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、外表质量〕3、现有磨损机理图4-14、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、SiC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4-92、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+Fe3CLd3、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：在普通白口铁中参加一定量的镍4—6%，铬2-8%，2、组织：M+A3、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4-14M3C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：在普通白口铁的根底上参加少量的铬元素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，局部网状和板条状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4-164、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〕-15.2C：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能获得大局部，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-1Cu2、组织：基体〔F、A、P、M〕+M7C3M7C3〔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，减少剩余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M7C3M7C3规那么排列强度可达3100MP6、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〕氧原子在铁外表形成化学吸附，2〕受Fe-O化学反响控制的氧化过程，氧的供给超过反响速度，﹥1000℃例外。3〕受扩散速度控制的氧化过程，氧化膜增厚，供氧量缺乏。〔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/VMγ﹥1膜完整，有保护性γ﹤1膜不完整，没有保护性但当γ>>1膜易破裂，也不具保护性，实践证明，稍大于1最好，表4-252〕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QT>RuT>HTG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〕参加稳定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4-292、成分、组织Si：5—6%，C：2.2—2.6%图4-28、29F+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4-312、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:参加合金元素，参加量：〔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、332、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+