铸造合金及其熔炼---第4章 特种性能铸铁

第四章特种性能铸铁第一节减摩铸铁第二节冷硬铸铁第三节抗磨铸铁第四节耐热铸铁第五节耐蚀铸铁第一节减摩铸铁1、定义：摩擦系数小、磨损少、抗咬合性好2、影响磨损因素：成分、组织、性能、条件（润滑、载荷、速度、表面质量）3、现有磨损机理图4-14、我们研究：成分、组织、性能5、减摩组织特征：软基体、硬质点一、G对铸铁减摩性的影响1、G：固体润滑剂形成G润滑膜图4-2吸附保存润滑油空穴存油2、影响形成润滑膜的因素基体太硬不易形膜G形状片状好球不易形膜G大小小,不易成膜。但，大对基体不利综合蠕虫状好二、基体组织对减摩铸铁的影响理论越硬越耐磨，但，不易形膜，综合P最好，细小P最好。在轻微磨损下，B下最好，M次之，P最差严重磨损时，都差不多三、常用减摩铸铁普通灰铁、球铁即是，例如机床、活塞环（一）含磷铸铁原理：二元、三元磷共晶断续网状分布（硬质点）提高耐磨性图4-3一般含磷0.4—0.7%特点：流动性好，提高30—50%表4-2铸造应力大（P降低导热性、磷共晶膨胀、磷共晶与基体导热系数不同）应用：机床导轨、气缸套、摩阻零件（刹车瓦）（二）钒钛铸铁成分：V：0.3—0.5%，Ti：0.15—0.35%原理：V、Ti与C、N形成化合物硬质点细化晶粒（P、G）F少表4-3应用：机床导轨、活塞环、缸套（加Cu、B）（三）硼铸铁成分：0.03—0.08%原理：形成硼碳化物，偏析在晶界网状分布，含磷时，形成磷硼碳化物，硬度更高（B阻遏石墨化）应用：气缸套、活塞环表4-4第二节冷硬铸铁组织：外层白口，内层灰口，中间麻口性能：外硬、内韧应用：摩擦磨损、磨料磨损一、化学成分、组织特点激冷层硬度、深度是冷硬铸铁的关键，1、成分：C、SiC调整硬度（C多，渗碳体多）Si调整深度（Si多，深度浅）石墨化合金元素：增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V（最强）减小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P（最弱）（Ti有问题）影响硬度C、Nb、P、Mn、Cr、Mo、V、Si（最弱）影响麻口：C、S、P减小麻口Cr、Al、Mn、V增加麻口2、组织白口层：普通冷硬铸铁（P+Fe3C）低合金冷硬铸铁（S+B上+Fe3C）高合金铸铁（B+M少量+Fe3C）麻口层：白口（与上相同）+G二、冷硬铸铁的获得与性能特征1、获得：成分、工艺控制工艺：激冷金属型复合铸造双金属铸铁影响激冷层工艺因素：（1）炉料性质炉料白口多，铸件白口多（2）熔炼工艺铁液温度，过热温度越高，静置时间越长，白口越多（形核能力降低）。浇铸温度越低，白口越多。（3）铸型工艺冷铁厚度：壁厚大，冷铁厚度大一般冷铁厚度/铸件厚度1：2-4成分：碳、硅减少白口层，但不能太少，碳少硬度不够。图4-5，图4-6合金元素图4-92、性能：白口硬度高，但脆性大麻口硬度低，但韧性好图4-8，图4-9三、冷硬铸铁的应用主要应用于各种轧辊（耐磨，白口，强度要求高，麻口）轧辊的生产方法：一体铸造，溢流铸造，离心铸造图4-10、11、12第三节抗磨铸铁1、定义：抵抗磨料磨损相对耐磨性=标准磨损/试样磨损2、耐磨原理：磨料磨损磨料对金属刮削金属硬度、磨料硬度、外加力相对耐磨性与金属硬度、磨粒硬度的关系Ha/Hm﹤0.7—1.1耐磨性最好图4-14﹥0.7—1.1耐磨性开始变差﹥1.1—1.3耐磨性不变﹤0.7—1.1，﹥1.3—1.7增加硬度无意义。因此，单纯提高硬度，对铸铁而言，不能提高耐磨性，硬度高，脆性大，反而降低耐磨性。一、普通白口铁1、成分：高C低Si，Si﹤1%,Mn﹤1%一般不含或少量的合金元素2、组织：P+Fe3CLd3、性能：脆性大、耐磨性差4、应用：铧犁，磨粉机的磨片导板二、镍硬白口铁1、成分：在普通白口铁中加入一定量的镍4—6%，铬2-8%，2、组织：M+A3、性能：提高硬度韧性4、应用：轧辊，球磨机，杂质泵镍短缺昂贵元素，尽量少用，我国少用。三、铬系白口铁1、铬的作用提高淬透性，稳定奥氏体改变共晶碳化物类型，铬量不同，可得M3C、M7C3、M23C6硬质相，提高硬度，M7C3硬度最高表4-14M3C网状分布，M7C3、M23C6条状或条块状形貌图4-19、20（一）、低铬白口铁1、成分：在普通白口铁的基础上加入少量的铬元素Cr=1—5%2、组织性能：形成(Fe,Cr)3C提高硬度，提高韧性（原渗碳体是蜂窝状,对基体割裂）(Fe,Cr)3C形态，部分网状和板条状3、应用：球磨机（二）中铬白口铁1、成分：Cr=7—11%2、组织：M3C、M7C3混合物3、性能：与镍硬铸铁相近，介于低铬和高铬之间表4-164、应用：取代镍硬铸铁（三）、高铬白口铸铁1、成分：Cr=12—28%（1）Cr、C重要元素，影响形成M7C3的数量碳化物数量=12.33（%C）+0.55（%Cr）-15.2C：一般调节碳量调节M7C3的数量Cr/C：影响M7C3相对数量，一般大于5能获得大部分，高铬还能提高淬透性图4-22（2）Mo、Mn、Cu提高淬透性Mo：提高淬透性（融入A中），提高硬度（Mo2C）Cu：提高淬透性，降低Ms线，2%左右Mn：提高淬透性，提高硬度(Fe,Mn)3C，降低Ms线，和Mo共同作用，提高淬透性更大。﹤1%常用：15Cr-3Mo，15Cr-3Mo-1Cu，20Cr-2Mo-1Cu2、组织：基体（F、A、P、M）+M7C3M7C3（六角形杆状及板条状）组织韧性好3、铸造工艺1）充分补缩（与铸钢相同）2）浇铸系统按灰铁计算各断面面积增加20—30%即可3）不适宜用冲天炉熔炼（铬烧损）4）浇铸温度不要太高，比液相线高55℃即可4、热处理特点：有二次碳化物的析出和溶入（基体过多地融入了碳及合金元素，加热时，易析出，温度再高，又溶入。）二次碳化物的析出，提高Ms线，获得M多，减少残余A。但，使C曲线左移，降低淬透性。淬火温度随铬量的增大而增大5、性能强度硬度高，韧性好，（奥氏体、马氏体）取决于基体和M7C3M7C3规则排列强度可达3100MP6、应用球磨机，输送煤灰管道，工业杂质泵表4-23第四节耐热铸铁铸铁高温缺陷：生长、氧化、机械性能下降1、定义：抗高温氧化生长、具有高温强度、硬度的铸铁。2、分类：Si、Al、Cr耐热铸铁。3、耐热分级：稳定性，表4-24一、铸铁高温氧化（一）氧化过程氧化产物的存在形式：﹤570℃Fe3O4—Fe2O3﹥570℃FeO--Fe3O4—Fe2O3高温氧化三步骤：1）氧原子在铁表面形成化学吸附，2）受Fe-O化学反应控制的氧化过程，氧的供给超过反应速度，﹥1000℃例外。3）受扩散速度控制的氧化过程，氧化膜增厚，供氧量不足。（二）影响铁氧化的因素氧化膜性质、合金元素、基体、G特征1、氧化膜性质的影响（是否完整）1）氧化膜是否完整，决定是否继续氧化。用PB比考察：γ=VMO2/VMγ﹥1膜完整，有保护性γ﹤1膜不完整，没有保护性但当γ1膜易破裂，也不具保护性，实践证明，稍大于1最好，表4-252）氧化膜的导电性氧化膜导电有离子组成，离子扩散增大氧化综合前两项，铝、硅、铬最好，氧化铁导电性好。2、合金元素合金元素抗氧化的条件：1）氧化物PB比大于1，低的导电性2）与氧的亲和力大于铁3）元素的氧化物与铁的氧化物互不溶解稀土氧化物也很好，可以抗高温氧化3、铸铁组织对氧化的影响G形状QTRuTHTG大小，晶粒细，不利于内部氧化，二、铸铁高温下生长1、低于相变温度的生长（400-600℃）P—F+G膨胀生长措施：1）获得铁素体基体铸铁2）加入稳定P组织的元素，Cr、Sn等2、在相变温度范围的生长F—AG溶入A中AFA析出G，没回原位，形成空洞，生长措施：提高相变温度、降低使用温度。3、高于相变温度的生长氧化增重三、常用耐热铸铁（一）中硅耐热铸铁1、耐热原理：形成氧化膜SiO2、形成单一F基体提高相变温度。表4-292、成分、组织Si：5—6%，C：2.2—2.6%图4-28、29F+G（片状、球状）球状好3、铸造工艺特点：流动性好、线收缩大（C少）铁液易氧化、铁液易产生G漂浮4、应用：锅炉。（二）含铝耐热铸铁1、耐热原理：形成氧化膜Al2O3、形成单一F基体、提高相变温度。2、成分、组织Al：2—6%（低），16—26%（高）图4-30F+G+铁铝化合物硬度高、耐热3、工艺特点：熔制困难：Al密度小，偏析、氧化，烧损大、易产生G漂浮。高铝流动性好，但氧化膜阻遏流动性。4、应用：加热炉底板，换热器等（三）含铬耐热铸铁1、耐热原理形成保护膜、无G（高Cr，同抗磨白口铁）2、应用高炉、焦炉、烧结炉具有较高的高温强度、硬度、耐磨性第五节耐腐蚀铸铁1、腐蚀：化学、电化学、机械、生物腐蚀等，电化学腐蚀最严重图4-312、提高耐蚀途径：形成保护膜、形成单相组织、提高基体的电极电位。3、方法:加入合金元素，加入量：（固溶体中）塔曼定律，1/8、2/8……11/8表4-31质量百分数原子份数一、高硅耐蚀铸铁1、成分：Si14.4—18%，图4-32、332、组织：F+G+硅铁化合物（脆性）3、性能：硬、脆，耐酸腐蚀，不耐碱、氢氟酸、氟化物加稀土、铜，可提高韧性4、应用：耐酸铸件二、含铝耐蚀铸铁1、成分：Al=4—6%（高了，脆性大）2、组织：P+F+G+Fe3Al（少量）3、性能：耐碱蚀、耐热性好4、应用：化工泵、叶片三、高铬耐蚀铸铁1、成分：Cr=24-35%，C量要低图4-34图4-35、36要求：Cr＞10C+12.5%2、组织：F+A+（Fe、Cr）3C3、性能：耐氧化性酸，盐酸，力学性能好4、应用：砂泵、矿浆泵等四、高镍耐蚀铸铁1、成分：Ni=13.5-36%表4-332、组织：A+G3、性能：抗换原性腐蚀介质的腐蚀4、应用：耐碱蚀元件总之：要看工况条件（酸、碱）决定选哪种铸铁耐蚀。没有适合所有条件的材料。