耐磨鑄鐵是指高硬度、在一定的磨損條件下具有高耐磨性的鑄鐵。其組織具有均勻的高硬度和耐磨性。
基本介紹
- 中文名：耐磨鑄鐵
- 外文名：wear resisting casting iron
- 類型：減磨鑄鐵、抗磨鑄鐵
- 特點：耐磨性高等
- 套用：工具機導軌、活塞環等
- 學科：材料科學技術
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鑄鐵介紹
鑄鐵具有良好的耐磨性能，雖然它的力學性能比鋼差，脆性較大，容易碎裂，但在相同條件下比鋼的成本低。若採取相應的設計和工藝處理，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。尤其是當摩擦副既要求耐磨性高，又要有好的減摩性時，往往採用鑄鐵比採用鋼更為有利，如工具機導軌、活塞環、汽缸套等零件主要採用耐磨鑄鐵製造。
在磨粒磨損條件下工作的鑄鐵，應具有高而均勻的硬度j白口鑄鐵就屬於這類鑄鐵。但由於白口鑄鐵脆性較大，不能承受衝擊載荷，因此在生產上常採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，其他部位則採用砂型鑄造。同時調整鐵水的化學成分，採用高碳低矽，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。用激冷方法製造耐磨鑄鐵，已廣泛套用於軋輥和車輪等的鑄造生產中。
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。當軟摹體磨損後形成溝槽，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。高磷鑄鐵由於含有高硬度的磷共晶體，具有較高的耐磨性。在此基礎上，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良的耐磨性能。
分類
根據工作條件的不同，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化相。軟基體在磨損後形成的溝槽能貯仔潤滑油，工作時可形成油膜，而硬的強化相可承受摩擦。一般，珠光體灰鑄鐵即可滿足這一要求，鐵素體為軟基體，滲碳體為強化相，片狀石墨具有潤滑作用，脫落後凹坑也可貯油。為進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。由於普通高磷鑄鐵的強度和韌性較差，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，可廣泛用於製造要求具有高耐磨性的工具機導軌、活塞環、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乾摩擦，及磨粒磨損條件下工作的耐磨鑄鐵。這類鑄鐵不僅受到嚴重的磨損，而且承受較大負荷，如何獲得高而均勻的硬度址是提高其耐磨性的關鍵。白口鑄鐵就屬於這類耐磨鑄鐵，但白口鑄鐵脆性較大，不能承受衝擊載荷，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的衝擊韌性。
常見形式
(1)激冷鑄鐵
(2)抗磨白口鑄鐵
在白口鑄鐵的基礎上加入較高含量的鉻和一定量的鉬、鎳、銅等元素。熱處理後，組織中除馬氏體外，還有大量的殘餘奧氏體和
等合金碳化物。這些合金碳化物硬度高、分布不連續，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，可用於球磨機襯板、砂漿泵、軋鋼導板等鑄件。
(3)中錳耐磨鑄鐵
在稀土鎂球墨鑄鐵的基礎上，將錳含量提高到
=-5%～9.5%，矽含量提高到
=4.0%～4.8%，經球化處理和孕育處理，並適當控制冷卻速度，從而獲得馬氏體、大量的殘餘奧氏體、
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衝擊能向。中錳耐磨鑄鐵的牌號用“KmmQ”表示，如KmTQMn6等，適用於犁鏵、粉碎機錘頭、球磨機的襯板、磨球等鑄件。
熱處理工藝
為了進一步提高耐磨鑄鐵的使用性能，我們可以採用熱處理的方法。耐磨鑄鐵根據其含有的元素不同，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-回火後的組織為球狀石墨，馬氏體，硼碳化物及殘餘奧氏體。
（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（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定、成本低廉的特點，具有較強的實用性。
（3）鎳硬白口鑄鐵根據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，具體的規範為在熱處理爐內以20-30℃/h 的升溫速度升溫將工件加熱到500-550℃，保溫2-3h，消除鑄鐵的內應力，獲得穩定的組織，爐冷至300℃以下出爐空冷校直。
（5）稀土變質鑄鐵經變質處理和950 ℃×2h 正火處理後性能優越。
熱處理對耐磨鑄鐵性能的影響：
熱處理對和衝擊韌性都有影響。同一回火溫度條件下，硬度隨奧氏體化溫度升高而降低， 衝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，衝擊韌性隨回火溫度升高而增加， 但在330℃回火時， 衝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， 碳化物數量減少， 淬火後碳化物形態也變為斷網狀和塊狀，組織中殘餘奧氏體量也增多。熱處理與磨耗量也有密切的關係，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，碳化物數量減少， 硬度下降，這也正是耐磨性下降的主要原因。
