【正文】 14 頁(yè) 第 2章 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)材料 合金成分 高鉻鑄鐵的組織和性能與其成分有很大的關(guān)系。 總之，國(guó)內(nèi)外鑄造工作者對(duì)提高鉻系白口鑄鐵性能、充分挖掘鉻系白口鑄鐵功能已進(jìn)行了廣泛、系統(tǒng)的研究，在提高鑄鐵綜合力學(xué)性能和性能 ) 價(jià)格比方面都取得了顯著成果。 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) （ 3）對(duì)鉻系白口鑄鐵生產(chǎn)中，孕育處理 、變質(zhì)處理等工藝手段進(jìn)行試驗(yàn)研究，以增加形核率、細(xì)化晶粒、改變特定相形貌、改善鑄件微觀組織結(jié)構(gòu)，為提高鑄鐵性能提供有效的輔助工藝措施。國(guó)外鑄造研究人員更致力于高鉻鑄鐵微觀組織結(jié)構(gòu)、耐磨機(jī)理及新制備工藝開(kāi)發(fā)的研究 二十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外鑄造工作者關(guān)于鉻系白口鑄鐵已 進(jìn)行了大量的研究工作，取得了豐碩的成績(jī)，其研究方向可概括為以下幾方面： （ 1）對(duì)鉻系白口鑄鐵合理化學(xué)成分的選擇、化學(xué)成分對(duì)組織和性能的影響規(guī)律及作用機(jī)理進(jìn)行了深入探討，在保證硬度的基礎(chǔ)上，盡可能提高鉻系白口鑄鐵的沖擊韌性和耐磨性，以保證耐磨件在沖擊載荷、磨料磨損工況下的穩(wěn)定使用。 （ 3）對(duì)超高鉻鑄鐵的基礎(chǔ)研究還十分薄弱如對(duì)成分、組織、熱處理工藝與性能之間的關(guān)系缺乏系統(tǒng)研究，對(duì)失效機(jī)理的分析工作亦十分薄弱。 （ 2）從金相組織與性能特點(diǎn)看亞共晶超高鉻鑄鐵在腐蝕磨損條件下具有優(yōu)良的性?xún)r(jià)比有廣闊的應(yīng)用前景。 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 本領(lǐng)域存在的問(wèn)題 （ 1）在過(guò)共晶超高鉻鑄鐵中 尤其是含碳量達(dá)到 5%以上時(shí) 初生 M7C3型碳化物數(shù)量多 且形態(tài)過(guò)于粗大 降低沖擊韌度與耐磨性。北京冶金設(shè)備研究院為河南黃河金礦生產(chǎn)了一批高鉻鑄鐵顎板，用于破碎金礦石，使用壽命 是高錳鋼的三倍以上 [5]。隨著破碎機(jī)規(guī)格的加大和機(jī)械化程度的提高，顎板的耐磨性問(wèn)題變得越來(lái)越突出。沈陽(yáng)重型機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)研制的高鉻鑄鐵襯板，已使用在各種系列立磨、中速磨上 [4]。 錳鋁復(fù)合高鉻鑄鐵的水泥磨磨輥襯板，對(duì)于厚大件其淬透性、耐磨性都不理想，僅適用于有效截面 在 100mm140mm 的鑄件上。改善定向凝固設(shè)備和工藝，以制備碳化物定向排列的高鉻鑄鐵，這也是一種值得期待的方法 [3]。蔣業(yè)華等人研究發(fā)現(xiàn)，鑄態(tài)和熱處理態(tài)兩種狀態(tài)下的 Cr28 高鉻鑄鐵的腐蝕磨損性能與高鉻鑄鐵標(biāo)樣 Cr15Mo3 相比都有顯著地提高，表現(xiàn)出優(yōu)越的耐腐蝕磨損性能 [2]。國(guó)內(nèi)外渣漿泵過(guò)流部件所用材料主要有不銹鋼、高鉻鑄鐵和鎳硬鑄鐵。 高鉻鑄鐵在渣漿泵上的應(yīng)用。尤其是與之相配的襯板必須有足夠的硬度，否則磨損過(guò)快。安徽理工大學(xué)與淮化集團(tuán)公司熱電廠(chǎng)合作制作的高鉻鑄鐵磨球在淮化集團(tuán)熱電廠(chǎng) 球磨機(jī)使用，停機(jī)開(kāi)倉(cāng)檢查無(wú)明顯破碎變形磨球，破碎率小于 %，使用效果良好 [1]。中國(guó)鋁業(yè)廣西分公司檢廠(chǎng)已研制成功并投入生產(chǎn)了一種磨球，它是用自行研制的特高鉻耐磨合金鑄鐵制成，由 于其具有良好的耐磨性及韌性，用它制作的磨球應(yīng)用在該公司氧化鋁廠(chǎng)原料車(chē)間球磨機(jī)上，獲得了很大的成功。長(zhǎng)治鋼鐵（集團(tuán)）公司為了改進(jìn)鑄鐵球的致密度，減少熱裂，通過(guò)加入不同的稀土元素，來(lái)改善鑄鐵球的化學(xué)成分和均勻性。它的耐磨性能高低對(duì)生產(chǎn)起著極為重要的作用。 球磨機(jī)是水泥、電力、礦山等行業(yè)研磨工序的主要設(shè)備，磨球是球磨機(jī)主要易損件之一。 450℃ 之后回火轉(zhuǎn)變以殘留奧氏體的分解為主，韌性下降[17]。二者共同作用致使硬度下降不明顯。cm2 由表 16 看出回火溫度可維持到 450℃ 左右，之后硬度便開(kāi)始下降。淬火溫度較低時(shí)，二次碳化物析出較多，平衡奧氏體中 C 和 Cr 含量較少，淬成馬氏體時(shí)馬氏體較軟，硬度較低；淬火溫度過(guò)高時(shí)，奧氏體達(dá)平衡時(shí)的 C 和 Cr 含量較高，使 C 曲線(xiàn)右移，空淬時(shí)有部分奧氏體殘留，從而使硬度降低；只有淬火溫度適中，空淬時(shí)才能全部淬成馬氏體，得到較高的硬度值。 高鉻鑄鐵的性能 只有碳化物得到的基體強(qiáng)有力支撐不剝落，軟的基體剝落后，硬的質(zhì)點(diǎn)起到抗磨作用，這種組織才能耐磨。鎳是比較稀貴的元素，應(yīng)該注意節(jié)約使用。在高鉻鑄鐵中，它和銅有相似的作用，有助于降低合金的冷卻臨界冷卻速率，但同時(shí)也使 Ms 點(diǎn)降低，含鎳量越高， Ms 點(diǎn)越低，含鎳量超過(guò) % 時(shí)，鑄態(tài)組織中過(guò)冷奧氏體的存在是難以避免的 [16]。調(diào)整高鉻鑄鐵的鉻碳比、硅錳比 ( 提高硅含佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 量 ) 、控制 合適的加錳量，還可以通過(guò)熱處理 ( 鑄件奧氏體化后空冷 ) 手段制造出具有奧氏體－ 貝氏體組織的高鉻鑄鐵，這種高鉻鑄鐵的綜合的機(jī)械性能和抗磨能力都是很好的，故這里選取含 Mn: % ～ % 。錳推遲珠光體轉(zhuǎn)變?cè)杏?。鉻、錳含量較高的奧氏體組織，具有較好的韌性、塑性和加工硬化性質(zhì)。隨含錳量的增加，最高回火硬度有降低的趨勢(shì)，而且達(dá)到最高回火硬度所需的時(shí)間增加。由于錳對(duì)凝固過(guò)程的這些影響，使含錳較高的高鉻鑄鐵初生奧氏體 枝晶細(xì)化，數(shù)量增加，相應(yīng)地減少了共晶組織的尺寸。一般鉻系抗磨材料的含硅量是 % ～ %。選用含硅量較高的高鉻鑄鐵時(shí)，還應(yīng)注意的一個(gè)問(wèn)題是 : 硅會(huì)使材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度提高。因而，亞 共晶高鉻鑄鐵含碳量較高時(shí)，共晶碳化物的含鉻量增加。這些強(qiáng)度性質(zhì)的改善，對(duì)于提高材料的抗磨能力是有益的。硅的固溶強(qiáng)化作用強(qiáng)于錳、鎳、鉻、鎢鉬、釩。對(duì)高鉻鑄鐵中的奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度測(cè)定表明 : 硅特別有助于提高馬氏體型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度。另外，硅使共晶含量降低，導(dǎo)致碳化物增加。硅減少共晶反應(yīng)溫度范圍，縮小固 液兩相共存區(qū)，使共晶碳化物變得較為細(xì)化，分 布更為彌散化。 碳化物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）可用下式估算： 碳化物含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（ %） =【 W（ C）】 +【 W（ C）】 %[14] 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 鉻除與碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奧氏體中提高淬透性，當(dāng)碳量不變?cè)黾鱼t量，或鉻量不變降低碳量，均能使淬透性提高。 圖 11 耐磨性與碳含量的關(guān)系 鉻量決定碳化物類(lèi)型，高鉻鑄鐵具有優(yōu)越的耐磨性主要是顯微組織中含有較多的M7C3碳化物。但基體中固溶合金元素減少 ,使基體得不到強(qiáng)化 , 引起淬透性降低。 碳量決定碳化物數(shù)量。 M7C3的硬度達(dá) 1200～ 1 800 HV, 六方晶系。亞臨界熱處理后的組織中可見(jiàn) A 逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?M[13]。 亞臨界熱處理組織：亞臨界熱處理為加熱到 400～ 600 ℃ 保溫 ,基體中首先析出細(xì)小的特殊碳化物 ,使 A 中 C 及其它合金元素下降 ,提高了 Ms 點(diǎn) ,在隨后的冷卻過(guò)程中 ,A 轉(zhuǎn)變佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 為 M,產(chǎn)生二次淬硬現(xiàn)象 ,使殘余奧氏體減少 ,硬度提高。通過(guò) A 化溫度以上保溫使原轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物再回轉(zhuǎn)變成 A ,同時(shí)從 A 中析出細(xì)的次生碳化物 ,動(dòng)搖 A 的穩(wěn)定性 ,從而確保全部或大部分 A 轉(zhuǎn)變?yōu)?M 這種理想的組織。高鉻鑄鐵的熱處理有高溫?zé)崽幚?、亞臨界熱處理等 [12]。在組織中有許多類(lèi)似夾雜物的黑塊 ,經(jīng)高倍組織觀察 ,發(fā)現(xiàn)仍然是初生的 A 相的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 ,里邊有析出的顆粒狀碳化 物 ,可能是先期轉(zhuǎn)變組織發(fā)生自回火的結(jié)果。高鉻鑄鐵的鑄態(tài)組織為 A + M,碳化物為菊花狀的 M7C3 型。當(dāng)達(dá)到共析轉(zhuǎn)變溫度范圍 (760～ 595 ℃ ) 以下時(shí) ,不穩(wěn)定的 A 依據(jù)冷速可以轉(zhuǎn)變成珠光體、貝氏體或馬氏體。高鉻鑄鐵的碳化物析出過(guò)程非常緩慢 ,就導(dǎo)致了凝固時(shí)形成的 A 常常過(guò)飽和 C 和 Cr ,并且非常穩(wěn)定 ,當(dāng)溫度降到 1 175 ℃ 時(shí) ,出現(xiàn)了四相包晶反應(yīng)平臺(tái) ,但在 此平臺(tái)溫度以下 ,仍然得到 A 相和碳化物相 [11]。 （ 1） 鑄態(tài)組織：高鉻鑄鐵在鑄態(tài)時(shí)組織為 (Cr ,Fe) 7C3 和金屬基體組成 ,由于成分和冷卻速度的不同 ,金屬基體可以是鐵素體、奧氏體或馬氏體以及它們的混合組織。高鉻鑄鐵組織中 ,隨 Cr 含量的增佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 加 ,片狀的 (Fe ,Cr) 3C 向三角形的 (Cr ,Fe) 7C3 轉(zhuǎn)變 ,引起了共晶團(tuán)形態(tài)發(fā)生了根本的變化。即經(jīng)典的高鉻抗磨鑄鐵 153（ Cr15Mo3）和 1521（ Cr15Mo2Cu），現(xiàn)如今克萊梅克斯公司執(zhí)行高鉻鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)如下： 表 14 美國(guó) Climax鉬公司規(guī)定的高鉻鑄鐵成分（質(zhì)量分子數(shù)） % 成分 牌號(hào) 121 153 1521 2021 超高碳 高碳 中碳 低碳 C Cr 1114 1416 1416 1416 1416 1416 1821 Mo Cu ＜ Mn Si S ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ P ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ 空冷時(shí)不出現(xiàn)珠光體的最大斷面(mm2) 70 90 120 200① ＞ 200 硬度HRC 鑄態(tài) 6067 5156 5054 4448 5055 5054 淬火 6267 6065 5863 6067 6067 退火 4044 3642 3540 4044 3843 注： ① 碳含量為下限時(shí)，大斷面中可能出現(xiàn)貝氏體。 1928 年該公司首先發(fā)明了鎳硬鑄鐵，把抗磨鑄鐵科技推向了一 個(gè)空前高度。俄羅斯在前蘇聯(lián)時(shí)期曾研制了 1215%Cr、 %Mn，壁厚達(dá) 200mm 的球磨機(jī)襯板，現(xiàn)執(zhí)行 ?OCT7769 標(biāo)準(zhǔn) [8]。C 保溫 28h，出爐空冷或爐冷 KmTBCr26 9601060186。C 以下出爐空冷或爐冷 9601020186。C 保溫 18h,緩冷至 700750186。C 保溫 26h，出爐空冷 200300186。C 保溫 48h,緩冷至600186。C 保溫 28h，出爐空冷或爐冷 KmTBCr15Mo 920960186。C以下出爐空冷或爐冷 920980186。C 保溫 18h,緩冷至 700750186。我國(guó)抗磨白口鑄鐵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T8623）規(guī)定了高鉻白口鑄鐵 的牌號(hào)、成分、硬度及熱處理工藝和使用特性。早在 1917 年就出現(xiàn)了第一個(gè)高鉻鑄鐵佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 專(zhuān)利。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。另一方面，在凝固過(guò)程中 M7C3 型碳化物呈桿狀孤立分布，使得高鉻鑄鐵的韌性有了一定程度的改善。 高鉻鑄鐵是含鉻量在 12%28%之間的鉻系白口鑄鐵， 由于鉻的大量加入使得白口鐵中的 M3C 型碳化物變成 M7C3 型碳化物。當(dāng)溫度降低時(shí)， 奧氏體將發(fā)生轉(zhuǎn)變。 高鉻鑄鐵是以 Fe， Cr， C 為基本成分的多元合金。高鉻鑄鐵已被譽(yù)為當(dāng)代最優(yōu)良的抗磨料磨損材料，并日益得到廣泛應(yīng)用。 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 課題背景 課題背景 高鉻鑄鐵是繼普通白口鑄鐵﹑鎳硬鑄鐵發(fā)展起來(lái)的第三代耐磨材料。因此如何獲得高硬度的 M7C3 碳化物并使高鉻鑄鐵的硬度和韌性達(dá)到良好的配合，提高耐磨性，一直是國(guó)內(nèi)外研究的主要課