高铬铸铁金相组织

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1、通过试验研究，得到铸态高铬白口铸铁的金相组织主要为：铬奥氏体加M7C3共晶碳化物和铬屈氏体加M7C3共晶碳化物；采用稀土变质处理，可使晶粒细化，从而有效地提高机械性能和抗磨性能。关键词：铸态高铬白口铸铁；稀土；抗磨性能   高铬铸铁是一种常用的抗磨铸铁。铬的大量加入，使碳化物变成具有更高硬度(1300～1800HV)的M7C3型碳化物，从而提高了抗磨性。在此同时，凝固过程中M7C3型碳化物形成了孤立分布的杆状组织，使得高铬白口铸铁的韧性有了一定程度的改善。目前国内外生产的高铬白口铸铁大多要经过高温淬火加回火处理工艺，以获得马氏体基体，然而这种基体作为水泥磨机磨

2、球材料在高应力小能量的三体磨损中，其韧性仍显不足。并且生产周期长，工艺复杂，设备投资、能源消耗和劳动强度均较大。   本文通过试验对含碳量在亚共晶区，含铬15％左右的高铬白口铸铁进行了铸态金相组织分析及性能研究。试验结果表明：铸态高铬白口铸铁的主要金相组织是铬奥氏体加M7C3共晶碳化物和铬屈氏体加M7C3共晶碳化物。经过稀土变质处理后，可有效改善碳化物形态及分布，均匀组织，细化晶粒，明显提高韧性和强度，提高抗磨性。一、试验方法及结果   试验用的合金材料在酸性中频无芯感应电炉内熔化，熔化温度在1530℃以上，浇注温度为1380～1450℃，砂型铸造。化学成分、

3、机械性能和金相组织见表l。 机槭性能试验：冲击韧性在JB30A摆锤式冲击试验机上测定，试样尺寸10×lO×55mm，无缺口，不加工。   磨损性能试验在AMSLERAl35/138型动载磨损试验机上进行．试样尺寸Φ32×10mm．中心孔直径Φ6mm，磨料采用28/75目石英砂．试验前预磨lh，三体磨损加水平和垂直方向的冲击，冲击载荷为50～100kg．正式磨损时间20h。试验的失重值在自动电光分析天平上测定．二、金相组织分析1 含碳量对金相组织的影响   由表l可知lA、4A基体组织均为屈氏体加M7C3当成分中的含碳量增加时，共晶M7C3的数量增加，形态亦从短

4、小片状向粗大片状发展。M7C3具有高的硬度和高的磨料磨损抗力，数量增加能提高抗磨性；但碳量超过共晶碳量，初生碳化物很粗，在磨料的冲击下会碎裂，从而增加了磨损时的失重。2 混合稀土变质处理对金相组织的影响             图1试样6B的金相组织200×                   图2试样10B的金相组织200×图l、2分别为B组试验中碳铬含量相同．来经处理和经稀土变质处理的金相组织。基体组织主要为铬奥氏体加M7C3共晶碳化物。图示表明，稀土的加入对组织最直观的影响是细化晶粒改变碳化物形态分布，稀土元素可以在共晶凝固时有选择地偏聚于共晶碳化物择优

5、长大方向的液相铁水中，阻止液相中的铁、铬和磷等原子进入共晶碳化物晶体，因而降低了共晶碳化物在择优方向上的长大速度。在此同时，共晶奥氏体枝晶伸入液相中的过冷区生长，并逐渐形成包围碳化物的外壳，限制并降低了碳化物的增长速度。如此，便使碳化物的分布变得均匀。稀上对组织的细化是因为稀土元素与碳、氮、氧等反应，生成大量高熔点的稳定的化合物，这些化合物可以作为徽小的异质晶核，铁水中的原子就在这些晶核上聚积长大，从而细化了组织。  由表1可见，经过稀土变质处理的试样强度和冲击韧性明显提高，而硬度变化不大。3 金相组织对抗磨性能的影响   对于抗磨料磨损材料而言，基体的选择是

6、重要的，屈氏体是片间距非常细小的珠光体，它是一种强韧性基体，对碳化物具有镶嵌与支撑能力。如表1所示，铸态下整体硬度为50～56HRC。在磨损初期该基体本身可承受一部分磨损，因而可有效地避免碳化物过早地暴露以致剥落或折断。图3为铸态下得到的屈氏体和M7C3组织。            图3 T+M7C3 200×                    图4 M+M7C3   200×   图4中的金相组织是铬奥氏体加M7C3共晶碳化物，前者有极强的镶嵌能力和一定的支撑能力，而且具有较高的冲击韧性。在冲击磨料磨损条件下，金属材料必须具有一定的韧性，否则材料不能抵抗

7、或吸收这些冲击，冲击能就要转化为材科的脆性断裂功，材料表面就会出现裂纹、剥落，严重时造成破坏。从对高铬铸铁断裂韧性的研究表明：铸态奥氏体的临界应力强度因子KIC值比马氏体的高，即抵抗裂纹扩展的能力优于马氏体，尤其会钝化含有热裂、缩孔、夹渣缺陷的铸件在反复冲击条件下产生的裂纹扩展。   另外．铬奥氏体的抗磨性是随基体加工硬化的程度和共晶碳化物含量的增加而提高的。在含有冲击载荷的实际应用中，磨损表面会产生一个足够深的加工硬化层使原来的500～600HV提高到900～1000HV。．球磨机的实际应用表明，铬奥氏体的加工硬化深度均达到5mm。     基于上述观点，可

8、以认为，在具有高应力小能量反复冲击的工