铸造工程基础课件：铸铁-

铸铁3.1铸铁的基础知识 3.2灰铸铁3.3球墨铸铁3.4蠕墨铸铁

3.5可锻铸铁

3.6特殊性能铸铁

3.7铸铁的熔炼

3.1铸铁的基础知识3.1.1铁-碳合金双重相图由于铸铁中的碳（C）可能以石墨（以符号G表示）或渗碳体（Fe3C）两种独立相的形式存在，因而铁碳合金系相图存在着Fe-C（石墨）和Fe-Fe3C两套体系，图3.1所示为铁碳合金双重相图，分别以虚线和实线表示。Fe-C（石墨）相图和Fe-Fe3C相图的主要不同之处在于：（1）稳定平衡的共晶点C’的成分和温度与C点不同（2）稳定平衡的共析点S’的成分和温度与S点不同从这里看出在稳定平衡时的共晶温度和共析温度都比亚稳定平衡的高一些。共晶温度高出6℃，共析温度高出9℃。在共晶温度时和石墨平衡的奥氏体中的含碳量（相当于E’）比和渗碳体平衡的奥氏体中的含碳量（相当于E）亦要低些。3.1.2铁-碳合金中的基本组成1.纯铁铁的密度为7.8g/cm3。工业纯铁中约含有0.1%~0.2%的杂质。纯铁的熔点或凝固点为1536℃，在1392℃和911℃有两个同素异构变化，其变化过程如图3.2所示。其中α-Fe和δ-Fe为体心立方晶格，称为铁素体，也以F表示，γ-Fe为面心立方晶格，称为奥氏体，也以A表示。2.渗碳体渗碳体是具有复杂晶体结构的间隙化合物，碳与铁的原子半径比为0.63，渗碳体的密度为7.67g/cm3。渗碳体晶格结构为复杂的正交晶格，如图3.3所示。三个铀间夹角“α＝β＝γ＝90”，三个晶格常数“a≠b≠c”（a＝45.235nm，b＝50.888nm，c＝67.43lnm）。在每个晶胞中具有12个铁原子、4个碳原子。因此渗碳体中铁原子与碳原子的比例为3：1，所以用Fe3C表示。各层内原子以共价键结合，层间原子则以金属键结合。在c轴方向的生长速度要比a轴和b轴方向低，因此渗碳体一般易长成片状。3.石墨石墨的密度为2.25g/cm3。石墨是碳的一种同素异构体，属六方晶系。石墨的晶体结构如图3.4所示。单元晶格包含两个六方晶面（基面）和六个棱面，基面晶向通称为c向，棱面晶向通称为a向。4铁-碳合金中的组成相(见表3-1)3.1.3合金元素对铁-碳相图的影响铸铁是以铁元素为基的多元合金，除碳以外，其他合金元素对铸铁组织的形成亦会发生很大的影响，其中以硅的影响最大。表3-2定性地列举了铸铁中的一些常见元素在一般含量范围内对铁-碳双重相图上各临界点的影响趋势。图3.5为常用合金元素对铁-碳稳定系平衡共晶温度tEG和亚稳定系平衡共晶温度tEM的影响。3.1.4Fe-C-Si凝固相图实际铸铁件的化学成分杂质多，熔体凝固形核核心状态复杂，冷却速度又快，因此其结晶条件与建立在热力学计算基础上的平衡相图、或者在特定环境下（冷却速度缓慢为0.5~2.5℃/min，使用纯净原料、真空下熔炼）测定的Fe-C平衡相图的条件有很大差别。这促使铸铁在凝固时容易在不平衡条件下从稳定的Fe-C（石墨）系转变到亚稳定的Fe-Fe3C系结晶，故平衡相图不太适用于实际铸铁件的凝固分析。图3.6是Fe-C-Si稳定系与亚稳定系凝固相图。Fe-C-Si铸铁凝固相图上的奥氏体液相线、石墨、碳化物、共晶温度、共晶成分的界限均可依熔化工艺、熔体处理、冷却速度的改变而变化。（a）稳定系（b）亚稳定系图3.6Fe-C-Si凝固相图3.1.5铸铁的种类及其特征铸铁的分类方法较多，可按铸铁的使用性能、断口特征或成分特征进行分类，较为常用和方便的是将铸铁分为七大类，见表3-3(略)。3.1.6铸铁的凝固结晶过程铸铁从液态转变成固态的一次结晶过程，包括初生相析出和共晶凝固两个阶段。具体包括初生石墨、初生渗碳体或初生奥氏体的形成及其形貌，共晶凝固以及共晶后期组织的形成。1初生相的析出1）初生石墨或初生渗碳体的结晶2）初生奥氏体的结晶2共晶凝固过程1）稳定系的共晶转变4）蠕虫状石墨的形成过程2）片状石墨的长大5）亚稳定系共晶转变过程3）球状石墨的形成过程过共晶白口铸铁的先析出相为初生渗碳体，渗碳体的晶格结构如图3.3所示，初生渗碳体的生长特征及形态受晶体结构中原子之间键能的各向异性影响。由于结晶时的温度较高，生长的时间较长，又是在铁液中自由地长大，因而常常长成粗大片状，如图3.8（a）过共晶铸铁凝固组织所示。图3.7初生渗碳体板片状树枝晶（a）过共晶铸铁

（b）亚共晶铸铁图3.8灰铸铁的非平衡凝固组织图3.9示意说明了亚共晶灰铸铁的共晶转变过程。一些晶间夹杂物或硬化相则分散分布于共晶团之间，被腐蚀后从而显示出共晶团的轮廓，如图3.10（a）所示，图3.10（b）为深腐蚀后灰铸铁共晶团中片状石墨的立体形貌。图3.9亚共晶灰铸铁的结晶过程示意图（a）共晶团×10（b）深腐蚀后片状石墨的立体形貌×1000图3.10灰铸铁的共晶团在石墨的基面上存在螺旋位错缺陷，为石墨的生长提供大量的生长台阶（图3.11），石墨沿这些台阶生长，看起来是沿着基面的a向生长，其实还包括着向c向生长的作用，即既有增大片状面积的作用，又有增加石墨厚度的倾向。除此之外，在石墨晶体中还存在着旋转晶界缺陷（图3.12），同样提供了晶体生长所需的台阶，这种台阶可促进石墨沿a向生长。图3.11石墨螺旋位错台阶示意图图3.12石墨以旋转晶界台阶生长的示意图3.1.7铸铁的固态相变铸铁凝固后，随着温度的进一步降低，将发生固态相变过程。在继续冷却过程中，会产生奥氏体中碳的脱溶和共析转变。在铸铁热处理时，会产生过冷奥氏体的中温、低温转变。1.奥氏体中碳的脱溶

普通成分的铸铁，共晶转变后组织为含碳约2.1％的奥氏体加石墨。如继续冷却，奥氏体中的含碳量将沿E’S’线（图3.1）减小，以二次石墨的形式析出。如为白口铸铁，由于共晶转变时按亚稳定系转变，则此时一般亦按亚稳定系析出二次渗碳体。在固态连续冷却的条件下，析出的高碳相往往不需要重新形核，而只是依附在共晶高碳相上。如对于灰铸铁来说，由奥氏体脱溶而析出的二次石墨就堆积在共晶石墨上。2共析转变

共析转变属固态相变，由于原子扩散缓慢，其转变速度要比共晶凝固速度低得多，故共析转变经常有较大的过冷，甚至完全被抑止。当奥氏体冷却至共析温度以下，并达到一定的过冷度后，就开始共析转变。共析转变是决定铸铁基体组织的重要环节。与共晶转变一样，共析转变也往往按成对长大的方式进行，即两个固体相α与Fe3C相互协同地从第三个固体相长大（见图3.19）。普遍观察到珠光体组织是在母相（奥氏体γ相）的界面上形核，并以球团状晶粒向母相内长大（图3.20）。图3.19珠光体长大时碳的扩散图3.20珠光体团由晶界向奥氏体晶内长大示意图3过冷奥氏体的中温及低温转变

如果把铸铁加热到奥氏体区温度，然后以较快的速度进行连续冷却或等温冷却，和钢一样亦可得到不同基体的铸铁。

如把铸铁加热、保温奥氏体化后，很快冷至450~250℃范围，并在此温度区进行保温，使过冷奥氏体进行等温分解，则其转变产物为贝氏体组织，是由含碳过量的铁素体和极细小的渗碳体混合而成。贝氏体比珠光体具有更高的强度和硬度。3.2灰铸铁3.2.1灰铸铁的石墨类型

由于铸铁的化学成分、冷却速度、形核能力等凝固条件不同，灰铸铁中的片状石墨可出现不同的分布及尺寸。我国把灰铸铁的石墨分为6种类型，如图3.21所示，由于图中显示的是二维截面，因此直观看来石墨片大多是不连续的。各种类型石墨的说明和形成条件分别见表3-4和表3-5所示。（a）片状（A型）（b）菊花状（B型）（c）块片状（C型）

（d）枝晶点状（D型）（e）枝晶片状（E型）

（f）星状（F型）3.2.2灰铸铁的性能特点及应用灰铸铁通常是指具有片状石墨的灰口铸铁，这种铸铁具有一定的力学性能、良好的铸造性能以及其它多方面的优良性能，因而在机械制造业中获得了最广泛的应用。

灰铸铁具有一定的强度，抗拉强度约为100~400MPa，但塑性和韧性很低，这种性能特点与石墨本身的性能及其在铸铁组织中的存在形态有关。由于在石墨晶格的同一基面上碳原子之间与相邻基面上对应的碳原子之间在结合键能上相差很大，因而使石墨具有各向异性。3.2.3提高灰铸铁性能的方法为提高灰铸铁的性能，常采取下列各种措施：合理选定化学成分；孕育处理；微量或低合金化等。1合理选定化学成分在铸铁的凝固特性、组织结构与材质性能方面有如下的变化：

（1）组织中初生奥氏体量增加，有加固基体的作用；

（2）由于总碳量的降低，石墨量相应减少，减少了石墨的割裂及缩减作用；

（3）固溶于铁素体中的硅量增多，强化了铁素体；

（4）提高了共析转变温度，珠光体在较高温度下形成，易粗化，对强度性能不利；（5）提高了液相线凝固温度，同时降低了共晶温度，因而扩大了凝固范围，降低铁液流动性，增大了缩松渗漏倾向。经过实际应用的结果，认为在碳当量较低时，适当提高Si/C，强度性能会有所提高（图3.22），切削性能有较大改善，但缩松、渗漏倾向可能会增高。（a）不加合金

（b）加w（Cr）=0.3%，w（Cu）=0.4%

图3.22硅碳比对灰铸铁抗拉强度的影响2进行孕育处理

在高强度灰铸铁生产中，采用孕育处理是提高强度、改善石墨形状及其分布的有效手段。把孕育剂加入铁液中，以改变铁液的冶金状态，从而改善铸铁的组织和性能，而这种改变往往难以用化学成分的细微变化来解释。随着孕育剂及孕育方法的不断发展，孕育处理环节已成为重要铸铁件生产时不可缺少的手段，得到了普遍应用。

孕育处理的目的在于：①促进石墨化，降低白口倾向；②改善断面均匀性；③控制石墨形态，减少过冷石墨，促进A型石墨的形成；④适当增加共晶团数和促进细片状珠光体的形成；⑤改善铸铁的力学性能及其它性能，如切削性能等。1）孕育处理对铁液的要求（1）选择合适的化学成分（2）铁液要有一定的过热温度2）孕育剂的选用3）孕育方法4）孕育效果的评定（1）白口倾向的评定（2）共晶团数（3）测定共晶过冷度5）孕育铸铁的组织和性能特点3进行低合金化向一定成分的普通灰铸铁中加入少量合金元素，是提高灰铸铁力学性能的另一个有力手段。常在炉前进行孕育处理而加以配合。由于加入量较少，因而在组织上仍然没有脱离灰铸铁的范畴。由于合金元素的作用，常使灰铸铁的组织发生以下变化：①石墨有一定程度的细化；②铁素体量减少甚至消失；③珠光体有一定程度的细化，而且其中的铁素体由于溶有一定量的合金元素而得到固溶强化。因而这类铸铁总有较高的强度性能。由于一般不形成特殊的新相，故这种铸铁的铸造性能和普通灰铸铁相比没有多大差别。通常加入合金元素含量小于3%的灰铸铁称为低合金铸铁。合金元素不仅贵，而且某些元素，尤其是碳化物稳定元素在超过一定量后，不仅没有好处，反而会增大白口倾向，促使基体内有硬质点产生。表3-8是低合金化灰铸铁经常使用的合金量。表3-8常用合金元素加入量3.3球墨铸铁3.3.1球墨铸铁的组织1石墨球墨铸铁中允许出现的石墨形态，除了主要是球状石墨以外，还可以有少量的非球状石墨，如团状、团絮状、蠕虫状等。我国国家标准将球化等级分为六级，见表3-9和图3.24。此外，还将石墨球大小分为六级，见表3-10。表3-9石墨球化分级表3-10石墨球大小分级图3.24球状石墨球化分级

×1002基体组织球墨铸铁的基体组织取决于化学成分、一次结晶和二次结晶过程，可以是铁素体、珠光体（包括片间距细小的索氏体和托氏体）、奥氏体、贝氏体（包括上贝氏体和下贝氏体）和马氏体。其中，在生产中大约有90%的球墨铸铁基体组织是由铁素体和珠光体组成，包括一些球墨铸铁有纯铁素体或纯珠光体基体组织。3.3.2球墨铸铁的性能特点及应用球墨铸铁的发明使铸铁材料的性能产生了质的飞跃，因此在国内外都发展得很快。我国从1950年就开始生产球墨铸铁，结合我国丰富的稀土资源，20世纪60年代又发展了稀土镁球墨铸铁，其使用范围已遍及汽车、农机、船舶、冶金、化工等部门，成为重要的铸铁材料。表3-11列出了球墨铸铁的牌号及力学性能。1珠光体球墨铸铁的性能及应用

珠光体球墨铸铁是以珠光体基体为主，余量为铁素体的球墨铸铁，QT600-3、QT700-2和QT800-2属于这一类型，一般可在铸态或采用正火处理获得。2铁素体球墨铸铁的性能及应用

铁素体球墨铸铁指基体以铁素体为主，其余为珠光体的球墨铸铁，典型牌号为QT400-18、QT400-15及QT450-10。其性能特点为塑性和韧性较高，强度较低。3混合基体型球墨铸铁的性能及应用QT500-7属铁素体和珠光体混合基体的球墨铸铁，这种铸铁由于有较好的强度和韧性的配合，多用于汽车、农业机械、冶金设备及柴油机中一些部件，通过铸态控制或热处理手段，可调整和改善组织中珠光体和铁素体的相对数量及形态与分布，从而可在一定范围内改善和调整其强度和韧性的配合，以满足各类部件的要求。4奥氏体-贝氏体球墨铸铁的性能及应用奥氏体-贝氏体球墨铸铁开发于20世纪70年代后期，与普通基体的球墨铸铁相比，它具有强度、塑性和韧性都很高的综合力学性能，显著地优于珠光体球墨铸铁，也优于传统的经调质处理的球墨铸铁。3.3.3球墨铸铁的生产在球墨铸铁的生产过程中，熔炼优质铁液和进行有效的球化处理及孕育处理是生产的关键。球墨铸铁具有高的力学性能，是以石墨球化状况良好为前提的，衡量石墨球化状况的标准是球化率、石墨球径和石墨球的圆整度。为了保证球墨铸铁的性能，要求有高的球化率、圆整而细小的球状石墨，因此就需要熔炼出质量良好的铁液，并进行良好的球化处理和孕育处理。1球墨铸铁的熔炼要求

优质的铁液是获得高质量球墨铸铁的关键，适用于球墨铸铁生产的优质铁液应该是高温、低硫、低磷和低的杂质含量。2球化处理1）球化剂为使铸铁中的石墨结晶成球状而加入铁液中的添加剂叫作球化剂。目前，在工业生产领域，主要的球化剂是镁、稀土元素（以铈、镧为主的轻稀土和以钇为主的重稀土）和钙。但至今，后两者（稀土和钙）已不单独使用，而是与镁复合使用作球化剂。2）球化处理方法自球墨铸铁问世以来，发展了许多球化处理方法。其中冲入法是迄今国内外应用最广泛的球化处理工艺。这种工艺要求原铁液温度不小于1450℃，硫的质量分数小于0.01%。一般采用稀土硅铁镁球化剂。3孕育处理

孕育处理是球墨铸铁生产中的一个重要环节，孕育处理有以下几个作用：

（I）消除结晶过冷倾向

球墨铸铁铁液的结晶过冷倾向比灰铸铁大，而且球墨铸铁的结晶过冷倾向不随铁液碳硅含量的高低而变化，因此尽管球墨铸铁的碳硅含量比一般灰铸铁高，但仍有较大的白口倾向。

（2）促进石墨球化

孕育处理能增加石墨核心，细化球状石墨，提高球状石墨生长的相对稳定性，提高石墨球的圆整度。

（3）减小晶间偏析

在球墨铸铁共晶团的生长过程中，一些产生正偏析的元素如锰、磷等，均在结晶前沿富集，并于凝固终了时，在晶间处形成脆性相，造成铸铁的塑性和韧性下降。4球墨铸铁的热处理热处理对于球墨铸铁具有特殊的重要作用。由于石墨的有利形状，使得它对基体的破坏作用减到了最低限度，因此通过各种改变基体组织的热处理手段，可大幅度地调整和改善球墨铸铁的性能，满足不同服役条件的要求。1）球墨铸铁的退火处理2）球墨铸铁的正火处理3）球墨铸铁的等温淬火处理3.4蠕墨铸铁3.4.1蠕墨铸铁的组织蠕墨铸铁是一种石墨形状介于片状和球状之间的铸铁，其典型金相组织如图3.27所示。蠕墨铸铁中的石墨比普通片状石墨短而厚，呈弯曲状，外形酷似蠕虫，故称蠕虫状石墨。又由于这种石墨的致密程度（即石墨形状的宽长比）远比灰铸铁中的片状石墨大，故国外又称致密石墨。石墨为球形，属最致密的形状。球状石墨、蠕虫状石墨及片状石墨的l/d值见图3.28。图3.28石墨形状与长宽比值图3.27蠕墨铸铁的典型组织3.4.2蠕墨铸铁的性能特点及应用蠕墨铸铁的力学性能根据其蠕化程度介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间，我国的蠕墨铸铁牌号见表3-13，按其强度性能分为5个等级。表3-13蠕墨铸铁的牌号及力学性能3.4.3蠕墨铸铁的生产蠕墨铸铁的生产通常包含下列环节：①选择合适的化学成分并熔炼合格的铁液；②炉前处理（蠕化处理及孕育处理）；②炉前检验及浇注。目前在生产中较难控制的环节为炉前处理工序。1蠕化处理

事实上所有能使石墨球化的元素均可使石墨蠕化，只要能够有效地控制其加入量即可。最早期的蠕墨铸铁实际上就是由于球化元素加入量不足所产生的，这样人们尝试用减少球化剂加入量的方法来生产蠕墨铸铁，如采用单独加入较少量镁、稀土的方法，但在生产上的控制较为困难。2孕育处理由于蠕化处理后铁液中镁和稀土的作用，使铁液亦具有结晶过冷和在组织中出现游离渗碳体的倾向，因此孕育处理亦是蠕墨铸铁生产中的一个必要环节，其作用至少有以下三方面：1）消除结晶过冷倾向，减少自由渗碳体；2）提供足够的石墨晶核，增加共晶团数，使石墨呈细小均匀分布，提高力学性能；3）延缓蠕化衰退。3.5可锻铸铁3.5.1可锻铸铁的性能特点及应用可锻铸铁是将一定成分的白口铸件毛坯经退火处理，使白口铸铁中的渗碳体分解成为团絮状石墨，从而得到由团絮状石墨和不同基体组织组成的铸铁。比起灰铸铁来说，由于石墨形状的改善，使这种铸铁具有较高的强度，同时还兼有良好的塑性和韧性。

当将白口铸件毛坯在密封的退火炉中进行热处理，即在中性炉气氛条件下退火时，共晶渗碳体在高温下分解成为团絮状石墨，随后通过不同的热处理制度可使基体组织成为铁素体或珠光体组织。3.5.2可锻铸铁的生产选用合适的化学成分和制定合理的退火规范，是保证可锻铸铁性能和缩短退火时间的两个重要方面。这两方面往往有一定的联系，故经常予以综合考虑。化学成分是决定可锻铸铁力学性能和热处理时间的主要因素，化学成分的选定原则如下：（1）保证铸件整个断面上在铸态时能获得全白口，没有麻点，否则会明显降低力学性能。（2）石墨化过程要快，以保证在尽可能短的时间内完成石墨化退火，缩短生产周期。（3）有利于提高力学性能，保证得到优质产品。（4）在保证力学性能的前提下，具有较好的铸造性能，以利于得到健全铸件。铁素体可锻铸铁退火过程可用图3.29所示的退火曲线及组织变化示意图来说明。可见由铸态下珠光体加莱氏体的白口组织，经退火后转变为铁素体加团絮状石墨（图3.30）。可锻铸铁退火时间的长短决定于自由渗碳体和珠光体全部分解完毕的快慢。3.6特殊性能铸铁3.6.1抗磨铸铁

生产中应用的抗磨铸铁大多是白口铸铁，白口铸铁含有较多的硬质相——共晶碳化物，可满足高硬度的要求。常用的白口铸铁有普通白口铸铁、镍硬铸铁和铬系白口铸铁。1普通白口铸铁

普通白口铸铁的耐磨性不是很好，但因其价格低廉，生产简便，目前还应用在某些场合。普通白口铸铁可作为一般的抗磨材料，如犁铧、面粉机磨辊、清理设备中的铁丸等。普通白口铸铁的化学成分具有高碳低硅的特点。增加含碳量，将增加白口铸铁的硬度。一般普通白口铸铁的含碳量为2.2%~3.6%，含硅量小于1%。普通白口铸铁中一般不含或只含少量合金元素。其组织中不含石墨，仅由珠光体和渗碳体组成。较多的情况下，普通白口铸铁的共晶组织是莱氏体形，如图3.31（a）所示；而有些时候，渗碳体是板条形，如图3.31（b）所示。两种共晶组织常共存于同一铸件中。（a）莱氏体共晶组织

（b）板条形共晶组织图3.31亚共晶白口铸铁的金相组织2镍硬白口铸铁镍硬白口铸铁主要指含镍的白口铸铁。镍硬铸铁中含有大量的镍，镍是一种短缺而昂贵的元素，尤其在我国更是如此，故在我国镍硬铸铁的应用很少。3铬系白口铸铁1）低铬白口铸铁为扩大普通白口铸铁的应用范围，提高其韧性与耐磨性，在普通白口铸铁中加入Cr1%~5％，就形成了低铬铸铁。低铬铸铁一般以珠光体状态使用，因此其碳化物类型、数量、形态和分布是很重要的参量。2）中铬白口铸铁3）高铬白口铸铁表3-15给出了高铬铸铁的应用概貌。表3-15高铬铸铁应用一览3.6.2耐热铸铁铸铁在高温条件下工作，会发生表面氧化和体积不可逆胀大（即生长）现象。氧化将减少铸件的有效断面积，降低铸件的承载能力；生长则在造成铸件尺寸不可逆增大的同时，大大降低力学性能。故应尽可能减小铸铁氧化和生长带来的危害，这就导致了耐热铸铁的产生。所谓耐热铸铁即指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。各类耐热铸铁的化学成分和常温力学性能见表3-16。由表中可见，我国耐热铸铁主要可以分为三个系列，即硅系、铝系和铬系耐热铸铁，以下分别予以介绍。表3-16耐热铸铁的化学成分和力学性能1中硅耐热铸铁

中硅铸铁是一种应用较广泛的耐热铸铁，常用在不受冲击和温度低于800～950℃的锅炉炉栅、横梁、换热器、节气阀等零件上。2含铝耐热铸铁铝在高温下可形成比SiO2更致密的Al2O3氧化膜，因而具有更高的抗氧化性，含铝5％以上的铸铁，基体组织为单一铁素体组织，消除了珠光体分解所造成的体积生长，故抗生长性也好；此外铝提高相变温度，每增加1％的含铝量可使A1点升高50℃。3含铬耐热铸铁

铬与硅、铝一样，也能在铸铁表面形成良好的Cr2O3保护膜。含铬耐热铸铁中，可分成低铬耐热铸铁RTCr、RTCr2和高铬耐热铸铁RTCrl6。3.6.3耐蚀铸铁提高铸铁的耐蚀性主要靠加入合金元素，以得到有利的组织和形成良好的保护膜。铸铁的基体组织最好是致密均匀的单相组织，即奥氏体或铁素体，因为多相组织会形成较多的原电池，有利于电化学腐蚀的进行。1高硅耐蚀铸铁硅是提高铸铁耐酸性的重要元素。硅的大量加入，可在铸铁表面形成比较致密与完整的SiO2保护膜，这种膜具有很高的电阻率和较高的化学稳定性。2高铬耐蚀铸铁

含铬24％～35％的白口铸铁称为高铬耐蚀铸铁。其显微组织为奥氏体或铁素体加碳化物。一般说来，对于不含一定量稳定奥氏体合金元素（Ni、Cu、N）的高铬铸铁来说，含碳量低（C＜1.3％）时易获得铁素体基体；反之，易获得奥氏体基体。硅是提高铸铁耐酸性的重要元素。硅的大量加入，可在铸铁表面形成比较致密与完整的SiO2保护膜，这种膜具有很高的电阻率和较高的化学稳定性。硅含量大于14.4％时，铸铁在硫酸和盐酸中的耐蚀性均明显提高（图3.33和图3.34）；3高镍耐蚀铸铁含镍量在13.5％~36％的铸铁为奥氏体铸铁。镍的热力学稳定性比铁高，属易钝化金属。加入镍的主要作用是使腐蚀电位向正方向移动，正移程度与镍含量相对应，即镍含量越高，铸铁的腐蚀电位正移程度越大。因此，在还原性腐蚀介质中都能提高铸铁的耐蚀性。如在烧碱、盐卤、海水、海洋大气、还原性无机酸、脂肪酸等介质中都具有高的耐蚀性。但对硝酸等氧化性酸类的耐蚀性不好。常用的几种高镍铸铁化学成分和力学性能见表3-18。高镍铸铁的组织是由单一的奥氏体基体与分布于其上的石墨所组成，还含有5％~8％的碳化物。表3-18高镍耐蚀铸铁的化学成分及力学性能3.7铸铁的熔炼铸铁熔炼可使用的熔炉种类很多，其中以冲天炉和感应电炉应用最广。冲天炉的热能来自燃料——焦炭的燃烧热，而感应电炉是以电能作为热源。下面对冲天炉和感应电炉的熔炼原理进行简单介绍。3.7.1冲天炉熔炼1冲天炉的构造及其工作原理冲天炉的基本构造如图3.36所示。炉体及烟囱等用钢板焊成。炉体内部砌以耐火砖层，以便抵御焦炭燃烧产生的高温作用。为了保存铁液，多数冲天炉都配有前炉。2冲天炉中高温的产生及热交换1）焦炭的燃烧及炉气温度分布冲天炉用焦炭作燃料。焦炭的基本成分是碳，此外还含有少量的灰分和硫等杂质元素。因此焦炭的燃烧可作为固体碳的燃烧反应来分析。在焦炭的燃烧过程中，进行以下反应：由于焦炭的燃烧是在炉气自下而上运动过程中进行的，因此炉气成分沿炉身高度方向是不断变化的。其一般情况如图3.37所示。在图3.37上还画出炉气温度分布曲线。2）炉料的熔化及铁液的过热冲天炉中炉气温度从风口处向上沿炉身高度方向急剧升高，一般在距风口中心线向上300mm左右处达到最高温度，再往上炉气温度逐渐下降（图3.37）。3）底焦高度、焦铁比及层焦厚度对冲天炉熔化过程的影晌冲天炉的底焦高度对铁液的过热温度及熔化率有重要影响。适宜的底焦高度应使其顶面处铁料的实