[科普中國]-耐磨鑄鐵

簡述

鑄鐵具有良好的耐磨性能，雖然它的力學(xué)性能比鋼差，脆性較大，容易碎裂，但在相同條件下比鋼的成本低。若采取相應(yīng)的設(shè)計和工藝處理，在一定條件下也能滿足不同的要求，故較為廣泛用作摩擦副的耐磨材料。尤其是當(dāng)摩擦副既要求耐磨性高，又要有好的減摩性時，往往采用鑄鐵比采用鋼更為有利，如機(jī)床導(dǎo)軌、活塞環(huán)、汽缸套等零件主要采用耐磨鑄鐵制造。

在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵，應(yīng)具有高而均勻的硬度j白口鑄鐵就屬于這類鑄鐵。但由于白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，因此在生產(chǎn)上常采用激冷的辦法來獲得冷硬鑄鐵，即用金屬型鑄造鑄件的耐磨表而，其他部位則采用砂型鑄造。同時調(diào)整鐵水的化學(xué)成分，采用高碳低硅，這樣既可保證白口層的深度，又可保證其心部仍為灰口鑄鐵組織。用激冷方法制造耐磨鑄鐵，已廣泛應(yīng)用于軋輥和車輪等的鑄造生產(chǎn)中。

在潤滑條件下工作的耐磨鑄件，要求在軟的基體上牢固地嵌有硬的組織組成物。當(dāng)軟摹體磨損后形成溝槽，可保持油膜。珠光體灰口鑄鐵基本上能滿足這種要求，其組織中鐵素體為軟基體，滲碳體為硬組分，同時石墨片也起儲油和潤滑作用。高磷鑄鐵由于含有高硬度的磷共晶體，具有較高的耐磨性。在此基礎(chǔ)上，如果加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，可以改善組織性能‘，提高基體的強(qiáng)度和韌性，從而使鑄鐵的耐磨性等得到更大的提高。

除了高磷鑄鐵以外，釩鈦耐磨鑄鐵、鉻鉬銅耐磨鑄鐵和硼耐磨鑄鐵等也都具有優(yōu)良的耐磨性能。1

分類根據(jù)工作條件的不同，耐磨鑄鐵分為減磨鑄鐵和抗磨鑄鐵。

1．減磨鑄鐵

減磨鑄鐵是在有潤滑、受粘著磨損的條件下工作的耐磨鑄鐵，其組織為軟基體上嵌有硬的強(qiáng)化相。軟基體在磨損后形成的溝槽能貯仔潤滑油，工作時可形成油膜，而硬的強(qiáng)化相可承受摩擦。一般，珠光體灰鑄鐵即可滿足這一要求，鐵素體為軟基體，滲碳體為強(qiáng)化相，片狀石墨具有潤滑作用，脫落后凹坑也可貯油。為進(jìn)一步提高珠光體灰鑄鐵的耐磨性，通常將磷的含量提高到0.4%～0.6%，得到高磷鑄鐵，可與珠光體或鐵素體形成高硬度的共晶組織，能顯著提高鑄鐵的耐磨性。由于普通高磷鑄鐵的強(qiáng)度和韌性較差，故向其中加入Cr、Mo、W、Cu、Ti、V等合金元素，形成分金高磷鑄鐵，如磷銅鈦鑄鐵、磷釩鈦鑄鐵、鉻鉬銅鑄鐵、稀土磷鑄鐵等，這類鑄鐵具有良好的潤滑性及抗咬合、抗擦傷的能力，可廣泛用于制造要求具有高耐磨性的機(jī)床導(dǎo)軌、活塞環(huán)、汽缸套、滑動軸承和凸輪軸等材料。

2．抗磨鑄鐵

抗磨鑄鐵是在無潤滑的干摩擦，及磨粒磨損條件下工作的耐磨鑄鐵。這類鑄鐵不僅受到嚴(yán)重的磨損，而且承受較大負(fù)荷，如何獲得高而均勻的硬度址是提高其耐磨性的關(guān)鍵。白口鑄鐵就屬于這類耐磨鑄鐵，但白口鑄鐵脆性較大，不能承受沖擊載荷，因此，向白口鑄鐵中加入Cr、B、Mo、Cu、V等合金元素，形成合金白口鑄鐵；加Cr、Ni、B提高淬透性，形成馬氏體合金白口鑄鐵；將鐵液注入金屬模，形成激冷鑄鐵，獲得組織為馬氏體、碳化物和球狀石墨的中錳合金球畏鑄鐵，具有良好的抗磨性和一點(diǎn)的沖擊韌性。2

常見形式(1)激冷鑄鐵

白口鑄鐵具有均勻的高硬度，耐磨性很高，但由于脆性較大，一般僅適用于制造犁鏵等承受沖擊載荷不大的耐磨鑄鐵件。因此，生產(chǎn)中常在灰口鑄鐵的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低硅的含量、加入適量的鎳、鉻等元素，并采用“激冷”的法得到冷硬鑄鐵，即需要獲得白口組織的表面采用金屬型，其他部位采用砂型鑄造。激冷處理后表面為白口組織，而心部為灰鑄鐵組織，鑄件既有較高的耐磨性。又能承受一定的沖擊載荷。激冷鑄鐵的牌號用“I，T”表示，如LTCrMoR等，主要用于軋輥、車輪等鑄鐵件的制造。

(2)抗磨白口鑄鐵

在白口鑄鐵的基礎(chǔ)上加入較高含量的鉻和一定量的鉬、鎳、銅等元素。熱處理后，組織中除馬氏體外，還有大量的殘余奧氏體和等合金碳化物。這些合金碳化物硬度高、分布不連續(xù)，使鑄鐵在提高耐磨性的同時，韌性也得到改善。高鉻抗磨自口鑄鐵的牌號用“KmTB”表示，如KmTBMn5M02Cu等，可用于球磨機(jī)襯板、砂漿泵、軋鋼導(dǎo)板等鑄件。

(3)中錳耐磨鑄鐵

在稀土鎂球墨鑄鐵的基礎(chǔ)上，將錳含量提高到=-5%～9.5%，硅含量提高到=4.0%～4.8%，經(jīng)球化處理和孕育處理，并適當(dāng)控制冷卻速度，從而獲得馬氏體、大量的殘余奧氏體、合金滲碳體和球狀石墨的組織。使鑄鐵具有較高的耐磨性和抗沖擊能向。中錳耐磨鑄鐵的牌號用“KmmQ”表示，如KmTQMn6等，適用于犁鏵、粉碎機(jī)錘頭、球磨機(jī)的襯板、磨球等鑄件。3

熱處理工藝為了進(jìn)一步提高耐磨鑄鐵的使用性能，我們可以采用熱處理的方法。耐磨鑄鐵根據(jù)其含有的元素不同，熱處理的方法也不相同，得到的組織也不相同：

（1）含硼耐磨鑄鐵淬火溫度為850-910℃，回火溫度以290℃為最佳，淬火-回火后的組織為球狀石墨，馬氏體，硼碳化物及殘余奧氏體。

（2）高鉻白口鑄鐵淬火過程中，加熱速率一般在100℃/h 與200℃/h 之間，奧氏體化溫度在850-1100℃，奧氏體化時間=2h+1/2h/模數(shù)（厘米），通過合理控制冷卻速度可得到貝氏體、奧氏體和屈氏體等基體組織，但只有金屬型鑄造屈氏體高鉻鑄鐵具有性能穩(wěn)定、成本低廉的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的實用性。

（3）鎳硬白口鑄鐵根據(jù)含鎳量的不同硬化處理的保溫溫度有很大的差異。

（4）激冷鑄鐵的熱處理工藝僅僅是低溫退火，具體的規(guī)范為在熱處理爐內(nèi)以20-30℃/h 的升溫速度升溫將工件加熱到500-550℃，保溫2-3h，消除鑄鐵的內(nèi)應(yīng)力，獲得穩(wěn)定的組織，爐冷至300℃以下出爐空冷校直。

（5）稀土變質(zhì)鑄鐵經(jīng)變質(zhì)處理和950 ℃×2h 正火處理后性能優(yōu)越。

熱處理對耐磨鑄鐵性能的影響：

熱處理對和沖擊韌性都有影響。同一回火溫度條件下，硬度隨奧氏體化溫度升高而降低， 沖擊韌性隨奧氏體化溫度升高而增加。同一淬火溫度下，硬度隨回火溫度的增加而略有降低， 在210～ 290℃內(nèi)，沖擊韌性隨回火溫度升高而增加， 但在330℃回火時， 沖擊韌在同一回火溫度下， 隨奧氏體化溫度升高，碳化物分解速度加快， 碳化物數(shù)量減少， 淬火后碳化物形態(tài)也變?yōu)閿嗑W(wǎng)狀和塊狀，組織中殘余奧氏體量也增多。熱處理與磨耗量也有密切的關(guān)系，隨奧氏體化溫度升高，磨損量增多， 即耐磨性下降。隨奧氏體化溫度升高，碳化物數(shù)量減少， 硬度下降，這也正是耐磨性下降的主要原因。