【正文】 材料，通過(guò)碳、鉻含量水平的調(diào)整或選擇，可以獲得不同 工礦條件下過(guò)流件的最佳使用效果。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]。西安交通大學(xué)研究的 Cr28%左右的高鉻鑄鐵和利用稀土變質(zhì)處理的高鉻鑄鐵耐沖刷腐蝕性能優(yōu)越，可望成為渣漿泵過(guò)流件的新材料。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]。 高鉻鑄鐵在水泥磨上的應(yīng)用。 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。厚大截面的磨輥襯板需要有一定抗沖擊能力的高鉻鑄鐵品種，用于大型水泥立磨。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]。 高鉻鑄鐵在破碎機(jī)鄂板上的應(yīng)用。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。因顎板耐磨性差，造成頻繁更換，不僅增加了破礦成本，而且降低了生產(chǎn)率，增大了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，因此，提高顎板耐磨性問(wèn)題已引起了人們的重視。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]。江西科學(xué)研究所研制的高鉻鑄鐵顎板在滸坑鎢礦試用表明，其耐磨性比高錳鋼提高兩倍以上 [6]。 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。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用變質(zhì)與激冷等工藝措施細(xì)化球化碳化物時(shí)可顯著提高耐磨性能但使碳化物細(xì)化與團(tuán)球化的技術(shù)離實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用還有很大距離。 （ 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。但目前的應(yīng)用范圍僅限于磷酸腐蝕工況需要 進(jìn)一步推廣。 （ 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。 （ 4） )超高鉻鑄鐵系高合金材料鑄造性能不佳要使之穩(wěn)定生產(chǎn)在鑄造生產(chǎn)工藝方面還要做大量的工作 高鉻鑄鐵的研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)鑄造工作者關(guān)于鉻系白口鑄鐵的研究主要集中在化學(xué)成分選擇、熱處理工藝確定、變質(zhì)劑選擇、良好碳化物類(lèi)型的獲得及磨損機(jī)理研究等領(lǐng)域。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。 （ 2）在化學(xué)成分合理的基礎(chǔ)上，對(duì)鉻系白口鑄鐵的熱處理工藝進(jìn)行研究，以得到與型碳化物良好搭配的基體組織，充分發(fā)揮高硬碳化物的耐磨性和基體對(duì)碳化物的穩(wěn)固作用，保證在不同使用工況下耐磨性的良好發(fā)揮。 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。 （ 4）對(duì)傳統(tǒng)的砂型鑄造方法進(jìn)行改進(jìn)，將傳統(tǒng)材料與現(xiàn)代材料加工方法相結(jié)合，探討了金屬型鑄造、噴涂成型、快速凝固等新工藝在鉻系白口鑄鐵制備中的應(yīng)用，為改善組織形態(tài)、提高鑄件性能提供更廣闊的空間。 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。隨著研究工作日趨深入、完善， 鉻系白口鑄鐵將具有更廣闊的應(yīng)用前景。 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 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。選擇成分時(shí)必須依據(jù)下列兩個(gè)條件： （ 1） 碳化物的形態(tài)、數(shù)量、分布 （ 2） 基體組織的調(diào)整。 合金元素中對(duì)碳化物的形態(tài)、數(shù)量、分布其主要作用的是 C 和 Cr；與基體組織有關(guān)的元素主要有淬透性生成碳化物的元素： Cr、 Mo、 Mn、 V 等。 改變碳化物的形狀和分布的途徑較常使用的是變質(zhì)處理。通過(guò)對(duì)鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理，控制碳化物的生長(zhǎng)過(guò)程，穩(wěn)定碳化物的組織和形狀，同時(shí)也起到細(xì)化晶粒的作用，使碳化物團(tuán)?；?，同時(shí)獲 得韌性和抗磨性的良好配合。當(dāng)鑄鐵組織中的碳化物類(lèi)型為孤立的M7C3 時(shí)，這種碳化物硬度高對(duì)基體的割裂作用小，利于高鉻鑄鐵綜合性能的提高 [18]。為了獲得孤立的 M7C3型化合物，避免網(wǎng)狀碳化物的生成，應(yīng)嚴(yán)格控制鑄鐵中的 Cr/C。 表 21 試樣的化學(xué)成分 元素 C Cr Mn Mo Si 含量 % 26% % % % 表 22 試樣中釩的加入量 試樣編號(hào) 1 2 3 V 含量 0 % % 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 造型工藝 采用樹(shù)脂自硬砂造型 (1)造型宜采用水玻璃硅砂等強(qiáng)度高且透氣性好的砂型，涂料應(yīng)采用耐火度高的高鋁粉或鎂粉與酒精混合拌制。另外，為獲得細(xì)晶粒組織和好的表面質(zhì)量，在鑄件外形不太復(fù)雜的情況下，金屬型鑄造也被廣泛采用。 (2)高鉻鑄鐵的收縮量與鑄鋼相近，模樣制作上其線收縮率可按 %2%進(jìn)行計(jì)算[19]。在砂型制作上，其冒口大小可按碳鋼的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，而澆注系統(tǒng)則按灰鑄鐵計(jì)算，但需把各截面積增加 20%30%。澆冒口的選擇應(yīng)注意兩個(gè)方面 :一是要保證鑄件工作帶 ( 使用部位 )的質(zhì)量；二是要盡量 提高鑄件的成品率。 (3)由于高鉻鑄件的冒口不易切除，因此造型時(shí)在冒口形式上宜采用側(cè)冒口或易割冒口。 熔煉與澆注 鐵液由 12kg 中頻感應(yīng)電爐熔化，鐵液過(guò)熱溫度為 1520—1560℃ ，澆注溫度為1410—1450℃ (1)出爐溫度高鉻鑄鐵的熔點(diǎn)比一般鑄鐵高約為 1200℃ ，出爐溫度約為 1500℃ ，熔煉選用中頻感應(yīng)電爐。 (2)爐襯采用酸性或堿性爐襯均可，爐襯的配比、打結(jié)、烘干和燒結(jié)均按常規(guī)工藝進(jìn)行。 (3)裝料一般按正常順序加料，先將灰生鐵、鉬鐵等難熔鐵合金裝入爐底，而后將廢鋼等按照下緊上松的原則裝填 (有助于塌料 )。 (4)送電熔化將電爐功率調(diào)至最大進(jìn)行熔化，由于 Cr的熔煉損耗較大 (約 5%15%)，故鉻鐵應(yīng)在最后加入，通常是待廢鋼全部熔化后加入烤紅的鉻鐵。 (5)脫氧待金屬爐料全部熔化并提溫至 1480℃ 后，再加入錳鐵、硅鐵及鋁進(jìn)行脫氧。 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) (6)澆注在中頻感應(yīng)爐中熔化，溫度不必太高，溫度達(dá)到 1480℃ 時(shí)即可出爐，鐵液在包內(nèi)應(yīng)停留一段時(shí)間進(jìn)行鎮(zhèn)靜，視工件大小不同可在 13801410℃ 之間進(jìn)行澆注。 實(shí)驗(yàn)方法 熱處理 （ 1） 淬火：高鉻鑄鐵在鑄態(tài)和淬火態(tài)都具有很好的耐磨性。但在實(shí)際的工作過(guò)程中鑄態(tài)的高鉻鑄 鐵不一定能得到需要的組織，為了發(fā)揮其耐磨性能，常常將其處理成淬火態(tài)馬氏體組織，使基體組織更耐磨，更好的支持碳化物，實(shí)驗(yàn)中選用的淬火溫度為960℃ 。 （ 2） 回火：回火是鑄件淬火后必不可少的工序?；鼗饻囟冗x取為 260℃ ，使鑄件淬火后的的組織趨于均勻。 （ 3） 加熱溫度為： 960℃ 保溫時(shí)間為： 2h 冷卻方式：空冷 回火溫度為：260℃ 回火時(shí)間為： 3h 圖 21 鑄件的熱處理工藝曲線 測(cè)試樣的沖擊韌度值 實(shí)驗(yàn)采用 JB30A 型沖擊試驗(yàn)機(jī)，試樣熱處理后經(jīng)磨床打磨成無(wú) 缺口的擺錘式?jīng)_擊試樣，每組 6 根。下圖（ 22）為沖擊試樣圖 [20] 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 圖 22 沖擊試樣 測(cè)試樣的洛氏硬度值 試驗(yàn)所用的硬度計(jì)為 HR150T 型洛式硬度計(jì)，從做完沖擊試驗(yàn)的鑄件中隨機(jī)抽取一根進(jìn)行硬度檢測(cè)，在鑄件的不同部位測(cè)量 3 點(diǎn)，取其平均值為該組高鉻鑄鐵的硬度值（ HRC）。 斷口形貌觀察 從擺錘式?jīng)_擊斷裂試樣上截取斷口部分，經(jīng)丙酮清洗后在掃描電子顯微鏡（ SEM）下進(jìn)行斷口形貌的觀察。 金相組織觀察 對(duì)每組試樣經(jīng)打磨、拋光、腐蝕后在金相顯微鏡下觀察組織形貌。 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 第 3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 釩對(duì)高鉻鑄鐵組織 的影響 高鉻鑄鐵的鑄態(tài)組織 高鉻鑄鐵的鑄態(tài)金相組織為共晶碳化物 +奧氏體 +及奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，如圖 31。當(dāng)Cr 含量大于 12%時(shí)，高鉻鑄鐵的共晶碳化物主要是 M7C3型共晶碳化物，所以高鉻鑄鐵的鑄態(tài)組織為奧氏體 +M7C3型碳化物，碳化物呈菊花狀和條塊狀 [21]。 （ a） （ 1000） 圖 31 高鉻鑄鐵的鑄態(tài)金相組織 高鉻鑄鐵的熱處理態(tài)組織 高鉻鑄鐵加入釩元素?zé)崽幚砗蟮慕M織為馬氏體 +碳化物 +彌散分布的二次碳化物，如圖 32 所示。未加釩的組織中碳化物比較粗大，呈長(zhǎng)片狀或長(zhǎng)條狀，有尖銳棱角，并以網(wǎng)狀碳化物存在。加入釩以后高鉻鑄鐵的碳化物明顯細(xì)化，形態(tài)也發(fā)生改變，共晶碳化物由原來(lái)的連續(xù)網(wǎng)狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)楣铝⒌膱F(tuán)塊狀分布，長(zhǎng)條形的碳化物明顯變短，尖角明顯鈍化 [22]。當(dāng)加入釩 %時(shí)，碳化物由長(zhǎng)條狀變短，組織得到細(xì)化，當(dāng)加入釩 %時(shí)，碳化物進(jìn)一步變短，呈現(xiàn)團(tuán)塊狀，分布更加均勻。 佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) （ a） 未加釩 （ b） 加入釩 % （ c） 加入釩 %（ 1000） 圖 32 經(jīng)熱處理后高鉻鑄鐵的金相組織 結(jié)果分析 因?yàn)殁C在鑄鐵中既能強(qiáng)化基體，又能與碳、氧結(jié)合形成極穩(wěn)定的化合物，釩通常以VC、 V2C、 V2O5等顆粒形態(tài)，分布于鑄鐵組織中 [23]。 釩是強(qiáng)烈的碳化物形成元素，可以穩(wěn)定高鉻鑄鐵中的碳化物，鑄態(tài)時(shí)，釩和碳不僅能形成初生碳化物，而且形成二次碳化物，降低奧氏體中碳的濃度，使奧氏體不穩(wěn)定，提高馬氏體轉(zhuǎn)變溫度 Ms ，在鑄態(tài)容易獲得馬氏體。極小的碳化釩顆粒均勻分布組織中，提高機(jī)械性能，此外釩在結(jié)晶時(shí)可作為外來(lái) 核心，明顯控制結(jié)晶過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大和碳化物晶界的移動(dòng)，從而細(xì)化組織，改善碳化物分布，減少粗的柱狀晶組織，改善性能。 高鉻鑄鐵在鑄態(tài)冷卻過(guò)程中，其基體相過(guò)飽和地溶解了合金元素及碳元素，而處于佳木斯大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) 不穩(wěn)定狀態(tài)。在隨后的熱處理過(guò)程中，隨著加熱溫度的升高，碳及合金元素的擴(kuò)散能力逐漸增加，必然導(dǎo)致二次碳化物的析出。二次