；而在冷卻時γ中又不斷地析出石墨，此石墨沿原空洞處析出的可能性又很小，結(jié)果再次造成因石墨析出而發(fā)生體積膨脹——是一種災(zāi)難性生長。防止措施：1、提高鑄鐵的相變溫度，使零件的工作溫度低于鑄鐵相變溫度；2、調(diào)整工作溫度，使鑄鐵的工作溫度范圍處于單相組織狀態(tài)。（三）高于相變溫度時的生長原因：高溫氧化占主導(dǎo)地位。防止措施：防止氧化。（二）在相變溫度范圍時的生長原因：鑄鐵在加熱時α轉(zhuǎn)變?yōu)棣?，?14表4-28耐熱鑄鐵牌號、成分、性能（GB9437-88）三、常用的耐熱鑄鐵表4-28耐熱鑄鐵牌號、成分、性能（GB9437-88）三、115圖4-28不同含硅量的球鐵，加熱到900C，重復(fù)加熱次數(shù)對生長的影響（一）中硅耐熱鑄鐵中硅鑄鐵的牌號有：中硅灰鑄鐵RTSi5、中硅球墨鑄鐵RQTSi4、RQTSi5和含鉬的中硅球墨鐵RQTSi4Mo。用途：常用在不受沖擊和溫度低于800-900℃的鍋爐爐柵、橫梁、換熱器、節(jié)氣閥等零件上。圖4-28不同含硅量的球鐵，加熱（一）中硅耐熱鑄鐵中硅鑄116圖4-29含硅量對鑄鐵耐熱性的影響表4-29硅對鑄鐵臨界轉(zhuǎn)變溫度的影響圖4-29含硅量對鑄鐵耐熱性的影響表4-29硅對鑄鐵臨界轉(zhuǎn)變117表4-30普通灰鐵和中硅鑄鐵耐熱性能中硅鑄鐵的鑄造工藝特點：1）流動性好，可以澆注薄壁復(fù)雜鑄件；2）線收縮較大，約為1.0％~1.4%，易產(chǎn)生較大的鑄造應(yīng)力和冷裂；3）鐵液易氧化——澆注系統(tǒng)開設(shè)要使鐵流平穩(wěn)，快速充填，一般采用半封閉式澆注系統(tǒng)，注意撇渣和飛濺，并設(shè)置排渣冒口，以消除氧化夾雜；4）鐵液易產(chǎn)生石墨漂浮，故應(yīng)控制含碳量，使碳當量不超過共晶碳當量?？傊?，中硅鑄鐵所需合金元素來源充分，價格低廉，力學(xué)性能和耐熱性能均較高，是一種很有前途的耐熱材料表4-30普通灰鐵和中硅鑄鐵耐熱性能中硅鑄鐵的鑄造工藝特點：118圖4-30鋁對鑄鐵石墨化的影響（二）含鋁耐熱鑄鐵含鋁耐熱鑄鐵有兩類：即低鋁耐熱鑄鐵RQTAI4Si4、RQTAI5Si5和高鋁耐熱鑄鐵RQTAl22。Al的作用：5%以上可獲得單一鐵素體組織，消除了珠光體分解造成的體積生長；提高相變溫度，每增加1％的含鋁量可使A1點升高50℃。耐熱溫度：1100℃。圖4-30鋁對鑄鐵石墨化的影響（二）含鋁耐熱鑄鐵119鉻與硅、鋁一樣，也能在鑄鐵表面形成良好的Cr2O3保護膜。含鉻耐熱鑄鐵中，可分成低鉻耐熱鑄鐵RTCr、RTCr2和高鉻耐熱鑄鐵RTCr16。低鉻耐熱鑄鐵的組織與普通灰鑄鐵相同，為片狀石墨＋珠光體基體．而高鉻耐熱鑄鐵組織與前一節(jié)高鉻耐磨鑄鐵組織相同，為M7C3型碳化物和奧氏體組織，但如鑄鐵含碳量較高和鑄件壁厚較大，基體中有可能出現(xiàn)珠光體，這對鑄鐵的抗生長性