1、2020/12/2712020/12/272第四章 特种性能铸铁第一节第一节 减摩铸铁减摩铸铁第二节第二节 冷硬铸铁冷硬铸铁第三节第三节 抗磨铸铁抗磨铸铁第四节第四节 耐热铸铁耐热铸铁第五节第五节 耐蚀铸铁耐蚀铸铁2020/12/273第一节第一节 减摩铸铁减摩铸铁1.定义 摩擦系数小、磨损少、抗咬合性好。2.影响磨损的因素：成分、组织、性能和条件。（润滑、载荷、速度、表面质量）3.磨损机理2020/12/274 一.石墨对铸铁减摩性的影响 石墨的作用:(1)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。2020/12/275二二.基体组织
2、对铸铁减摩性的影响基体组织对铸铁减摩性的影响理论：越硬越耐磨，但，不易成膜，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2020/12/276三三.常用的减摩铸铁常用的减摩铸铁普通灰铁、球铁即是，例如普通灰铁、球铁即是，例如 机床、活塞环机床、活塞环（一）含磷铸铁（一）含磷铸铁原理：二元、三元磷共晶断续网状分布（硬质原理：二元、三元磷共晶断续网状分布（硬质 点）提高耐磨性点）提高耐磨性 图图4-3 一般含磷一般含磷0.40.7%特点：流动性好，提高特点：流动性好，提高3050%表表4-2 铸造应力大（铸造应力大（P降低导热性、磷共晶膨降低导热性、磷共晶膨
3、胀、磷共晶与基体导热系数不同）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）应用：机床导轨、气缸套、摩阻零件（刹车瓦）2020/12/277高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶 1002020/12/278高磷铸铁P基+片状石墨+磷共晶 1002020/12/2792.钒钛铸铁钒钛铸铁成分：成分：V：0.30.5%，Ti：0.150.35%原理：原理：V、Ti与与C、N形成化合物硬质点形成化合物硬质点 细化晶粒（细化晶粒（P、G）F少少 表表4-3应用：机床导轨、活塞环、应用：机床导轨、活塞环、缸套（加缸套（加Cu、B）2020/12/27103.硼铸铁硼铸铁 成分：成分：
4、0.030.08%原理：形成硼碳化物，偏析在晶界原理：形成硼碳化物，偏析在晶界 网状分网状分 布，含磷时，形成磷硼碳化物，布，含磷时，形成磷硼碳化物，硬度更高（硬度更高（B阻遏石墨化）阻遏石墨化）应用：气缸套、活塞环应用：气缸套、活塞环 表表4-42020/12/2711第二节第二节 冷硬铸铁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。组织：外层组织：外层 白口，内层白口，内层 灰口，中间灰口，中间 麻口麻口性能：外硬、内韧性能：外硬、内韧应用：摩擦磨损、磨料磨损应用：摩擦磨损、磨料磨损一、化学成分、组织特点一、化学成分、组织特点 激冷层
5、硬度、深度是冷硬铸铁的关键，激冷层硬度、深度是冷硬铸铁的关键，1、成分：、成分：C、Si C调整硬度调整硬度 （C多，渗碳体多）多，渗碳体多）Si调整深度调整深度 （Si多，深度浅）石墨化多，深度浅）石墨化普通白口铸铁共晶组织2020/12/2712合金元素：合金元素：增加白口深度增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V（最强）（最强）减小白口深度减小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P（最弱）（最弱）影响硬度影响硬度C、Nb、P、Mn、Cr、Mo、V、Si（最弱）（最弱）影响麻口：影响麻口：C、S、P 减小麻口减小麻口 Cr、Al、Mn、V增加麻口增加麻口 2、组织、组织 白口层：普通冷
6、硬铸铁（白口层：普通冷硬铸铁（P+Fe3C）低合金冷硬铸铁（低合金冷硬铸铁（S+B上上+Fe3C）高合金铸铁（高合金铸铁（B+M少量少量+Fe3C）麻口层：白口（与上相同）麻口层：白口（与上相同）+G2020/12/2713二、冷硬铸铁的获得与性能特征二、冷硬铸铁的获得与性能特征1、获得：成分、工艺、获得：成分、工艺 控制控制 工艺：工艺：激冷激冷 金属型金属型 复合铸造复合铸造 双金属铸铁双金属铸铁 影响激冷层工艺因素：影响激冷层工艺因素：（1）炉料性质）炉料性质 炉料白口多，铸件白口多炉料白口多，铸件白口多 （2）熔炼工艺）熔炼工艺 铁液温度，过热温度越高，静置时间越铁液温度，过热温度越高
7、，静置时间越长，白口越多（形核能力降低）。长，白口越多（形核能力降低）。浇铸温度越低，白口越多。浇铸温度越低，白口越多。（3）铸型工艺）铸型工艺 冷铁厚度：壁厚大，冷铁厚度：壁厚大，冷铁厚度大冷铁厚度大 一般一般 冷铁厚度冷铁厚度/铸件厚度铸件厚度 1：2-42020/12/2714成分：碳、硅减少白口层，但不能太少，碳少硬度不够。成分：碳、硅减少白口层，但不能太少，碳少硬度不够。图图4-5，图，图4-6 合金元素合金元素 图图4-92、性能：白口硬度高，但脆性大、性能：白口硬度高，但脆性大 麻口硬度低，但韧性好麻口硬度低，但韧性好 图图4-8，图，图4-9三、冷硬铸铁的应用三、冷硬铸铁的应用
8、 主要应用于各种轧辊主要应用于各种轧辊 （耐磨，白口，强度要求高，麻口）（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，轧辊的生产方法：一体铸造，溢流铸造，离心铸造离心铸造 图图4-10、11、122020/12/2715第三节第三节 抗磨铸铁抗磨铸铁1、定义：抵抗磨料磨损、定义：抵抗磨料磨损 相对耐磨性相对耐磨性=标准磨损标准磨损/试样磨损试样磨损2、耐磨原理：、耐磨原理：磨料磨损磨料磨损 磨料对金属刮削磨料对金属刮削 金属硬度、磨料硬度、外加力金属硬度、磨料硬度、外加力相对耐磨性相对耐磨性 与金属硬度、磨粒硬度的关系与金属硬度、磨粒硬度的关系 Ha/Hm 0.71.1
9、耐磨性最好耐磨性最好 图图4-14 0.71.1 耐磨性开始变差耐磨性开始变差 1.11.3 耐磨性不变耐磨性不变 0.71.1，1.31.7 增加硬度无意义。增加硬度无意义。因此，单纯因此，单纯提高硬度，对铸铁而言，不能提高耐磨性，硬度高，提高硬度，对铸铁而言，不能提高耐磨性，硬度高，脆性大，反而降低耐磨性脆性大，反而降低耐磨性。2020/12/2716一、普通白口铁一、普通白口铁1、成分：高、成分：高C低低Si，Si1%,Mn1%一般不含或少量的合金元素一般不含或少量的合金元素2、组织：、组织：P+Fe3C Ld3、性能：脆性大、耐磨性差、性能：脆性大、耐磨性差4、应用：铧犁，磨粉机的磨片
10、导板、应用：铧犁，磨粉机的磨片导板2020/12/2717二、镍硬白口铁二、镍硬白口铁1、成分：在普通白口铁中、成分：在普通白口铁中 加入一定量的镍加入一定量的镍46%，铬，铬2-8%，2、组织：、组织：M+A3、性能：、性能：提高硬度韧性提高硬度韧性4、应用：轧辊，球磨机，杂质泵、应用：轧辊，球磨机，杂质泵 镍短缺昂贵元素，尽量少用，镍短缺昂贵元素，尽量少用，我国少用我国少用。2020/12/2718 四四.铬系白口铁铬系白口铁 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
11、续条状或条块状 1200-1800HV（Fe、Cr）23C6：不连续条状或条块状 1140HV2020/12/2719（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、成分：在普通白口铁的基础上加入少量的铬元素素Cr=15%2、组织性能：形成、组织性能：形成(Fe,Cr)3C提高硬度，提高韧性提高硬度，提高韧性（原渗碳体是蜂窝状（原渗碳体是蜂窝状,对基体割裂）对基体割裂）(Fe,Cr)3C形态，部分网状和板条状形态，部分网状和板条状3、应用：球磨机、应用：球磨机2020/12/2720（二）中铬白口铁（二）中铬白口铁1、成分：、成分：Cr=711%2、组织：、组织：M3C、M7C
12、3混合物混合物3、性能：与镍硬铸铁相近，介于低铬和高铬之间、性能：与镍硬铸铁相近，介于低铬和高铬之间 表表4-164、应用：取代镍硬铸铁、应用：取代镍硬铸铁2020/12/2721 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。3.高铬白口铸铁2020/12/27222、成分：、成分：Cr=1228%（1）Cr、C重要元素，影响形成重要元素，影响形成M7C3 的数量的数量 碳化物数量碳化物数量=12.33（%C）+0.55（%Cr）-15.2 C：一般调节碳量调节：一般调节碳量调节 M7C
13、3 的数量的数量 Cr/C：影响：影响M7C3相对数量，一般大于相对数量，一般大于5能获得大部能获得大部分，高铬还能提高淬透性分，高铬还能提高淬透性 图图4-222020/12/2723（2）Mo、Mn、Cu提高淬透性提高淬透性Mo：提高淬透性（融入：提高淬透性（融入A中），提高硬度中），提高硬度 （Mo2C）Cu：提高淬透性，降低：提高淬透性，降低Ms线，线，2%左右左右Mn：提高淬透性，提高硬度：提高淬透性，提高硬度(Fe,Mn)3C，降低降低Ms线，和线，和Mo共同作用，提高淬透共同作用，提高淬透 性更大。性更大。1%常用：常用：15 Cr-3 Mo，15 Cr-3 Mo-1 Cu，20
14、 Cr-2 Mo-1 Cu 2020/12/27243、铸造工艺、铸造工艺 1）充分补缩（与铸钢相同）充分补缩（与铸钢相同）2）浇铸系统按灰铁计算）浇铸系统按灰铁计算 各断面面积增加各断面面积增加2030%即可即可 3）不适宜用冲天炉熔炼（铬烧损）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）浇铸温度不要太高，比液相线高55即可即可2020/12/27254、热处理、热处理 特点：特点：有二次碳化物的析出和溶入（基体过多地融入了碳及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。）合金元素，加热时，易析出，温度再高，又溶入。）二次碳化物
15、的析出，提高二次碳化物的析出，提高Ms线，获得线，获得M多，减少残余多，减少残余A。但，使。但，使C曲线左移，降低淬透性。曲线左移，降低淬透性。淬火温度随铬量的增大而增大淬火温度随铬量的增大而增大5、性能、性能 强度硬度高，韧性好，（奥氏体、马氏体）强度硬度高，韧性好，（奥氏体、马氏体）取决于基体和取决于基体和M7C3 M7C3规则排列强度可达规则排列强度可达3100MP2020/12/2726（6）应用 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2020/12/2727第四节第四节 耐热铸铁耐热铸铁 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
16、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 一一.铸铁在高温下的氧化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2020/12/2728（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 FeO T 1000时，FeO膜厚度达到500，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。=VmVmoa.氧化膜的致密度系数2020/12/2729 二二.高温生长高温生长 1.低于相变温度
17、时的生长 温度:400600;原因:PF+G;（2）合金元素;（3）组织.1时，氧化膜致密，具有保护作用;1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、，导电率，抗氧化;2020/12/2730 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:F A;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.2020/12/2731 三三.常用耐热铸铁常用耐热铸铁 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FA相变温度Si
18、5%，C=2.22.6%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2020/12/2732 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FA相变温度（2）Al的含量：Al5%，22%（3）组织灰铁：F+G片状+球铁：F+G球状+（4）性能 耐热温度2020/12/2733 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FA相变温度阻碍G化，稳定P（2）含量 高Cr：15-18 A基体低Cr：0.5-2 P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
19、2020/12/27341、腐蚀：、腐蚀：化学、电化学、机械、生物腐蚀等，电化学腐蚀化学、电化学、机械、生物腐蚀等，电化学腐蚀最严重最严重 图图4-312、提高耐蚀途径：、提高耐蚀途径：形成保护膜、形成单相组织、提高基体的电极电形成保护膜、形成单相组织、提高基体的电极电位。位。3、方法、方法:加入合金元素，加入合金元素，加入量：（固溶体中）加入量：（固溶体中）塔曼定律，塔曼定律，1/8、2/811/8 表表4-31 质量百分数质量百分数 原子份数原子份数2020/12/2735一、高硅耐蚀铸铁一、高硅耐蚀铸铁1、成分：、成分：Si 14.418%，图，图4-32、332、组织：、组织：F+G+
20、硅铁化合物（脆性）硅铁化合物（脆性）3、性能：硬、脆，耐酸腐蚀，不耐碱、氢氟酸、性能：硬、脆，耐酸腐蚀，不耐碱、氢氟酸、氟化物氟化物 加稀土、铜，可提高韧性加稀土、铜，可提高韧性4、应用：、应用：耐酸铸件耐酸铸件2020/12/2736二、含铝耐蚀铸铁二、含铝耐蚀铸铁1、成分：、成分：Al=46%（高了，脆性大）（高了，脆性大）2、组织：、组织：P+F+G+Fe3Al（少量）（少量）3、性能：耐碱蚀、耐热性好、性能：耐碱蚀、耐热性好4、应用：化工泵、叶片、应用：化工泵、叶片2020/12/2737三、高铬耐蚀铸铁三、高铬耐蚀铸铁1、成分：、成分：Cr=24-35%，C量要低量要低 图图4-34
21、 图图4-35、36 要求：要求：Cr10C+12.5%2、组织：、组织：F+A+（Fe、Cr）3C3、性能：耐氧化性酸，盐酸，力学性能好、性能：耐氧化性酸，盐酸，力学性能好4、应用：砂泵、矿浆泵等、应用：砂泵、矿浆泵等2020/12/2738四、高镍耐蚀铸铁四、高镍耐蚀铸铁1、成分：、成分：Ni=13.5-36%表表4-332、组织：、组织：A+G3、性能：抗换原性腐蚀介质的腐蚀、性能：抗换原性腐蚀介质的腐蚀4、应用：耐碱蚀元件、应用：耐碱蚀元件总之：总之：要看工况条件（酸、碱）决定选哪种铸铁耐要看工况条件（酸、碱）决定选哪种铸铁耐蚀。没有适合所有条件的材料。蚀。没有适合所有条件的材料。20
22、20/12/2739123456ABCDEFGHNJPMOSKQ15381394115411489107707387272301493LCm L+Cm CmFeFe3C+L2020/12/2740碳在-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，简称为铁素体()；最大溶碳量为727时的wc=0.0218%，最小为室温时的wc=0.0008%；性能为：b180280MPa、0.2100170MPa、30%50%，k160200J/2、硬度80HB。碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，()，最大溶碳量为1495时的0.09。铁素体（Ferrite）2020/12/2741碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏
23、体(A)，最高溶碳量为1148时的wc=2.11；奥氏体具有高塑性、低硬度和强度，其力学性能为：b400MPa、40%50%、170220HB。奥氏体主要存在于727以上的高温范围内，利用这一特性，工程上常将钢加热到高温奥氏体状态下进行塑性成形。奥氏体（Austenite）2020/12/2742渗碳体（Cementite）渗碳体是指晶体点阵为复杂正交点阵，化学式近似于Fe3C的一种间隙式化合物，用符号Fe3C表示，其含碳量为wc=6.69%，渗碳体具有很高的硬度和耐磨性、脆性很大，其力学性能指标大致为：硬度800HB、抗拉强度(b)30MPa、伸长率()0、冲击韧度(k)0。2020/12/
24、2743珠光体（Pearlite）FFe3C的一种机械混合物，用符号P表示，其组织为层片状结构，综合了铁素体和渗碳体优点，其综合力学性能好。2020/12/2744莱氏体（Ledeburite）莱氏体是由AFe3C组成的一种机械混合物，用符号Ld表示，其组织结构为渗碳体基体上分布的奥氏体，主要体现了渗碳体特点，硬而脆。2020/12/2745 Fe-Fe3C 相图相图ACDEFGSPQ1148727LAL+AL+Fe3C4.3%C2.11%C0.0218%C6.69%CFe Fe3C T(A+Fe3C)LdLd+Fe3CA+Ld+Fe3CFA+FA+Fe3C(F+Fe3C)PP+F0.77%CP+Fe3CLdLd+Fe3CP+Ld+Fe3CK共晶相图共晶相图共析相图共析相图匀晶相图匀晶相图(P+Fe3C)
