铬在铸铁中地作用Word文档下载推荐.docx

1、1184时， LK2KC795时， K2KC 这三种碳化物的晶体结构类型及其溶解碳和铬的能力见表61。 由图62可以看出，铬对铁碳合金中碳化物的相结构有重要影响。当铬含量很低时，铁碳合金中的碳化物为KC；铬含量较高时，碳化物主要为K2；而只有当铬含量大于60%时，才可以在很窄的含碳量范围里析出K1相。这些碳化物可以和相形成共晶体，如果合金是亚共晶成分，则凝固时先析出相，当铁液成分达到共晶成分时，析出相和碳化物共晶体；如果合金是过共晶成分，则先析出碳化物，然后析出共晶体。 表61 Fe-C-Cr中碳化物结构类型及其溶解碳铬能力 碳化物类型 晶格结构 晶格常数 密度 溶解C、Cr的能力 （Cr,F

2、e）3C 斜方晶系 a=4.52b=5.09c=6.74 7.67 6.67%C,20%Cr （Cr,Fe）23C6 面心立方晶系 c=10.64 6.97 5.6%C,59.0%Cr （Cr,Fe）7C3 六方晶系 a=6.88b=4.54 6.92 9%C,与相平衡时，Cr=26.670% 通过三角区右边的斜线，可以大致估算出获得全共晶组织时铸铁中铬和碳含量的关系（见表62）。 表62 铸铁中全共晶组织时CrC含量（%） Cr C15 3.620 3.225 3.0 图63为Fe-C-Cr三元相图中含铬量分别为5%、13%和25%的等铬量垂直截面图，从中我们可以了解到不同成分的Fe-C-C

3、r合金冷却过程中组织转变。63 Fe-C-Cr三元相图等铬量垂直截面图（点击放大） （a） 含Cr5%; （b）含Cr13%; （c）含Cr25% K1（Cr,Fe）23C6；K2（Cr,Fe）7C3；KC（Cr,Fe）3C 许多学者的研究表明，铬对Fe-C相图有以下影响：（1）减小相区，并使共析点左移，相中碳的最大溶解度降低，当铬量达到20%时相区缩为一点，不再有单独的相存在；（2）使相的稳定温度降低；（3）使相的稳定温度升高；（4）随着铬含量的提高，碳化物由（Fe,Cr）3C型依次向（Fe,Cr）7C3和（Fe,Cr）23C6型转变。由于铬对铁碳合金组织的上述影响，使铬在耐磨铸铁中得到广泛

4、应用。 二、含铬铸铁中的初生碳化物 T.奥希德（T.Ohide）用含碳量为4.3%的过共晶铸铁研究了不同铬含量对铸铁中初生碳化物的影响。结果表明，当含铬量为25%时，铸铁中初生碳化物为（Fe,Cr）3C型，试样由外表向中心逐层凝固。随着铬含量的提高，试样体积凝固特征增强，当铬含量为2030%时，初生碳化物为（Fe,Cr）7C3型，试样具有明显的体积凝固特征。用扫描电镜观察初生碳化物的形貌，（Fe,Cr）3C型碳化物为表面带有沟槽的片状，而（Fe,Cr）7C3型为相互交织的六角形杆状。在过共晶高铬铸铁中，初生碳化物常常处于共晶晶区的中心。由此可以推断，在这种条件下，共晶转变首先在初生碳化物周围开

5、始进行。 三、含铬铸铁中的共晶组织 在莱氏体共晶中渗碳体是领先相，而对于高铬铸铁而言，在（Fe,Cr）7C3型碳化物与奥氏体共晶中奥氏体是领先相。高铬铸铁的共晶属于纤维状的小晶面（碳化物）非小晶面（奥氏体）共晶，其特征是奥氏体连成一片，在奥氏体或其转变产物上分布着硬而脆的纤维状碳化物（Fe,Cr）7C3，这些碳化物有许多是空心纤维。高铬铸铁所具有的这种组织特征使其韧性有一定程度的提高。 共晶转变的温度区间对铸铁的共晶组织形貌有影响。当共晶转变温度区间较小时，共晶晶区的外形较平坦，碳化物尺寸较小，而且均匀。铬含量对高铬铸铁共晶转变温度区间有影响，图64为实测铬含量与共晶转变温度区间的关系。从中可

6、以看出，含铬30%时共晶转变区间最小，只有20左右；含铬15%时，共晶转变温度区间最大，大约为65。64 共晶转变温度与铬含量的关系 四、铬系耐磨铸铁 按照含铬铸铁的组织结构和使用情况，铬系铸铁可以分为三大类： 第一类为具有良好高温性能的铬系白口铸铁。这种铸铁含铬量为33%，其组织多数为奥氏体和铁铬碳化物，有时也出现铁素体。这种合金除具有一定的耐磨性外，在温度不高于1050的高温工作条件下，具有良好的抗氧化性能，也适用与在低腐蚀条件下工作。 第二类为具有良好耐磨性的铬白口铸铁（简称高铬铸铁）。这种铸铁中除含有1220%的铬外，还含有适量的钼。这类铸铁凝固后的组织为（Fe,Cr）7C3型碳化物和

7、相。在随后的冷却过程中，相可部分或全部转变为马氏体。当基体全部为马氏体时，这种合金的耐磨性能最好。如果基体中存在部分残余奥氏体，则在载荷作用下，在磨损过程中仍会有一些残余奥氏体转变为马氏体。为了获得良好的耐磨性能，希望这种合金中的奥氏体全部转变为马氏体。但在铸态下，这种转变往往是不充分的，因此这种合金通常要进行热处理。 第三类为低铬合金白口铸铁。与普通白口铸铁相比，这种铸铁中碳化物的稳定性更好。这是因为在这种合金的凝固过程中，铬可以完全溶入碳化物中，而使凝固后得到的碳化物相稳定而不分解。 目前在高合金白口铸铁中使用最广泛的是高铬铸铁，下面详细介绍这种铸铁。 1.高铬铸铁的化学成分与组织 高铬铸

8、铁中的主要合金元素是铬。铬含量在10%以上时才能可靠地得到（Fe,Cr）7C3型碳化物。铬除形成碳化物外，还有一部分固溶于相中，提高其淬透性。高铬铸铁的淬透性与铬和碳的含量有关，随铬碳比的增加，淬透性提高，高铬铸铁的铬碳比通常为48。 高铬铸铁的性能与其碳化物的含量有直接关系，提高碳化物含量，可以提高其抗磨性，但韧性和淬透性降低。高铬铸铁中碳化物的含量与其碳和铬的含量有关，其定量关系可由下式表示 K%11.3C%+0.5Cr%13.4 由上式可见，提高碳和铬的含量，可提高碳化物的百分含量（K%），其中碳的作用比铬大得多。 为了提高高铬铸铁的淬透性，往往在高铬铸铁中加入一定的合金元素，这些元素通

9、常是钼、镍、铜等。有时高铬铸铁中还含有少量的钒、硼等元素，其中钒可以使碳化物球化，并细化高铬铸铁的组织，从而使其韧性提高；硼可促进碳化物的形成，并固溶于金属基体中，提高其显微硬度。 高铬铸铁的成分可参见表63。 表63 美国Climax钼公司高铬铸铁成分及硬度表中15-3是指Cr15%-Mo3%，15-2-1是指Cr15%-Mo2%-Cu1%，20-2-1是指Cr20%-Mo2%-Cu1%。在15-3牌号中，高铬铸铁又按碳的高低分为四类，其中低碳的韧性好但硬度低，适合于冲击载荷比较大的工况，高碳的硬度高，但韧性相对较差，适合于冲击载荷较小的场合。 2. 高铬铸铁的铸造性能 高铬铸铁的铸造性能较

10、差，表64为几种含铬铸铁的铸造性能，由于高铬铸铁的导热性低，塑性差，收缩大，其热裂和冷裂的倾向都比较大。表64 几种含铬铸铁的铸造性能 3. 高铬铸铁的热处理 要获得具有理想的金相组织和良好的耐磨性的高铬铸铁，热处理是十分重要的环节。图65为一种高铬铸铁的等温转变曲线。 图65 高铬铸铁等温转变曲线 成分（%）：C2.45% Cr20.2% Mo1.52% （a） 未去稳定处理 （b） 去稳定处理1000/20min图中所示去稳处理是指升温至奥氏体化温度，析出二次碳化物，使奥氏体中的碳及其它合金元素含量有所降低，从而使奥氏体的稳定性也有所降低的处理过程。若把珠光体转变鼻子在时间轴上的位置称为珠

11、光体时间，则珠光体转变时间（珠）与合金成分的关系可用下式计算： lg珠2.610.51C+0.05Cr+0.37Mo，s此式适用于下述成分的合金：C1.954.31%, Cr10.825.8%,Mo0.023.80%。 对于连续冷却过程可以采用连续冷却转变曲线（CCT曲线）。图66为一种高铬铸铁的连续冷却转变曲线，由该图可以预计不出现珠光体的临界试棒尺寸。对于不同成分的高铬铸铁，不出现珠光体的临界试棒尺寸可用下式估算（D）： lgD0.320.158 （Cr/C）0.385Mo, mm 图66 高铬铸铁的连续冷却转变曲线 奥氏体化处理：1000/20min化学成分%15-315-2-120-2

12、-1超高碳高碳中碳低碳C3.64.33.23.62.83.22.42.82.83.52.62.9Cr14161821Mo2.531.92.21.42.0Cu0.51.2Mn0.71.00.50.80.60.9Si0.30.80.40.80.40.9S0.05P0.100.06空冷时不析出珠光体的最大断面，mm7090120200200硬度HRC铸态5156505444485055淬火6267606558636067退火4044374235403843表63 美国Climax钼公司高铬铸铁成分及硬度 表中15-3是指Cr15%-Mo3%，15-2-1是指Cr15%-Mo2%-Cu1%，20-2-

13、1是指Cr20%-Mo2%-Cu1%。铸铁温度，密度g/cm3收缩, 流动性（1400）mm热裂倾向等级液相线固相线线收缩体收缩Ni-Hard 212781235114511507.722.0/（1.92.2）8.9400/（310500）1/（12）高铬白口铸铁（C2.8，Cr28，Ni2）12901300125512757.461.94/（1.652.2）7.5350/（300400）3/（34）高铬白口铸铁（C2.8，Cr17，Ni3，Mn3）12801300124012657.557.63（370500）珠光体白口铸铁134012907.661.87.75240/（230260）1高铬白口铸铁（C2.8，Cr12，Mo1）12801295122012257.631.83/（1.81.85）7.8530/（500560）2/（23）高铬白口铸铁（C2.3，Cr30，Mn3）127012801.71.9375400注：1.表中分数的分子为平均值； 2.热裂倾向值越小，热裂倾向越大； 3.铸铁化学成分为