铬系白口铸铁的研究进展

白口铸铁复相强韧化的研究随着社会不断发展，钢铁工业和机械制造业都需要设备采用高强韧材料才能满足要求。

白口铸铁是机械制造、冶金和航空航天等领域中应用最为广泛的材料之一，它的强度、韧性及耐蚀性被广泛地用于军工及民用机械设备上。

而且，由于其高性能低成本优势，白口铸铁已经成为机械制造的首选材料。

尽管这种材料具有多种优点，但是它的缺点也不能忽视，如低抗弯强度、低耐热强度和较高的脆性等。

为了克服这些缺点，许多研究者开始着手研究如何通过复相强韧化的方法改善白口铸铁的性能。

一般来说，复相强韧化指的是将金属的系统结构从纯金属的单相结构转变为包含碳化物相的复相结构，从而增加材料的强度和韧性。

这一技术不仅可以改变材料的结构，而且可以使材料的晶粒尺寸减小，增加材料的抗拉强度、抗弯强度和延展率。

因此，复相强韧化可以有效改善白口铸铁的性能。

首先，用复相强韧化方法改善白口铸铁性能的一种最常用的方法是，增加微细晶粒的形成和碳化物相的分布，即用等离子体渗碳法将白口铸铁中的碳化物分散，改善材料的组织结构，从而提升材料的强度和耐磨性。

同时，通过等离子体渗碳可以减少晶粒的大小，增加晶粒的细化度，从而使材料的强度和韧性有所提高。

此外，合金元素如铬、钼和钴也可以添加，使材料有更好的抗氧化性能和耐磨性。

此外，激光处理是一种新兴的改善白口铸铁性能的方法。

这种方法利用高能密度激光来快速辐照白口铸铁，同时以低能量激光来避免集中热源产生的热效应，使得热处理的金属可以在结构上形成小的晶粒和碳化物，从而提高白口铸铁的韧性和耐蚀性。

此外，高碳化渗碳及高温处理也是提高白口铸铁性能的有效方法。

高碳化渗碳可以促进碳化物的形成和分布，从而提高材料的细致度，同时可以有效增加材料的强度和韧性。

同时，高温处理可以改变白口铸铁材料的晶粒结构，从而有效提高材料的强度、韧性和耐热性。

复相强韧化是一种有效改善白口铸铁性能的方法，它除了改变材料的组织结构，使晶粒尺寸减小外，还可以改变材料的化学组成，从而提高材料的强度和韧性。

低铬白口铸铁变质处理的研究与应用近年来，随着工业的快速发展，有越来越多的金属材料应用于各种领域。

而低铬白口铸铁变质处理技术将成为金属材料中一种重要应用，它能够提升金属材料的性能和使用寿命，从而实现低成本高性能和高可用性。

低铬白口铸铁变质处理技术主要是利用变质处理技术和低铬白口铸铁等材料，增强材料的耐磨性和高温耐久性，以满足许多行业用途的需要。

变质处理是一种特别的技术，它可以改变金属的结构，使其具有更强的抗磨损能力和耐高温性能，从而满足用户的不同需求。

低铬白口铸铁是一种高度变质的铸铁，它的物理特性是在一定的温度范围内维护稳定的变质状态，在不断优化的过程中，对材料的强度、硬度和耐磨性等性能都有明显提升，因此，应用于变质处理中可以获得较好的成效。

低铬白口铸铁变质处理技术具有许多优点，其中最重要的是它能够在整体上增强金属材料的抗腐蚀能力，使其在使用过程中受到更少影响。

它还能有效降低金属材料对环境的负面影响，保护空气、水等资源的安全性。

同时，它可以提高金属表面的?#26639;?#20851;，减少磨损，使金属制品具有较长的使用寿命，使其具有更长的使用范围。

低铬白口铸铁变质处理技术也可以有效减?#24335;?#20449;材料的抗拉强度，降低其疲劳断裂强度，提高金属材料的塑性，从而使其具有较强的抗挤压能力。

此外，低铬白口铸铁变质处理还能改善金属材料的磨损性、腐蚀性、机械性能等，更加符合行业的要求，同时还能提高材料的安全性。

另外，由于低铬白口铸铁变质处理的应用范围较广，可以?#30457;?#26041;计及机械加工、注塑成型、热处理等工序。

从而，使得金属制品更加具备多种功能，具有更高的综合性能，实现多功能化、系统化、集成化的制造要求，也能有效降低成本，提高性能。

本文论述了低铬白口铸铁变质处理技术，它的优点和应用范围等，通过多个方面的研究表明，该技术可以大大提高金属材料的使用寿命和性能，同时也能降低成本，实现多功能化、系统化、集成化的制造要求，所以在相关行业应用越来越广泛。

２００４中国铸造活动周论文集（１９８９）７４ｌ１４Ｉ田村、松尾、岩成“高ｃｒ铸铁疲发强度ｃ：及Ｉ善卞炭化物形态上分布状态力影响”铸物讲演概要集１６（１９８９）８９ＰＩ５Ｉ田村、岩成、野见山：“高ｃｒ铸铁力耐耗性及Ｉ孑亨Ｔｉ添加。

影响”铸物讲演概要集１１７（１９９０）３４ｌ６ｌ新田、田村、李野“２５％铸铁铸放Ｌ组织扫上矿冲击摩耗特性制御”铸物６６（１９９４１１１８７ｆ７ｌ野见山，田村：“２５％Ｃｒ铸铁才－－ｘ－Ｙ－于彳ｈ化温度忙土为冲击摩耗性∞制御”铸物６７（１９９５）６９６９７
高铬白口铸铁件高性能化的研究与生产实践作者：作者单位：朴东学，王景安，李宏祥，蔺德忠，郭立刚，李宗林，赵青海，徐功民朴东学,李宏祥(沈阳铸造研究所(沈阳，王景安,李宗林,赵青海,徐功民(临沂特钢厂，蔺德忠,郭立刚(鞍山华杰建筑材料技术开发公司(鞍山本文链接：
/Conference_5612447.aspx。

第25卷第1期水利电力机械Vol.25 No.1 2003年2月WATE R C ONSERVANCY &E LEC TRIC POWER MAC HI NERY Feb.2003材料工程铬系耐磨铸铁的研究与展望Study and prospect for the future of the wear resisting cast iron of the chromium system刘国宇1,邢建东2,高义民2LIU Guo -yu 1,XING Jian -dong 2,GAO Y-i min 2(1.云南锡业集团公司科技处,云南个旧 661000; 2.西安交通大学机械工程学院,陕西西安 710049)(1.Department of Science and Technology of Yunan Tin Industry Group Company,Gejiu 661000,China; 2.College of MechanicalEngineering of Xi an Jiaotong University,Xi an 710049,China)摘 要:介绍了铬系耐磨铸铁中碳化物的种类、特性和铸铁耐磨性的影响,阐述了该铸铁的抗腐蚀性能及特点,并就铬系耐磨铸铁今后的研究工作提出了意见。

关键词:耐磨材料;铬系铸铁;白口铸铁;碳化物中图分类号:TG143.9 文献标识码:A 文章编号:1006-6446(2003)01-0031-04Abstract:Briefing of basic composition,performance and application for the wear resisting cast iron of chromium system.Major introduction of the kind and characteristic of carbide and its influence for the wearing resistance and put forward orig -inal view of the after study work about for the wear resisting cast iron of chromium system.Key w ord:wear resisting material;cast iron of chromium system;white cast iron;carbide收稿日期:2002-09-20作者简介:刘国宇(1962-),男,云南个旧人,云南锡业集团公司科技处处长,从事耐磨材料方面的研究工作。

耐磨金属材料的最新研究现状关键词：耐磨材料；锰钢；抗磨白口铸铁；技术进展摘要：耐磨金属材料被广泛地应用于工业生产的各个领域, 而随着科学技术和现代工业的高速发展，由于金属磨损而引起的能源和金属材料消耗增加等所造成的经济损失相当惊人。

近年来，对金属磨损和耐磨材料的研究，越来越引起国内外人们的广泛重视。

本文概述了国内外耐磨金属材料领域研究开发的现状及取得的一系列新进展。

0 引言随着科学技术和现代工业的高速发展，机械设备的运转速度越来越高，受摩擦的零件被磨损的速度也越来越快，其使用寿命越来越成为影响现代设备(特别是高速运转的自动生产线)生产效率的重要因素。

尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害，但其所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。

据统计，世界工业化发达的国家约30%的能源是以不同形式消耗在磨损上的。

如在美国,每年由于摩擦磨损和腐蚀造成的损失约1000亿美元，占国民经济总收入的4%。

而我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，据不完全统计，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币[1]。

因此，研究和发展耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着重要的意义。

1国外耐磨金属材料的发展国外耐磨材料的生产和应用经过了多年研究与发展的高峰期，现已趋于稳定，并有自己的系列产品和国家标准、企业标准。

经历了从高锰钢、普通白口铸铁、镍硬铸铁到高铬铸铁的几个阶段，目前已发展为耐磨钢和耐磨铸铁两大类。

耐磨钢除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外，根据其含量的不同可分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢；根据合金元素的含量又可分为低合金、中合金及高合金耐磨钢；根据组织的不同还可分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。

而耐磨铸铁主要包括低合金白口铸铁和高合金白口铸铁两大类。

二者中最具有代表性的是低铬白口铸铁和高铬白口铸铁，而且这两种材料目前在耐磨铸铁中占有主导地位。

马氏体或贝氏体、马氏体组织的球墨铸铁在制作小截面耐磨件方面也占有一席之地，中铬铸铁则应用较少。

高铬铸白口铁在水泥磨机衬板的应用及发展前景华昆港机耐磨铸钢有限公司王定祥近30年来我国水泥工业用铸造材料取得了突飞猛进的发展，一些产品达到国际先进水平！早在1882年英国人R.A哈特菲尔德（Hadfield ）发明的高锰钢距今已有130年历史，在加入各种合金元素的高锰钢形成了系列新品种，在工业上仍然广泛应用。

铸造合金钢异军突起，它以硬度高、韧性好、耐磨性能优异而在某些工况条件下取代了高锰钢而普遍应用。

高铬合金白口铸铁以其更高的硬度显示其最佳的耐磨性能，而高铬合金被称最抗磨的耐磨材料，由于冲击韧性较高锰钢、合金钢低而使用受限。

可是高铬白口铸铁在水泥磨机上制作衬板有其广阔的发展前景！1.球磨机工作原理：水泥建材主要粉磨设备为球磨机、简称磨机。

它是一个两端带有支承装置的圆筒体，内装研磨体（钢球）和被磨的物料（如石灰石），其总装入量为筒体有效容积的25-45%。

筒体绕水平的中心轴线回转，筒体内的研磨体和物料在离心力和摩擦力作用下被筒体衬板提升到一定的高度，然后脱离筒体瀑泻或抛落，物料循环地在筒体内运动受到研磨体不断地冲击、辊轧挤压和研磨作用而被粉碎成为一定粒度要求的产品。

物料从筒体一端的空心轴进入，而粉磨后的产品经筒体另一端空心轴排出。

筒体内物料的移动是给予压力来实现。

筒体能够回转是由电机带动减速机，减速机传动筒体上的大齿轮实现的。

干法磨时物料排出筒体被输送出去。

球磨机的一般构造见图1[1] 4.5 X 15.11m球磨机二仓分级衬板在筒体内情形见图2。

球磨机中主要磨损件是衬板与磨球。

衬板是球磨机筒体和进出口料端盖的保护板，承受研磨体和物料的冲击与研磨。

图1、球磨机的一般构造1 一进料装置2 一支承装置3一回转部分4一出料装置5一传动装置6 一研磨体2、高铬白口铸铁磨机衬板应用实例2- 1 ZGCr13SiMo钢衬板在© 4.5m大型水泥磨机磨机应用实例ZGCr13SiMo是笔者在唐山水泥机械厂工作期间的1985年主[2]持研制的高铬白口铸铁新品种，ZGCr13SiMo钢化学成分力学性能与金相组织见表1。

Cr27抗磨白口铸铁的研究及生产应用第25卷第1期l999年3月北京工业大学JoURNALOFBEUIG100L YTECI-I~CUNIVERSⅡYVd25No1Mar.199988一CICr27抗磨白口铸铁的研究及生产应用墨主到朱洪远(皖南煤矿机械厂,安徽,宣州,242000)张进韬唐铃凤(宣城地区机械电子研究所,安徽,芜湖,241000)苏应龙张学昆崔艳红马黛妮(北京工业大学材料科学与工程学院,北京,100022)T与1/搞蔓采用热模拟技术,对于铸件不同模数,就CY27抗磨白I=l铸铁中的锰,钼,锦(铜)等合金元素对铸铁硬度的影响进行了研究.对于中等壁厚铸件,找到了合适的CY27抗磨白I=l的化学成分和热处理规范.用研制的合金成分生产杂质泵铸件,其使用寿命长.关t词Cr27,抗厝,皂呈箜竺:垫堡型苎查分类号TG143.9耐詹锗饮Cr27白口铸铁在铸态下就有良好的机械性能,适于形状复杂或尺寸较大的耐磨铸件的制作.而且,在酸性介质中,Cr27铸铁具有优越于Crl5Mo3的耐腐蚀磨损性能,因而有必要对Cr27进行详细研究.国际上对Cr27高铬白口铸铁规定了一些应用标准,表1列出了一些国家的使用标准.裹1各国c27高铬白口铸铁成分襄(%)从表l上不难看出,各国对Cr27高铬白口铸铁成分的应用标准只是一个大概的范围,而在实际生产中,为了节约原料,同时也能使铸件达到要求,就需要更加精确的化学成分配比.本课题利用热模拟技术,运用正交分析试验,确定出了一定模数下的最佳成分配比,对具体的生产实践具有指导意义.收稿日期:I998一o3—03第l期马中利等:对Cr27抗磨白口铸铁的研究1,试验方法及过程I.1采用热模拟技术将1001TlIn×100mm×1001TlIn白口铁铸件试块从中间分开,在一半试块中开出一条ll1TlIn×l11TlIn大小的凹槽,并涂上202防氧化涂料,再将两块试块闭合,用销钉铆紧,放人炉中进行热处理.热处理后,将试样从凹中取出测硬度.称为=17mm的热模拟.将尺寸为150mm×l50mm×1201TlIn的试块.采用上述方法处理后,称为=231TlIn的热模拟(见图1).(块上)(试块下部)图l热模拟实验试块图空淬时,半冷却时间用带热电偶的温度计和秒表测定.半冷却时间等于从炉温冷却到(炉温一室温)/2的温度时所需要的时间1.2采用正交分析方法确定合理的成分设计L;的因子水平表和正交表如表2和表3"按照L;正交表配Cr27成分如表4.裹2因子水平裹(%)炉号A=MoNjC=-MnP误差炉号A=Mo=C=-MnP误差l111162312212227313231333832l342l33933215221l裹4Cr27成分裹f%按照表4的成分配料,在中频感应炉中熔化,而后浇人已焙烧的熔模铸造模壳中,制9O北京工业大学1999年成尺寸为10mm×10mm×50mm的试样1.3热处理工艺试验将各炉试样放人模块中进行热处理,1)对M=17mm的模块以50℃/h的速度升温至980℃保温4h,出炉空冷.2)对M:23mm的模块以50℃/h的速度升温至980℃保温5h,出炉空冷,3)将试样放人一坩锅中,添满砂子,放人高温热处理炉加热,以50℃/h的速度升温至1050℃保温3h,出炉空冷.4)用模数^17mm,=23mm的模块处理过的试样在260℃回火3h.5)试样直接放人炉中+5O℃/h的速度升温至980℃保温1h+出炉空冷,称为裸样, 将上述度样在洛氏硬度仪上打硬度.2试验结果及分析九炉试验所得各试样硬度值及半冷却时间见表5表5Cr27各处理态的硬度衰(RRC)分析表5可以看出,1050℃的硬度值要高于980℃的硬度值.所以,取1050℃为正火温度.并对1050℃的硬度值进行方差分析,得出各因子对1050℃热处理后试样硬度的影响(见表6).其中,.41为因子第一水平测试指标(硬度)的测试之和,余者类推;口.为^的算术平均值得t3,余者类推.衰61050℃热处理态中各因子对铸铁硬度的影响第l期马中利等:对Cr27抗磨白口铸铁的研究9l由表6可求出各因子不同水平对硬度的影响(见表7).其中,T=A,+4+,=T/9,,=(A,/3)一置对硬度而言,该值负数值越太,表明该因子该水平降低硬度的能力越大,由上述数据可以求出各元素对硬度影响的显着性(见表8).表7各园子不同水平对硬度的影响因子S,S/gF因子Sf/FA=Mo24221.2l1.05Mn0.172009007Ni0.6820.3403e(误差)2.302lll5一曲(}+;),3一(T/9),fs/s;品,曙…??类推由表7可知,0.因子对硬度影响最大,即钼元素为零时将会太大降低铸铁的硬度,因而,要使Cr27保持良好的耐磨性,保留一定量的钼是必要的.从表8也可以看出,A因子对硬度有显着的影响,因而在确定各因子含量时,一定要先保证钼含量.根据上述分析,确定在铸态和1050℃热处理态应用的配方如表9,按配方熔制的高铬铸铁的硬度也记录在表9中,其中IO适用于铸态,I1适用于热处理态.1050℃热处理的半冷却时间为37mira980℃热处理的半冷却时问为28rain.表9铸态和热处理态下使用的配方殛铸态和热处理态下的硬度(哪c各种直径的高铬铸铁从1000℃开始在空气中冷却的半冷却时问见表1O….可以看出,1050℃热处理的半冷却时间37min约相当于圆棒直径I60mm,即坛40m/n,得出了模数最大为40m/n的热处理态的合适配方.对于10,1I的试样做冲击试验,它们及015Mo3含金的冲击值如表I1.衰l0从1000℃开始高铬铸铁在空气中冷却的半冷却时阃堕苎重鱼!竺半冷却时间/rain2.25122250100l50320衰l1试样冲击值'炉号铸态j冲,c击m-值2,;善J-cm'10l5.2llJ4.0CrM038～l0l7203种铁水皆用专门变质剂进行了变质处理92北京工业太学999越由表1l可知,l0,11试样的铸态冲击值优于Crl5Mo3,l1试样的热处理态冲击擅与Crl5Mo3的冲击值相当.因此,由Cr27代替Crl5Mo3是可行的.3经济效益评估原材料价格为:铬铁0.6万元/t,钼铁6万元/t,锰铁0.4万元/t,镍6.5万元/t,铜1.5万元/t,生铁0.13万元/t,废钢O.10万元/t.可以估算出,配制l000kgCrl5Mo3铸铁的金属材料成本约为6500元,配制l000kgCr27铸铁(以1l合金为例)的金属材料成本约为4500元.可见用Cr27代替Crl5Mo3抗磨白口铸铁经济效益显着.'4生产应用受原机械部的委托,北京工业大学材料学院宣城地区机械电子研究所和皖南煤矿机械厂合作,为铜陵矿业公司试生产杂质泵.该公司用杂质泵输送的矿浆物料浓度大,矿物硬度高,液体呈酸性,腐蚀性较强.该公司用过陶瓷泵,易碎,寿命不高,操作不便,也曾使用某厂生产的Crl5Mo3抗磨铸铁杂质泵,仅运行12df288h)就报废了.三单位决定采用北京工业大学实验室研究成果,用cr27抗磨白口铸铁为铜陵矿业公司试生产4英尺杂质泵过流部件.该产品铸造工艺部分见文献【3].为配制该合金特购人承德v—Ti生铁,以期提高铸铁的淬透性和硬度.铸件的最大壁厚(机械加工后)为40mm左右,其模数^=20nln],基于实验室研究成果,生产中合金成分如下:w(C)=2,71%,W(Cr)=27.2%,w(Si)=0.6%,W(Mo)=0.84%,W(Cu)=0-8%,(缸)=0.93%,(V)=0.28%.出炉铁水在浇包内用北京工业大学研制的变质剂进行变质处理.限于工厂无高温热处理炉,铸件的正火温度为960℃,保温4h,空冷,回火温度为270℃,保温4h,空冷.所得铸件硬度为HRC60.装配好的杂质泵在铜陵矿业公司试验运行.如今已运行l500h,仍在使用.其寿命长,耐磨,耐蚀,正准备扩大应用.5结论l_铸态条件下Cr27的合适配比为:(C)=2.5%,w(Cr)=26.9%,w(Mn)=1.49%w(Mo)--0.2%,wfNi)=0.5%.(Si)≤l0%.2.热处理条件下,模数在23～40111112范围内的Cr27的合适配比为:州C)=2.5% w(Cr)--26.4%,w(Mn)=1.49%,w(Mo)=0.6%,w(Ni)=o.5%,w(Ni)≤1.0%3对Cr27白口铸铁,热处理温度为98O～l050℃.'4.所给配方的冲击韧性和硬度的配合要比Crl5Mo3好.5.用来生产杂质泵过流部件,使用寿命长,耐蚀,抗磨.第1期马中利等:对Cr27抗磨白口铸铁的研究参考文献1苏应龙,吴国蔚,张国臣,等.高强度灰铸铁新型孕育剂的研究.北京工业大学, 1985,11(2):1～142苏俊义编着.铬系耐磨白口铸铁.北京:国防工业出版社,1990.13～1003马中利,朱洪远,唐铃风,等.借助改进Q参数法求解合金白口铸铁件的冒口尺寸北京工业大学,1998,24(4):93～97StudyonCr27WearResistantWhiteCastIronandItsApplicationMaZhongliZhuHongyuan(WanNanCoalMineMachineFactory,AnhhiXuanzhou,242000)ZhangJintaoTangⅡngfeng (ElectromechatdcInstituteofXaanChengDistrict,AnhuiWuh~241000) SuYinglongZhangXuekunCuiY anhongMaDaini (SchoolofMaterialsScienceandEngineering,BeijingPolytechnicUniversity,Bering,100022) AbstractInsomecertainmodulusofcasting,theeffectedelementsMn,Mo,Ni(Cu】ofCr27wearresistantwhitecastirononhardnessofthecastitonisstudiedusingheat-simulatedtechnology.Formiddlethicknessofcastings,thechemicalscomposilions andheattrealmenttechnologyavailabletomakeCr27wearresistantwhitecastimnare gained.ThecastingofamudpumppouredwitharesearchedCr27wearresistantwhite castironhaslongservicelife.KeywordsCr27,resistantwear,whitecastiron,heat-simulatedtechnology。

河北工业大学科技成果——新型高铬耐磨铸铁的组织与性能改善项目简介目前铬系铸铁磨球已取代了一些耐磨锻钢、中锰球铁和低合金钢等材质的磨球，在矿山、建材、冶金、火力发电等行业得到应用。

在铬系白口铸铁中，高铬铸铁是特别受到重视的一种抗磨材料，其特点是共晶碳化物为六角形杆状及曲面板条状的（Cr，Fe）7C3型碳化物，呈断网状分布，显微硬度高达HV1300-1800，而且韧性和耐磨性也较高。

我所在耐磨材料领域进行了多年研究，特别在铬系白口铸铁、球铁、灰铁、耐磨钢等耐磨材料方面已进行了大量的研究和试验工作，积累了经验，拥有自主开发的一系列耐磨材料产品。

本项目对高铬铸铁合理化学成分的选择、化学成分对组织和性能的影响规律及作用机理，在保证硬度的基础上提高其冲击韧性和耐磨性，以保证耐磨件在冲击载荷、磨料磨损工况下的稳定性。

研究效果如下：1、在化学成分合理的基础上，对高铬系白口铸铁的热处理工艺进行研究，得到与（Cr，Fe）7C3型碳化物良好搭配的基体组织，充分发挥高硬碳化物的耐磨性和基体对碳化物的稳固作用，保证在不同工况下耐磨性的良好发挥；2、对高铬铸铁生产中，孕育处理、变质处理等工艺手段进行试验研究，以增加形核率、细化晶粒、改变特定相形貌、改善铸件微观组织结构，为提高铸铁性能提供有效的辅助工艺措施；3、对传统的砂型铸造方法进行改进，将传统材料与现代材料加工方法相结合，探讨金属型铸造、喷涂成型、快速凝固等新工艺在铬系白口铸铁制备中的应用，为改善组织形态、提高铸件性能提供更广阔的空间。

本成果已在国内多家铸造企业得到推广并备受好评。

基本工艺流程1、产品使用工况定位及性能预测；2、产品化学成分设计；3、熔炼、浇注等工艺设计；4、热处理工艺设计；5、其它辅助工艺设计；6、装机试验。

市场前景国内外铸造工作者对提高高铬铸铁性能、充分挖掘铬系白口铸铁功能已进行了广泛、系统的研究，在提高铸铁综合力学性能和性能／价格比方面都取得了显著成果。

消除低铬白口铸铁中针状组织遗传性的研究侯艳嫔，刘根生，夏召兵，许晓明，董立强(河北工业大学材料学院，天津300130)摘 要：分别采取重熔、过热以及电磁搅拌三种工艺措施，研究消除低铬白口铸铁中针状组织的遗传性。

结果表明，三种工艺措施对消除原料针状组织在低铬白口铸铁中的遗传性起到一定的作用，其中电磁搅拌消除效果最为明显。

关键词：遗传性；低铬铸铁；针状组织；重熔；过热；电磁搅拌法国学者Levi首次提出金属遗传性问题距今已有80年的历史，随着人们对非生命体系特别是金属材料研究的不断深入，金属的遗传性问题日益受到科研工作者的重视。

国际上，前苏联自1981年以来，每隔2～3年召开一次关于铸造合金遗传性的学术研讨会。

在国内，哈尔滨工业大学、山东工业大学、西安交通大学等单位也相继开展了这方面的研究。

但是多数工作主要集中在Al2Si合金等有色合金范畴，而对目前广泛应用的耐磨材料尤其是铬系白口铸铁组织遗传性的研究却鲜见报导。

在实际生产中，采用某地出产的全白口生铁为主要原材料生产的低铬白口铸铁磨球，发现其显微组织中存在着明显的针状组织(见图1)。

实际应用证明，针状组织存在越多的磨球破碎率越严重。

而在其主要原材料全白口生铁中，同样也发现其内部组织中存在着针状组织(见图2)。

这一现象有力地证明了针状组织具有明显的遗传性，而这种遗传性对于实际生产和应用极为不利。

本试验研究的主要内容即针对原材料中针状组织的不利遗传效应，尝试采取不同的工艺措施，消除其不利遗传性，并从中找出最佳解决方案。

图1 磨球金相组织 200× 图2 全白口生铁原材料组织 200×1 试验条件采取3种工艺措施，分别为将所配制合金多次重熔、对合金熔体进行过热处理以及采用电磁搅拌来探讨消除不良遗传效应的最佳途径，试验方案见表1。

试验选用全白口生铁、高碳铬铁、废钢、硅铁、锰铁及钼铁。

试验采用的熔炼设备为150kg和25kg中频感应电炉，金属液正常出炉温度1450℃，水玻璃砂型，试样尺寸为20mm×20mm×110mm。

铬白口铸铁件
铬白口铸铁件是目前应用最广泛的合金白口铸铁，铬在白口铸铁中有两方面作用。

一是形成碳化物或是溶入Fe3C提高碳化物硬度。

当铬含量大到较高程度时，碳化物结构、形态、硬度和分布状态都发生变化，显著提高材料的抗磨能力和冲击韧性。

二是个以置换固溶方式溶入奥氏体，改变奥氏体相变性质，提高材料淬透性。

有效改善白口铸铁抗磨性能的铬含量范围很宽，在2%~30%之间都有不同程度的发挥作用。

按照铬的加入量，将白口铸铁分为低铬、中铬、高铬三个品种。

但是由于铸铁件碳含量、凝固速率、其他元素含量的影响相同铬含量可能产生不同的组织和抗磨性能。

铬含量有差别的铸件也可能具有近似的抗磨能力，因此单纯的以铬含量划分品种不尽善完美。

另一种划分品种的根据是铬碳化合物的类型，加入铬但未改变渗碳体晶体类型，即碳化物仍为M3C型的铬白口铸铁称为低铬白口铸铁。

加入铬量较高，大多数铬碳化合物已由M3C转变为M7C3型的铬白口铸铁称为高铬铸铁。

组织中兼有M3C和M7C3型的铬白口铸铁称为中铬白口铸铁。

铬对耐热白口铸铁件产生高温强化的作用铬在高Im下与氧化合，形成Cr203, Cr203是IMIK化物中唯一县有btt A刀学稳定性的固态化合物。

铸件表面的这种氧化物与铁的氧化物结合，形成FeO·Cr2 03复化合物。

FeO·Cr20，以膜体形式附着于铸件表面。

这种膜体致密坚实，高温下化学稳定性良好，与母体金属有比较接近的线胀系数，膜体在室温和高温都能牢固附着于铸件.即使温度骤变也很少开裂、脱落，因此能有效地阻隔氧离子侵人母体金属，减轻母体金属的氧化，从而提高铸铁的抗氧化性能。

高铬白口铸铁件表面存在富铬氧化膜是使它成为耐热铸铁的一个重要原因。

(3)铬对耐热白口铸铁件产生高温强化的作用，提高材料高温静载强度。

从微观角度分析，铬提高白口铸铁高温静载强度的主要原因是:I)耐热高铬铸铁的基体组织通常是单相铁素体或奥氏体。

大址铬在高温下溶人基体金属后，金属原子间的结合力随之增强。

一方面固溶体被铬所过饱和，晶格发生崎变，加强了基体金属滑移阻力;另一方面是使固溶体中铬原子扩散能力弱化，抑制了由扩散引导的形变过程。

这都使金属在高温下进行滑移变形所需应力增加。

2)基体中的铬，大量存在于晶界。

晶界上原子排列紊乱、晶格扭曲变形、杂质和晶体缺陷大量存在。

进人晶界的铬原子，改善了品界结构，使晶界得到强化。

但是晶界强度受溢度影响很大，对白口铸铁来说，温度增高使晶界强度下降。

白口铸铁高温变形时，超过某一临界温度后，晶界强度将低于晶内强度。

因此在高于此临界温度受力断裂时，总是出现晶间断裂。

铬能使晶界强度提高到临界温度以上，使晶间断裂改变为沿晶断裂，其结果是改善了铸铁高温力学性能。

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