耐磨鑄鐵

根據(jù)工作條件的不同，耐磨鑄鐵分為減磨鑄鐵和抗磨鑄鐵。

1．減磨鑄鐵

減磨鑄鐵是在有潤滑、受粘著磨損的條件下工作的耐磨鑄鐵，其組織為軟基體上嵌有硬的強(qiáng)化相。軟基體在磨損后形成的溝槽能貯仔潤滑油，工作時可形成油膜，而硬的強(qiáng)化相可承受摩擦。一般，珠光體灰鑄鐵即可滿足這一要求，鐵素體為軟基體，滲碳體為強(qiáng)化相，片狀石墨具有潤滑作用，脫落后凹坑也可貯油。為進(jìn)一步提高珠光體灰鑄鐵的耐磨性，通常將磷的含量提高到0.4%～0.6%，得到高磷鑄鐵，可與珠光體或鐵素體形成高硬度的共晶組織，能顯著提高鑄鐵的耐磨性。由于普通高磷鑄鐵的強(qiáng)度和韌性較差，故向其中加入Cr、Mo、W、Cu、Ti、V等合金元素，形成分金高磷鑄鐵，如磷銅鈦鑄鐵、磷釩鈦鑄鐵、鉻鉬銅鑄鐵、稀土磷鑄鐵等，這類鑄鐵具有良好的潤滑性及抗咬合、抗擦傷的能力，可廣泛用于制造要求具有高耐磨性的機(jī)床導(dǎo)軌、活塞環(huán)、汽缸套、滑動軸承和凸輪軸等材料。

2．抗磨鑄鐵

抗磨鑄鐵是在無潤滑的干摩擦，及磨粒磨損條件下工作的耐磨鑄鐵。這類鑄鐵不僅受到嚴(yán)重的磨損，而且承受較大負(fù)荷，如何獲得高而均勻的硬度址是提高其耐磨性的關(guān)鍵。白口鑄鐵就屬于這類耐磨鑄鐵，但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，因此，向白口鑄鐵中加入Cr、B、Mo、Cu、V等合金元素，形成合金白口鑄鐵；加Cr、Ni、B提高淬透性，形成馬氏體合金白口鑄鐵；將鐵液注入金屬模，形成激冷鑄鐵，獲得組織為馬氏體、碳化物和球狀石墨的中錳合金球畏鑄鐵，具有良好的抗磨性和一點(diǎn)的沖擊韌性。

鑄鐵具有良好的耐磨性能，雖然它的力學(xué)性能比鋼差，脆性較大，容易碎裂，但在相同條件下比鋼的成本低。若采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)和工藝處理，在一定條件下也能滿足不同的要求，故較為廣泛用作摩擦副的耐磨材料。尤其是當(dāng)摩擦副既要求耐磨性高，又要有好的減摩性時，往往采用鑄鐵比采用鋼更為有利，如機(jī)床導(dǎo)軌、活塞環(huán)、汽缸套等零件主要采用耐磨鑄鐵制造。

在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵，應(yīng)具有高而均勻的硬度j白口鑄鐵就屬于這類鑄鐵。但由于白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，因此在生產(chǎn)上常采用激冷的辦法來獲得冷硬鑄鐵，即用金屬型鑄造鑄件的耐磨表而，其他部位則采用砂型鑄造。同時調(diào)整鐵水的化學(xué)成分，采用高碳低硅，這樣既可保證白口層的深度，又可保證其心部仍為灰口鑄鐵組織。用激冷方法制造耐磨鑄鐵，已廣泛應(yīng)用于軋輥和車輪等的鑄造生產(chǎn)中。

在潤滑條件下工作的耐磨鑄件，要求在軟的基體上牢固地嵌有硬的組織組成物。當(dāng)軟摹體磨損后形成溝槽，可保持油膜。珠光體灰口鑄鐵基本上能滿足這種要求，其組織中鐵素體為軟基體，滲碳體為硬組分，同時石墨片也起儲油和潤滑作用。高磷鑄鐵由于含有高硬度的磷共晶體，具有較高的耐磨性。在此基礎(chǔ)上，如果加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，可以改善組織性能‘，提高基體的強(qiáng)度和韌性，從而使鑄鐵的耐磨性等得到更大的提高。

除了高磷鑄鐵以外，釩鈦耐磨鑄鐵、鉻鉬銅耐磨鑄鐵和硼耐磨鑄鐵等也都具有優(yōu)良的耐磨性能。

(1)激冷鑄鐵

白口鑄鐵具有均勻的高硬度，耐磨性很高，但由于脆性較大，一般僅適用于制造犁鏵等承受沖擊載荷不大的耐磨鑄鐵件。因此，生產(chǎn)中常在灰口鑄鐵的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低硅的含量、加入適量的鎳、鉻等元素，并采用“激冷”的法得到冷硬鑄鐵，即需要獲得白口組織的表面采用金屬型，其他部位采用砂型鑄造。激冷處理后表面為白口組織，而心部為灰鑄鐵組織，鑄件既有較高的耐磨性。又能承受一定的沖擊載荷。激冷鑄鐵的牌號用“I，T”表示，如LTCrMoR等，主要用于軋輥、車輪等鑄鐵件的制造。

(2)抗磨白口鑄鐵

在白口鑄鐵的基礎(chǔ)上加入較高含量的鉻和一定量的鉬、鎳、銅等元素。熱處理后，組織中除馬氏體外，還有大量的殘余奧氏體和

(3)中錳耐磨鑄鐵

在稀土鎂球墨鑄鐵的基礎(chǔ)上，將錳含量提高到

為了進(jìn)一步提高耐磨鑄鐵的使用性能，我們可以采用熱處理的方法。耐磨鑄鐵根據(jù)其含有的元素不同，熱處理的方法也不相同，得到的組織也不相同：

（1）含硼耐磨鑄鐵淬火溫度為850-910℃，回火溫度以290℃為最佳，淬火-回火后的組織為球狀石墨，馬氏體，硼碳化物及殘余奧氏體。

（2）高鉻白口鑄鐵淬火過程中，加熱速率一般在100℃/h 與200℃/h 之間，奧氏體化溫度在850-1100℃，奧氏體化時間=2h 1/2h/模數(shù)（厘米），通過合理控制冷卻速度可得到貝氏體、奧氏體和屈氏體等基體組織，但只有金屬型鑄造屈氏體高鉻鑄鐵具有性能穩(wěn)定、成本低廉的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

（3）鎳硬白口鑄鐵根據(jù)含鎳量的不同硬化處理的保溫溫度有很大的差異。

（4）激冷鑄鐵的熱處理工藝僅僅是低溫退火，具體的規(guī)范為在熱處理爐內(nèi)以20-30℃/h 的升溫速度升溫將工件加熱到500-550℃，保溫2-3h，消除鑄鐵的內(nèi)應(yīng)力，獲得穩(wěn)定的組織，爐冷至300℃以下出爐空冷校直。

（5）稀土變質(zhì)鑄鐵經(jīng)變質(zhì)處理和950 ℃×2h 正火處理后性能優(yōu)越。

熱處理對耐磨鑄鐵性能的影響：

熱處理對和沖擊韌性都有影響。同一回火溫度條件下，硬度隨奧氏體化溫度升高而降低， 沖擊韌性隨奧氏體化溫度升高而增加。同一淬火溫度下，硬度隨回火溫度的增加而略有降低， 在210～ 290℃內(nèi)，沖擊韌性隨回火溫度升高而增加， 但在330℃回火時， 沖擊韌在同一回火溫度下， 隨奧氏體化溫度升高，碳化物分解速度加快， 碳化物數(shù)量減少， 淬火后碳化物形態(tài)也變?yōu)閿嗑W(wǎng)狀和塊狀，組織中殘余奧氏體量也增多。熱處理與磨耗量也有密切的關(guān)系，隨奧氏體化溫度升高，磨損量增多， 即耐磨性下降。隨奧氏體化溫度升高，碳化物數(shù)量減少， 硬度下降，這也正是耐磨性下降的主要原因。

常用的合金鑄鐵分為：耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。

合金鑄鐵耐磨鑄鐵

耐磨鑄鐵按其工作條件大致可分為兩類：一種是在有潤滑條件下工作的減摩鑄鐵，如機(jī)床導(dǎo)軌、氣缸套、環(huán)和軸承等；另一種是在無潤滑、受磨料磨損條件下工作的抗磨鑄鐵，如犁鏵、軋輥及球磨機(jī)零件等。

1）減摩鑄鐵

減摩鑄鐵在有潤滑、受黏著磨損條件下工作，如機(jī)床導(dǎo)軌、發(fā)動機(jī)缸套、活塞環(huán)、軸承等。減摩鑄鐵的組織通常是在軟基體上牢固地嵌有堅(jiān)硬的強(qiáng)化相。

一般珠光體灰鑄鐵能滿足這一要求，鐵素體是軟基體，磨損后形成溝槽，可儲存潤滑油，以降低磨損；滲碳體是硬質(zhì)相，起耐磨作用；片狀石墨可起儲油潤滑作用。在普通灰鑄鐵中加入適量的磷、釩、鉻、鉬、稀土等元素，可增加珠光體，細(xì)化珠光體和石墨，進(jìn)一步提高硬度和耐磨性。

在普通灰鑄鐵基礎(chǔ)上，將磷含量提高到0.4%～0.6%，即形成高磷鑄鐵。磷可與鐵素體或珠光體形成磷共晶（F Fe₃P，P Fe₃P或F P Fe₃P），呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布在基體上，形成在軟基體上分布著硬質(zhì)相，顯著提高了鑄鐵的耐磨性。由于普通高磷鑄鐵的強(qiáng)度和韌性較差，常加入鉻、鉬、鎢、銅等合金元素，使其組織細(xì)化，進(jìn)一步提高機(jī)械性能和耐磨性。

2）抗磨鑄鐵

抗磨鑄鐵在干摩擦及磨粒磨損條件下工作．如軋輥、犁鏵、磨球等。這類鑄鐵不僅受到嚴(yán)重的磨損，而且承受很大的負(fù)荷，應(yīng)具有高而均勻的硬度。

白口鑄鐵就屬于這類鑄鐵。但其脆性大，不能承受沖擊荷載，只能用于制造犁鏵、泵體、研磨機(jī)械的襯板、磨球等。

生產(chǎn)中常用激冷方法來獲得冷硬鑄鐵，即將鐵液注入放有冷鐵的金屬模成型，鑄件表層因冷速快得到一定深度的白口層而獲得高硬度、高耐磨性，而心部為灰口鑄鐵，具有一定的強(qiáng)度和韌性。廣泛用來制造軋輥、車輪等耐磨件。

在白口鑄鐵的基礎(chǔ)上加入14%～20%的鉻和少量的鉬、鎳、銅等元素形成的高鉻鑄鐵，組織中存在大量富鉻的M₇C₃型碳化物，其硬度極高，且分布不連續(xù)，使鑄鐵既具有很高的耐磨性，其韌性也得到改善：可用于制造大型球磨機(jī)的襯板和破碎機(jī)的錘頭等零件。

ω（Mn）=5.0%～9.5%，ω（Si）=3.3%～5.0%的中錳合金球磨鑄鐵，組織為馬氏體、殘余奧氏體、碳化物和球狀石墨，具有較高的強(qiáng)度、硬度和沖擊韌性，適于制造在沖擊載荷和磨損條件下工作的零件，如犁鏵、磨球及拖拉機(jī)履帶板等?？纱娌糠指咤i鋼和鍛鋼。

合金鑄鐵耐熱鑄鐵

耐熱鑄鐵指在高溫下具有良好的抗氧化和抗生長能力的鑄鐵。氧化是鑄鐵在高溫下與周圍氣氛接觸使表層發(fā)生化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象。生長是鑄鐵在反復(fù)加熱冷卻時產(chǎn)生的不可逆體積長大的現(xiàn)象：鑄件“生長”的原因是氧化性氣體沿石墨片邊界或裂紋滲入鑄鐵內(nèi)部發(fā)生內(nèi)氧化；鑄件中的滲碳體在高溫下分解成密度小的石墨及在加熱冷卻過程中鑄鐵基體組織發(fā)生相變引起體積的不可逆膨脹。結(jié)果將使鑄件失去精度和產(chǎn)生微裂紋。

因此，制造高溫鑄鐵件，如加熱爐爐底板、換熱器、坩堝、廢氣管道及壓鑄模等，必須使用耐熱鑄鐵制造。

通常在鑄鐵中加入鋁、硅、鉻等合金元素提高鑄鐵的臨界溫度，得到單相鐵素體基體，消除滲碳體分解造成的生長現(xiàn)象；通常還能形成致密穩(wěn)定的氧化膜，具有良好的保護(hù)作用，阻止鑄鐵繼續(xù)氧化和生長。通過加入球化劑和鉻、鎳等合金元素，促使石墨細(xì)化和球化，球狀石墨互不連通可防止或減少氧化性氣體滲入鑄鐵內(nèi)部。

耐熱鑄鐵按其成分可分為硅系、鋁系、硅鋁系及鉻系等。

合金鑄鐵耐蝕鑄鐵

在石油化工、造船等工業(yè)中，閥門、管道、泵體、容器等各種鑄鐵件經(jīng)常在大氣、海水及酸、堿、鹽等介質(zhì)中工作，要求具有較高的耐蝕性能。普通鑄鐵通常是由石墨、滲碳體和鐵素體組成的多相合金在電解質(zhì)溶液中，石墨的電極電位最高，滲碳體次之，鐵素體最低。因此，鐵素體將不斷被溶解，產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。為了提高鑄鐵基體的電極電位，并使鑄鐵表面形成一層致密的鈍化膜，需加入大量的硅、鋁、鉻、鎳、銅等合金元素，同時應(yīng)盡量降低耐蝕鑄鐵中的滲碳體和石墨含量，且組織最好為鐵素體加上孤立分布的球狀石墨組織。

耐蝕鑄鐵分為高硅、高鋁、高鉻耐蝕鑄鐵等，其中以高硅耐蝕鑄鐵應(yīng)用最廣。