高鉻白口鑄鐵與磨球的技術(shù)研究

高鉻白口鑄鐵與磨球的技術(shù)研究

內(nèi)容摘要：該文分析了高鉻白口鑄鐵材質(zhì)硬度、韌性、基體組織與磨球抗磨性的關(guān)系。分析了殘余奧氏體，碳化物的數(shù)量、形態(tài)及分布對(duì)磨球抗磨性的影響。通過(guò)對(duì)磨球工況條件的研究分析及探討，提出了磨球?qū)Σ馁|(zhì)的性能要求。在生產(chǎn)實(shí)踐中，用辯證統(tǒng)一的方法，解決磨球材質(zhì)諸多因素，存在的矛盾及存在的相互關(guān)系，從而使各因素得到**配合，達(dá)到相對(duì)統(tǒng)一，提高磨球抗磨性的目的。

關(guān)鍵詞：高鉻白口鑄鐵 磨球 硬度 韌性 抗磨性 奧氏體 碳化物 基體組織

由于高鉻白口鑄鐵具有優(yōu)良的抗磨性能，所以被廣泛的應(yīng)用于磨煤、礦石破碎機(jī)、水泥磨機(jī)、拋丸機(jī)、泥漿泵等設(shè)備上的易損件。

雖然高鉻白口鑄鐵具有優(yōu)良抗磨性能，但是這種鑄鐵相當(dāng)脆，通過(guò)熱處理和加入一定量合金元素來(lái)提高其沖擊韌性，并且得到較大的進(jìn)展，但是仍不能滿足于部件在強(qiáng)沖擊下的工況需要。解決高鉻白口鑄鐵的沖擊韌性，是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，它是多因素綜合作用的結(jié)果。高鉻白口鑄鐵的發(fā)展，就是如何使韌性和硬度得到**的配合。通過(guò)研究與實(shí)踐認(rèn)為，要解決這一矛盾，需要合理的選擇高鉻白口鑄鐵中碳化物的數(shù)量、形狀(如：大小、團(tuán)球、網(wǎng)狀等）、分布（單獨(dú)存在或相互關(guān)聯(lián)）以及基體組織的選擇，基體中殘余奧氏體的量，鑄件內(nèi)外部鑄造缺陷等因素的影響。因此，要有效的提高材質(zhì)的耐磨性就需要搞清楚諸因素對(duì)耐磨性的具體影響。

一、硬度與耐磨性

材質(zhì)的耐磨性和其硬度有著密切的關(guān)系。通常，在保證材料不斷裂的前提下，耐磨性和材料硬度成正比關(guān)系。但實(shí)踐證明，材料的耐磨性不僅和材料的本身硬度有關(guān)，而且也和磨料有關(guān)。當(dāng)研磨體磨面硬度過(guò)高時(shí)，磨料對(duì)其擦傷磨損就會(huì)減弱，而疲勞磨損則會(huì)構(gòu)成主要的磨損形式，此種磨損是一種疲勞磨損，當(dāng)金屬材料（研磨體）磨面的相對(duì)硬度越高時(shí)，韌性就越低，疲勞磨損（包括裂紋、剝落）越明顯，因而磨球的破碎率也就隨之提高。另外，就沖擊耐磨來(lái)講，主要取決于材質(zhì)的硬度和韌性的配合，而且與磨損沖擊功的大小有關(guān)。當(dāng)磨損沖擊功小的時(shí)候，硬度對(duì)材質(zhì)的耐磨性起主要作用。隨著磨損沖擊功的增大，材質(zhì)的韌性對(duì)耐磨性的影響增加。故在保持材質(zhì)高硬度的前提之下，改善韌性可以增加材質(zhì)的沖擊耐磨性。

二、韌性與耐磨性

通常承受磨料磨損的零件，在使用中也要承受劇烈的機(jī)械沖擊載荷。從多種磨損件（破碎機(jī)錘頭、腭板，球磨機(jī)襯板與磨球）的破壞實(shí)效分析來(lái)看，其原因就是韌性不足。顯然，足夠的韌性是很必要的。但是，確定零件在工作中所需要的韌性值并不容易。所以在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常為了保證有足夠的韌性，就必須犧牲一部分硬度（耐磨性）。

基體、碳化物與韌性

奧氏體基體的高鉻白口鑄鐵的裂斷韌性優(yōu)于馬氏體基體的高鉻鑄鐵，而且碳化物含量低時(shí)，二者差值較大，碳化物含量高時(shí)差值就小，這就是說(shuō)：低碳化物時(shí)，基體組織對(duì)其斷裂韌性起支配作用，即可通過(guò)熱處理改變基體，有利于斷裂韌性的提高。隨著碳化物數(shù)量的增加，決定高鉻鑄鐵韌性的主要因素，已從基體轉(zhuǎn)向碳化物，即可通過(guò)合金化變質(zhì)處理，改變碳化物的結(jié)構(gòu)、形態(tài)及分布，從而改變斷裂韌性。

碳化物呈封閉的空間網(wǎng)狀時(shí)，碳化物形態(tài)是影響白口鑄鐵斷裂的主要因素。這時(shí)裂紋沿碳化物擴(kuò)散，當(dāng)其首尾相接，碳化物發(fā)生斷裂，而且裂紋持續(xù)沿碳化物擴(kuò)展（碳化物的尖端角），斷裂不斷產(chǎn)生，基體對(duì)裂紋的鈍化效應(yīng)未充分發(fā)揮出來(lái)。所以，為了耐磨期間，還要考慮到如何強(qiáng)化基體，而提高基體對(duì)碳化物的支撐作用。

當(dāng)碳化物變?yōu)閿嗑W(wǎng)狀時(shí)，基體是影響白口鑄鐵斷裂韌性的重要因素。這時(shí)，裂紋擴(kuò)展一定要經(jīng)過(guò)基體，而基體對(duì)裂紋的鈍化效果應(yīng)較大，阻力亦大，故基體強(qiáng)度是控制裂紋擴(kuò)展的重要環(huán)節(jié)。

綜上所述，要考慮耐磨性和斷裂韌性，在軟磨料小沖擊功條件下，宜選用馬化體基體；大沖擊條件下，則宜選用奧氏體基體。

有資料介紹，基體組織與相對(duì)耐磨性的關(guān)系，即在沖擊力不同的情況下，應(yīng)先后選擇的基體組織：

沖擊功 1.2焦：馬氏體、回火復(fù)相、奧氏體、球光體

沖擊功 3焦：回火復(fù)相、馬氏體、奧氏體、球光體

沖基功 4.5焦：奧氏體、回火復(fù)相、馬氏體、球光體

三、殘余奧氏體對(duì)耐磨性的影響

對(duì)于殘余奧氏體，目前較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)是：在低應(yīng)力滑動(dòng)磨損件中，殘余奧氏體降低耐磨性（像鉆井用泥漿泵上的缸套，就嚴(yán)格控制殘奧的含量）。在高應(yīng)力情況下，適量殘余奧氏體的存在，則有利于高鉻白口鑄鐵的強(qiáng)韌性，可獲得較佳的耐磨性，而比純馬氏體基體耐磨性好。

為什么殘余奧氏體在強(qiáng)沖擊磨料磨損過(guò)程中，具有較好的耐磨性能？

1、殘余奧氏體對(duì)裂紋源產(chǎn)生的影響

殘余奧氏體在沖擊磨損過(guò)程中，組織中的介穩(wěn)定殘奧會(huì)向馬氏體轉(zhuǎn)變，而且沖擊功愈大，殘奧的轉(zhuǎn)變量也愈大。當(dāng)殘奧向馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中，消耗外界的沖擊功，借沖擊功而形成了馬氏體，阻止裂紋源的產(chǎn)生，從而提高了材料的磨損抗力。

2、殘奧對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響

當(dāng)殘奧含量較少時(shí)，裂紋成直線擴(kuò)展，沿脆性碳化物擴(kuò)展，其擴(kuò)展所受的阻力較小，而殘奧含量較高時(shí)，裂紋擴(kuò)展途徑是曲折的，裂紋穿過(guò)碳化物在基體中擴(kuò)展，所受阻力較大。碳化物和奧氏體間高的結(jié)合強(qiáng)度和殘奧的止裂作用，阻止裂紋沿脆性碳化物擴(kuò)展。

3、殘奧對(duì)疲勞斷裂的影響

由試樣沖擊斷裂的沖擊次數(shù)得出：殘奧含量在17%以下（淬火溫度950℃以下），承受斷裂沖擊次數(shù)少，疲勞壽命低；殘奧含量約30%（淬火溫度1000℃），疲勞壽命有所提高；殘奧含量>50%（淬火溫度1050—1100℃），沖擊4000次未斷裂，疲勞壽命大大提高。

但也有資料認(rèn)為：殘奧在沖擊磨損中轉(zhuǎn)變成馬氏體后，會(huì)引起體積膨脹，應(yīng)力增加，導(dǎo)致剝落和開(kāi)裂，因此應(yīng)控制殘奧。

四、碳化物數(shù)量、形態(tài)與分布對(duì)耐磨性的影響

在高鉻白口鑄鐵中，其顯微組織通常是碳化物+馬氏體+奧氏體（殘）或碳化物+奧氏體，其中碳化物是抗磨損的骨架，故其數(shù)量，形態(tài)和分布與耐磨性有著密切的聯(lián)系。

1、碳化物數(shù)量越多，則硬度有所增加，在材料不斷裂的前提下，碳化物數(shù)量越高，耐磨性越好。

2、在形態(tài)和分布上，為了避免裂紋沿碳化物擴(kuò)展，則其碳化物**為球狀、團(tuán)狀、孤島狀、碎塊狀或斷網(wǎng)狀，應(yīng)力求避免連續(xù)網(wǎng)狀和放射狀分布。這可通過(guò)合金化，特別是爐前變質(zhì)處理，改變結(jié)晶凝固條件。另外，也可通過(guò)熱處理來(lái)改善形態(tài)。

五、基體組織與抗磨性的關(guān)系

耐磨材料的抗磨性與基體組織有著密切的關(guān)系，同時(shí)各組織組成物之間的內(nèi)聚強(qiáng)度，也對(duì)其耐磨性有著重要影響，高鉻白口鑄鐵的耐磨性不僅僅取決于碳化物，而且也和基體有關(guān)?；w必須有一定的硬度和對(duì)碳化物有較高的內(nèi)聚強(qiáng)度，否則基體首先嚴(yán)重變形或過(guò)早磨損，碳化物就失去依托，使碳化物彎曲折斷或孤立突出。

強(qiáng)化基體的措施還常有：1、添加M0等合金元素。2、加變質(zhì)劑：除氣脫氧、清純晶界，提高晶粒間的內(nèi)聚強(qiáng)度；改變碳化物的形態(tài)，使其尖角變鈍。3、通過(guò)熱處理。

六、磨球工況特性及對(duì)材質(zhì)性能的要求

1、磨機(jī)工況條件分析

各類(lèi)球磨機(jī)的工況：當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磨球與礦料緊密混合，由于離心力和磨擦力的作用，磨球沿著筒壁一邊被提升到一定高度并達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)，即沿著筒內(nèi)堆積的料堆的自由表面奔流落下，或者脫離此表面，瀑布似的瀉落到料堆的根部，對(duì)礦料和磨球進(jìn)行直接的沖擊，奔流落下的料堆與沿筒壁下滑的磨球，對(duì)礦料做剪切破碎、碾研，而且多次重復(fù)性的球與球，磨球與襯板，磨球與物料之間碰撞和相對(duì)的滾動(dòng)與滑動(dòng)。

通過(guò)以上工況分析可知，磨球的形狀雖然很簡(jiǎn)單，但其服役條件、受力情況卻復(fù)雜到我們難以建立起一個(gè)合理的物理模型，服役過(guò)程中要承受剪切，碾研和較大的沖擊載荷。不但要求磨球硬度高，耐磨性好，而且還要有較好的韌性，耐沖擊防碎裂。其失效形式又受二個(gè)互相制約，相互矛盾的因素所影響（硬度與韌性），在濕磨條件下，還要考慮增強(qiáng)材料抗化學(xué)腐蝕的能力。

2、磨球?qū)Σ馁|(zhì)性能的要求

就硬度而言，根據(jù)磨機(jī)直徑的大小、轉(zhuǎn)速，硬度不應(yīng)低于HRC48。隨著硬度的增加，耐磨性一般亦隨之增加，但過(guò)高則易造成表面的剝落而使耐磨性下降。一般情況下，除粉碎特殊堅(jiān)硬的物質(zhì)外，以不高于HRC60為好。

就材質(zhì)的韌性來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)磨機(jī)直徑大小而定。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，某大學(xué)耐磨研究組織和有關(guān)科研單位用MLD—10型動(dòng)載沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)模擬試驗(yàn)，以及在不同磨機(jī)內(nèi)測(cè)試的結(jié)果表明：Φ1.5米以下的磨機(jī)中，平均沖擊能量為1.0—1.5焦；Φ2.4米的磨機(jī)，平均沖擊能量為2.5—3.5焦；Φ4.5米以上的磨機(jī)，平均沖擊能量為4.2—5.0焦。在磨球生產(chǎn)中，為了保證磨球工作中的安全使用，要求磨球材質(zhì)的實(shí)際沖擊值，應(yīng)是同直徑磨機(jī)模擬測(cè)試沖擊值的2—3倍。也就是說(shuō)，一般情況下，沖擊值在6—12焦，就可以滿足于磨球的使用要求。另外，對(duì)于4米以上的大磨機(jī)磨球或大徑磨球，其沖擊值應(yīng)特別考慮。

然而，實(shí)際磨球所受到的沖擊力并不比理論值大。這是因?yàn)楸惶嵘哪デ蚴紫缺粧伮涞轿锪线\(yùn)動(dòng)面上，然后下沉撞擊到未被提升的物料和磨球上，由于磨球拋落受阻而使速度減少，故其沖擊力大大減少。

高鉻磨球具有較強(qiáng)的抗萌生裂紋能力，而抗裂紋擴(kuò)展能力低的特點(diǎn)。而鑄造缺陷則是在無(wú)負(fù)荷情況下，萌生的裂紋源。所以，鑄件的內(nèi)外部缺陷，對(duì)磨球斷裂韌性的降低作用是令人吃驚的，故而應(yīng)盡量減少鑄造缺陷，充分發(fā)揮材質(zhì)的內(nèi)在潛力。據(jù)有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，對(duì)于Φ100以下的磨球，若無(wú)鑄造缺陷的存在，沖擊值ak（J/cm2）≥6.5，在使用過(guò)程中是可靠的，但若有縮孔、縮松、夾雜、缺肉、冷隔等鑄造缺陷則是很不利的。

在制定磨球產(chǎn)生工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)磨球服役工況的不同，需要全面分析考慮，合理的設(shè)計(jì)其化學(xué)成分、造型工藝、冶煉工藝、變質(zhì)處理及熱處理工藝。

七、化學(xué)成分的選擇

高鉻鑄鐵化學(xué)成分的選擇，將關(guān)系到鑄件熱處理工藝的制定，碳化物的量及形狀，基體組織等，這些都直接涉及到材質(zhì)的硬度和韌性。而且生產(chǎn)廠家不能像科研單位那樣，有很好的試驗(yàn)條件、擬測(cè)手段，可以加入眾多的稀有、貴重元素，生產(chǎn)廠家必須充分利用我國(guó)或本地區(qū)的金屬資源優(yōu)勢(shì)，還要考慮到易購(gòu)和原材料的價(jià)格，在生產(chǎn)工序安排上，還要考慮到盡量減少加工工序而降低成本。

1、碳、鉻

影響高鉻鑄鐵綜合機(jī)械性能**的是碳、鉻兩元素。一般情況下，碳量決定碳化物的數(shù)量，而鉻含量是決定碳化物的類(lèi)型。

碳：從磨球需要耐磨性和沖擊韌性兩個(gè)方面考慮，由于含碳量決定碳化物的量，碳量越高，碳化物數(shù)量就越高，形狀越粗大，硬度高。但增加了材質(zhì)的脆性，降低了韌性。碳量過(guò)低，碳化物呈晶界狀分布，對(duì)韌性和耐磨性都不利，高鉻鑄鐵磨球通常選用亞共晶成分，由于共晶含碳量（α）隨含Cr量的增加而下降

Cr=2%時(shí) 共晶含碳量為4.2%

Cr=8%時(shí) 共晶含碳量為3.8%

Cr=15%時(shí) 共晶含碳量為3.6%

Cr=17%時(shí) 共晶含碳量為3.5%

Cr=20%時(shí) 共晶含碳量為3.2%

（α）值也可用下式求得：

α=4.4%—0.054×（Cr%）

在高鉻鑄鐵中，有時(shí)為了得到較好的韌性，往往不得不適當(dāng)?shù)目刂朴捕榷档虲量，從磨球的服役狀況分析，含碳量選擇2.4—2.8%。

鉻、Cr是強(qiáng)烈的白口元素，能提高白口傾向和硬度。當(dāng)含Cr量低時(shí)，得到的是M3C[(Cr·Fe)3C]型碳化物，其硬度1060—1240HV，對(duì)材質(zhì)的韌性和抗磨性有較大的改善，當(dāng)含Cr量大于12%時(shí)，得到M7C3[（Cr?Fe）7C3]型組織，這種組織和M3C型組織相比，耐磨性和耐腐蝕性要高的多，其顯微硬度可提高到1500—1800HV。當(dāng)含Cr量>20%，在形成M7C3的同時(shí)，還形成一定量的M23C6型碳化物，這種碳化物的硬度并不比M7C3型高，而且在磨損過(guò)程中較易出現(xiàn)裂紋，綜合分析認(rèn)為Cr含量一般控制在14—17%。

另外，Cr/C是高鉻的鑄鐵的一個(gè)重要參數(shù)，Cr/C比對(duì)高鉻鑄鐵的基體組織具有決定性的作用，Cr/C比的改變將引起材料組織和性能的變化。Cr/C比的提高使M3C減少，M7C3型碳化物數(shù)量增高，抗磨性提高，斷裂韌性也提高，在Cr/C比為7.1時(shí)，達(dá)到峰值。

2、錳

錳中和硫后多余的量,起到穩(wěn)定碳化物的作用，并且能提高淬透性。錳是強(qiáng)烈穩(wěn)定奧化體的元素。通過(guò)熱處理可使抗磨性能和沖擊韌性均得到提高。Mn還有一個(gè)更可貴的作用，就是減少鑄件的紅脆性。Mn一般控制在0.5—1%，可得馬、貝組織。如果欲在鑄態(tài)得到奧氏體組織，可提高到3—5%。

3、硅

硅的作用與錳相反，Si固溶于基體中，顯著地降低高鉻鑄鐵的淬透性， Si高、馬氏體組織中易混入珠光體，所以其含量不易過(guò)高。但適量的Si加入量，在溶煉過(guò)程中,Si起一定的脫氧作用，可以防止其它元素的氧化，提高流動(dòng)性以利于澆注，在高鉻鑄鐵中，?？刂圃?/span>0.4—0.8%。

4、銅

Cu增加合金的淬透性，可使厚大鑄件中緩慢地轉(zhuǎn)變成馬氏體（有少量殘奧），即使加入量少到0.1%時(shí)，也可提高淬透性17%，Cu對(duì)合金基體強(qiáng)化的效果與Ni相似，但Ni的價(jià)格貴得多。

Cu在奧氏體的溶解度有限，過(guò)高的含Cu量易出現(xiàn)富Cu現(xiàn)象而使材質(zhì)發(fā)脆。特別是大量使用回爐料時(shí)，Cu的遺傳性很大，也易出現(xiàn)集累富銅現(xiàn)象，所以在冶煉過(guò)程中應(yīng)注意爐料配比以及回爐料的使用。通常Cu控制在0.4—0.8%。

5、鉬

Mo分布在共晶碳化物和基體組織之中，顯著提高高鉻鑄鐵的淬透性，對(duì)厚壁鑄件可抑制珠光體的形成，并且Cr/C比愈高，Mo的這一效果愈大，少量的Mo溶于基體中，可以細(xì)化晶粒和提高碳化物的顯微硬度，即使在鑄態(tài)通過(guò)情況下，由于加入Mo，沖擊韌性也能得到提高。通過(guò)熱處理，可使樹(shù)枝狀結(jié)晶基體的硬度降低，局部的產(chǎn)生軟相，以彌補(bǔ)部分因Cr高或加入V、B等強(qiáng)化碳化物的元素，而使材質(zhì)過(guò)硬沖擊值下降的不足，從而使沖擊韌性和耐磨性顯著提高。但從經(jīng)濟(jì)成本與材料實(shí)用工況綜合考慮，磨球的加入量可在05.—1.5%。

6、釩

V是極有效的穩(wěn)定碳化物的元素，并增加白口深度，含量為0.1—0.5%范圍內(nèi)它可使白口組織細(xì)化，并使粗大的柱狀晶體減少。

V對(duì)硬度的影響： 有資料介紹，在高鉻鑄鐵中，加入0.05%的v，樹(shù)枝狀結(jié)晶基體的淬火硬度上升， V的加入明顯提高硬度降低韌性。如果與Mo(>0.3%）同時(shí)加入0.1%的v，對(duì)材質(zhì)的綜合性能是有用的。

從圖中看出，v對(duì)宏觀硬度影響不大，對(duì)顯微硬度提高的峰值含量在0.05%—0.15%

V對(duì)沖擊韌性的影響：

隨著v加入量的增加，而沖擊值急劇的下降。但是在含Mo>0.3%的高鉻鑄鐵中，加入0.1%的v，能較有效的提高材質(zhì)的綜合性能，即彌補(bǔ)了由于加入Mo使樹(shù)枝狀結(jié)晶硬度下降的不足。

V的加入量?？刂圃?/span>0.07%—0.15%的范圍。

7、鈦

Ti在高鉻鑄鐵中形成堅(jiān)硬的TiC，它分布于金屬基體中，阻礙共晶碳化物的長(zhǎng)大，有細(xì)化組織的作用。另外，Ti有凈化晶界，提高基體強(qiáng)度，抑制裂紋產(chǎn)生之作用。控制范圍在0.1%—0.5%。

8、硫

S是非金屬元素，它基本上不溶于鐵的固溶體中，而與鐵生成硫化鐵（FeS）。硫化鐵形成低溶（985℃）共晶體以及其他硫化物，分布在晶界上。硫能使鐵液的流動(dòng)性降低，收縮量增大，使鑄鐵有較大的熱裂傾向。應(yīng)控制在0.05%以下。

9、磷

P是非金屬元素，但磷能溶于鐵水中，磷在奧氏體中的溶解度很小。由于磷的存在則生成磷共晶。磷共晶硬而脆且熔點(diǎn)低，在金屬開(kāi)始凝固時(shí)其還是液體，在已結(jié)晶凝固金屬的擠壓下，形成帶有銳尖的磷共晶或以網(wǎng)狀分布在晶界上，切割基體，使材質(zhì)脆性增加，降低材質(zhì)的沖擊韌性及強(qiáng)度。應(yīng)控制在0.07%以下。

在控制磨球化學(xué)成分時(shí)，應(yīng)根據(jù)磨機(jī)直徑的大小、轉(zhuǎn)速、沖擊荷以及磨球直徑大小的不同，取各化學(xué)成分的**值。從實(shí)用和經(jīng)濟(jì)兩者考慮，其化學(xué)成分控制在如下范圍是可取的。

C：2.4%—2.8% Si：0.5%—1.0% Mn:0.5%—1.0%

Cu：0.4%—0.8% Cr：14%—17% Mo:0.5%—1.5%

V：0.07%—0.15% Ti：0.1%—0.5% S<0.05% P<0.07%

八 鑄造工藝

1、熔煉

爐料一般采用低硅生鐵，廢鋼。合金元素使用鉻鐵（從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，常用高碳或碳素鉻鐵），錳鐵、硅鐵、鉬鐵、鈦鐵（用釩、鈦生鐵可降低成本）和電解銅。用中頻電爐冶煉，以保證要求的化學(xué)成分和溫度。加料方法:先在爐底加入五分之一的鉻鐵，當(dāng)廢鋼和生鐵溶化完畢后，邊預(yù)熱邊慢慢加入余下的鉻鐵、錳鐵（銅和鉬鐵可先加入爐底）硅鐵等合金，在進(jìn)行脫氧、除渣后出爐。

2、澆注溫度

高鉻鑄鐵有較好的流動(dòng)性，澆注溫度一般取液相線溫度以上過(guò)熱50—100℃，含Cr15%的高鉻鑄鐵液相線在1250℃左右，也就是說(shuō)澆注溫度在1350—1400℃，其出爐溫度不要超過(guò)1480℃，以免大量氧化和吸氣。適當(dāng)?shù)目刂茲沧囟?，將直接關(guān)系到鑄件質(zhì)量。在鑄件不出現(xiàn)冷隔的情況下，適當(dāng)采用低的澆注溫度，可以得到細(xì)晶粒組織和減少縮孔、縮松傾向。但澆注溫度過(guò)低時(shí)，鑄件將出現(xiàn)冷隔、缺火等缺陷。澆注溫度過(guò)高時(shí)，不利于逐層凝固，鑄件而出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷。另外，也將會(huì)縮短模具的使用壽命，甚至因過(guò)燒而使鑄件和模具粘結(jié)在一起。

3、變質(zhì)處理

盡管高鉻鑄鐵具有較高的硬度和一定的沖擊韌性，但因仍存在著易脆裂的不足，故限制了使用范圍。為解決脆裂和進(jìn)一步提高沖擊韌性，國(guó)內(nèi)外為此進(jìn)行了大量的研究。我們知道，在高鉻鑄鐵中的碳化物，是對(duì)耐磨性舉足輕重的一個(gè)相，它的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)與分布對(duì)耐磨性和斷裂韌性有著十分重要的影響。目前比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，就是用含稀土類(lèi)等多種元素的復(fù)合孕育劑，或以鎂作載體混入鉀、鈉類(lèi)制成的復(fù)合變質(zhì)劑，對(duì)高鉻鑄鐵中的碳化物進(jìn)行變質(zhì)處理，使碳化物端部的尖變鈍，使其成團(tuán)球狀，孤立條塊狀、碎點(diǎn)狀，分散分布以減少對(duì)基體的切割作用，達(dá)到提高硬度和沖擊韌性的目的。良好的孕育劑應(yīng)具有以下二個(gè)方面：

(1)能夠有效的改善碳化物的形態(tài)，有利于碳化物形成孤立團(tuán)球狀。

(2)能夠充分除氣、脫硫、去氧、凈化晶界、細(xì)化晶粒。減少夾雜物及改變夾雜物的形態(tài)。提高鐵液流動(dòng)性。

孕育劑的合理選擇以及適宜加入量的確定，須注意以下幾點(diǎn)：

a、加入量不易過(guò)多，防止過(guò)分降低鐵水溫度。

b、在保證性能的前提下，盡量簡(jiǎn)單，便于操作，有利于推廣。

c、立足于國(guó)內(nèi)本地區(qū)資源，盡量降低成本，易于購(gòu)買(mǎi)

常用的變質(zhì)劑有稀土1#（加入量為0.8%—1.5%)和鋁（0.1%—0.3%）；Si-Ca合金或以鉀、納為主要元素的變質(zhì)劑。也可以加入0.01—0.02的鋅。

1986年5月份，我們用山東工業(yè)大學(xué)楊相壽老師研究的以鉀納為主要元素的高鉻鑄鐵變質(zhì)劑，用于生產(chǎn)油田鉆井用泥漿泵缸套的內(nèi)套，加入量為1.5—2.0%。

金相組織：鑄態(tài)金相組織是在奧氏體基體上有大塊狀、小條狀、點(diǎn)狀碳化物，并有10—15%的團(tuán)球狀碳化物，個(gè)別視野的團(tuán)球狀碳化物達(dá)20—25%。

供試驗(yàn)材料的成分：C3.03% Gr14.31%

①隨爐降溫退火。為了便于取樣化驗(yàn)，停爐后把試樣放入爐內(nèi)，用鋼板蓋上爐口，第二天取出 。HRC32—35

②淬火 970℃保溫2小時(shí) HRC63—65

③鑄態(tài) HRC48—52

④鑄態(tài)沖擊韌性 1.51—1.77kg.m/cm2（金相組織如圖3）可惜的是，由于時(shí)間長(zhǎng)久，有的試驗(yàn)資料已丟失。為降低生產(chǎn)成本和采購(gòu)方便，用我們自己配制的高鉻鑄鐵變質(zhì)劑，其效果也接近于此值。

鑄型

鑒于高鉻鑄鐵本身具有糊狀凝固的特性，為使凝固斷面的溫度變陡，使固液兩相共存溫度區(qū)間變窄，實(shí)現(xiàn)順序逐層凝固，以把磨球心部縮孔、縮松缺陷引入冒口，故采用金屬型，高壓力頭補(bǔ)縮工藝，對(duì)于消除晶間縮松、細(xì)化晶粒是行之有效的。

九、熱處理

通常情況下，高鉻鑄鐵鑄態(tài)下的金相組織是:奧氏體+馬氏體+碳化物+珠光體。為了充分發(fā)揮材質(zhì)的硬度潛力和**耐磨性能，同時(shí)又使材質(zhì)具有**的韌性，就需要進(jìn)行熱處理。

通常奧氏體化溫度約為960—980℃，保溫2至4小時(shí)（視球徑大小而定）。如果加入0.3—1.0%的Cu，要破壞奧氏體的穩(wěn)定性須保溫6小時(shí)以上。

回火處理可在兩個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，在較低的溫度范圍（200—300℃）進(jìn)行回火，其目的是把在淬火中得到的馬氏體進(jìn)行回火，由此而減少斷裂和對(duì)沖擊的敏感性。

在高沖擊磨料磨損狀態(tài)下，如欲得到奧氏體組織，在化學(xué)成分控制的理想情況下，只有進(jìn)行一次高溫時(shí)效處理，清除內(nèi)應(yīng)力，就可以滿足一般的需要。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)際應(yīng)用及實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，用高鉻鑄鐵材料生產(chǎn)磨球是適宜的，只要在生產(chǎn)過(guò)程中注意鑄造、熱處理工藝的實(shí)施，化學(xué)成分的選擇及控制，金相組織，以及硬度與韌性的匹配，就可以發(fā)揮材質(zhì)的效率、滿足于使用的要求。