第四章 特种性能铸铁 Microsoft PowerPoint 演示文稿

第四章特种性能铸铁特种性能铸铁——指服役过程中能满足特殊使用性能的铸铁，主要包括减摩铸铁、抗磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁。一.石墨对铸铁减摩性的影响★石墨的作用:(1)可作固体润滑剂；（2）储存润滑剂促进油膜形成。★片状石墨成膜能力强，球状石墨成膜能力弱，蠕墨介于两者之间。第一节减摩铸铁二.基体组织对铸铁减摩性的影响珠光体是最理想的基体，铁素体较差。三.常用的减摩铸铁1.含磷铸铁（1）含磷铸铁——一般指含磷量高于0.3%的灰铸铁a.P在铸铁基体中的固溶度很低，凝固过程中在最后凝固的晶界处往往出现二元磷共晶（F+Fe3P）或三元磷共晶（F+Fe3C+Fe3P）。一般P﹥0.15%就会出现磷共晶。b.磷共晶硬度较高：600～800HV，以断续状分布在基体金属中，不易剥落，对提高铸铁的耐磨性有利。高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶100高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶100高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶100（2）铸造性能a.P↑，液相线↓，共晶温度↓→流动性↑；b.P﹥0.4%，缩松倾向↑；c.P↑，铸铁导热性↓磷共晶与基体热膨胀系数不同，应力↑。（3）应用：机床导轨，拖拉机和柴油机缸套，刹车闸瓦等2.钒钛铸铁V=0.3～0.5%，Ti=0.15～0.35%。V、Ti与碳和氮有很强的亲和力，易形成高硬度的碳化物和氮化物质点，显微硬度可达960～1840HV，弥散分布在基体中，使铸铁的耐磨性大大提高。3.硼铸铁B=0.03-0.08%.硼铸铁凝固时，硼在A中固溶度只有0.018%，在晶界的残留液体中富集B元素，当B在金属液富集到一定程度（大于0.5%）后，将阻碍G析出，凝固按Fe-Fe3C介稳定系进行，在共晶团晶界处析出断续状或连续状含硼碳化物相，这种固溶有B的碳化物硬度比Fe3C高，约1100HV第二节冷硬铸铁冷硬铸铁——通过一定的工艺方法，使铸件激冷层的组织形成白口或麻口，铸件内部组织仍保持灰口的铸铁。特点：外硬内韧一.化学成分及组织特点1.化学成分★激冷层深度、硬度决定铸件的使用寿命★成分特点：（1）Si↓，冷硬层深度↑；（2）C↑，冷硬层硬度↑；（3）合金元素。2.组织特点冷硬铸铁的组织最外层：白口中间层：麻口内层：灰口（1）白口冷硬铸铁a.普通冷硬铸铁外层：白口（P+C共晶）次外层：麻口（P+C共晶+G）内层：灰口（P+G）b.低合金冷硬铸铁外层：S+B上+C共晶内层：P+Gc.高合金冷硬铸铁外层：B下+M+C共晶内层：P+G（2）麻口冷硬铸铁a.普通麻口冷硬铸铁外层：P+C共晶+G内层：P+Gb.低合金麻口冷硬铸铁外层：B+M+C共晶+G内层：P+Gc.高合金麻口冷硬铸铁外层：M+B+C共晶+G内层：P+G二.生产及性能特点1.生产方法（1）在铸件需要激冷部位放置蓄热系数大的铸型；（2）离心铸造时分两次浇入两种不同成分的铁水。2.性能特点a.白口冷硬铸铁：耐磨性↑↑，抗拉强度↓，冲击韧性↓，热冲击性能↓。b.麻口冷硬铸铁：耐磨性↑，抗拉强度↑，冲击韧性↑，热冲击性能↑。三.冷硬铸铁应用耐磨性与强度要求比较高的场合典型应用：轧辊第三节抗磨铸铁抗磨铸铁——用于抵抗磨料磨损（由硬颗粒或突出物作用使材料迁移导致的磨损）的铸铁一.耐磨性及影响因素1.材料的耐磨性绝对耐磨性——磨损量的倒数相对耐磨性=试验试样的磨损量标准试样的磨损量2.影响耐磨性的主要因素（1）外部条件：载荷、速度、温度、磨料的性质。（2）内部条件：组织和性能。高的硬度，一定的韧性。二.普通白口铁1.应用2.化学成分（1）高C；2.2-3.6%（2）低Si；﹤1%（3）Mn稍高；﹤1%（4）合金元素↓。犁铧、面粉机磨辊、球磨机磨段、抛丸机铁丸3.组织P+Fe3C4.性能（1）脆性大；（2）耐磨性较差。三.镍硬白口铸铁1.应用2.化学成分高C低Si，高Ni（提高淬透性、获得M），高Cr。3.组织4.性能冶金轧辊、球磨机衬板、磨球。马氏体+碳化物四.铬系白口铁Cr↑，碳化物的形态：（Fe、Cr）3C→（Fe、Cr）7C3→（Fe、Cr）23C6（Fe、Cr）3C：连续网状或板状1000-1230HV（Fe、Cr）7C3：不连续条状或条块状1200-1800HV（Fe、Cr）23C6：不连续条状或条块状1140HV1.低铬白口铸铁Cr﹤5%组织：P+（Fe、Cr）3C宏观硬度450-550HB2.中铬白口铸铁Cr=7-11%组织：P+（Fe、Cr）7C3+（Fe、Cr）3C3.高铬白口铸铁Cr=12-28%组织：M+（Fe、Cr）7C3+（Fe、Cr）23C6（1）性能特点a.高硬度，高耐磨性；b.较好的韧性；c.淬透性高；b.高抗腐蚀磨损和高抗氧化性。（2）化学成分a.CC↑碳化物↑；C↓碳化物↓，A稳定性↓，易出现PC=2.4-3.5a.Cr当Cr﹥10%时，M7C3才能成为主要碳化物，Cr↑淬透性↑c.合金元素Mo、Mn、Cu提高淬透性（3）铸造性能a.设计冒口；b.减少铸件收缩时的受阻；c.缓冷；d.用电炉熔炼；e.低温浇注。（4）铸态组织M+A+P+M7C3（5）热处理a.退火目的：降低硬度，便于加工。（6）应用b.淬火目的：消除A、P，获得M。高铬铸铁基体马氏体→水泥行业珠光体→冲击较大场合奥氏体→湿磨工况第四节耐热铸铁金属的氧化——金属从表面开始逐渐向金属化合物变化的现象金属的生长——金属在高温下工作，其体积将发生不可逆转的胀大现象耐热铸铁——在高温条件下，具有一定的抗氧化和抗生长性能，并能承受一定载荷的铸铁一.铸铁在高温下的氧化1.氧化过程（1）氧原子在铁表面形成化学吸附（2）受Fe-O化学反应速度控制的氧化过程;（3）受扩散速度控制的氧化过程.2.影响铸铁氧化的因素（1）氧化膜的性质;Fe+O2→FeOT1000℃时，FeO膜厚度达到500Å，隔绝氧与金属基体的直接接触，此时，铁的氧化就开始受金属铁离子通过FeO膜不断扩散至表面与氧反应。rγ=VmVmoa.氧化膜的致密度系数二.高温生长1.低于相变温度时的生长温度:400~600℃;原因:P→F+G;（2）合金元素;（3）组织.γ1时，氧化膜致密，具有保护作用;γ1时，氧化膜疏松，不具有保护作用。b.氧化膜的导电率导电率↑，离子扩散运动↑，氧化↑;Al、Si、Cr、γ↑，导电率↓，抗氧化↑;措施:a.使基体全部为F;b.加入稳定P的合金元素.2.在相变温度范围的生长原因:FA;产生大量的孔洞.措施:a.提高相变点温度;b.调整工作温度.3.高于相变温度时的生长原因:氧化措施:防止氧化.三.常用耐热铸铁1.中硅耐热铸铁(1)硅的作用形成单一的F形成致密的氧化膜SiO2提高F—A相变温度Si﹥5%，C=2.2~2.6%灰铁：F+G片状（2）组织球铁：F+G球状（3）性能：力学性能和耐热性能↑2.含铝耐热铸铁（1）Al的作用促进G化，形成单一的F形成致密的氧化膜Al2O3提高F—A相变温度（2）Al的含量：Al﹥5%，22%（3）组织灰铁：F+G片状+ε球铁：F+G球状+ε（4）性能耐热温度↑↑3.含铬耐热铸铁（1）Cr的作用提高淬透性，获得单一的A形成致密的氧化膜Cr2O3提高F—A相变温度阻碍G化，稳定P（2）含量高Cr：15-18A基体低Cr：0.5-2P基体（3）组织高Cr：A+M7C3低Cr：P+G片状（4）性能高温下具有抗磨性第五节耐腐蚀铸铁腐蚀氧化腐蚀电化学腐蚀4.蠕虫状石墨的形成过程