在鑄鐵中加入一定量的某些合金元素，可以得到在一些介質中有較高耐蝕性的合金鑄鐵。高矽鑄鐵就是其中套用最廣泛的一種。含矽10%～16%的一系列合金鑄鐵稱為高矽鑄鐵。
基本介紹
- 中文名：高矽鑄鐵
- 外文名： high silicon cast iron
- 矽含量：10％～16％
- 化學成分：矽、鉬、鉻、錳、硫、磷、鐵
- 性能：力學性能差、耐腐蝕
- 套用學科：冶金術語
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概述
在鑄鐵中加入一定量的某些合金元素，可以得到在一些介質中有較高耐蝕性的合金鑄鐵。高矽鑄鐵就是其中套用最廣泛的一種。含矽10%～16%的一系列合金鑄鐵稱為高矽鑄鐵，其中除少數品種含矽量在10%～12%以外，一般含矽量都在14%～16%。當含矽量小於14.5%時，力學性能可以改善，但耐蝕性能則大大下降。如果含矽量達到18%以上時，雖然耐蝕，但合金變得很脆，以致不適用於鑄造了。因此，工業上套用最廣泛的是含矽14.5%～15%的高矽鑄鐵。
高矽鑄鐵
高矽鑄鐵高矽鑄鐵的國外商品名為Duriron，Durichlor（含鉬），化學成分如下表所示。
型號 | 主要化學成分，% | ||||||
矽 | 鉬 | 鉻 | 錳 | 硫 | 磷 | 鐵 | |
高矽鑄鐵 | 〉14.25 | — | — | 0.50～0.56 | 〈0.05 | 〈0.1 | 余 |
含鉬高矽鑄鐵 | 〉14.25 | 〉3 | 少量 | 0.65 | 〈0.05 | 〈0.1 | 余 |
性能
耐蝕性能
一般地說，高矽鑄鐵在氧化性介質及某些還原性酸中具有優良的耐蝕性，它能耐各種溫度和濃度的硝酸、硫酸、醋酸、常溫下的鹽酸、脂肪酸及其他許多介質的腐蝕。它不耐高溫鹽酸、亞硫酸、氫氟酸、鹵素、苛性鹼溶液和熔融鹼等介質的腐蝕。不耐蝕的原因是由於表面的
保護膜在苛性鹼作用下，形成了可溶性的
，在氫氟酸作用下形成了氣態
等而使保護膜破壞。
力學性能
高矽鑄鐵性質為硬而脆，力學性能差，應避免承受衝擊力，不能用於製造壓力容器。鑄件一般不能採用除磨削以外的機械加工。
機械加工性能
在高矽鑄鐵中加入一些合金元素，可以改善它的機械加工性能。在含15%矽的高矽鑄鐵中加入稀土鎂合金，可以起淨化除氣的作用，並改善鑄鐵基體組織，使石墨球化，從而提高了鑄鐵的強度、耐蝕性能及加工性能；對鑄造性能也有所改善。這種高矽鑄鐵除可以磨削加工以外，在一定條件下還可車削、攻絲、鑽孔，並可補焊，但仍不宜驟冷驟熱；它的耐蝕性能比普通高矽鑄鐵好，適應的介質基本相近。
在含矽13.5%～15%的高矽鑄鐵中加入6.5%～8.5%的銅可改善機械加工性能，耐蝕性與普通高矽鑄鐵相近，但在硝酸中較差。此種材料適宜製作耐強腐蝕性及耐磨損的泵葉輪和軸套等。也可用降低含矽量、另外加合金元素的方法來改善機械加工性能。在含矽10%～12%的矽鑄鐵(稱為中矽鐵)中加入鉻、銅和稀土元素等，可改善它的脆性及加工性能。能夠對它進行車削、鑽孔、攻絲等，而且在許多介質中，耐蝕性仍接近於高矽鑄鐵。
在含矽量為10%～11%的中矽鑄鐵中，再外加1%~2.5%的鉬、1.8%～2.0%銅和0.35%稀土元素等，機械加工性能有所改善，可車削，耐蝕性與高矽鑄鐵相近似。實踐證明，這種鑄鐵用作硝酸生產中的稀硝酸泵葉輪及氯氣乾燥用的硫酸循環泵葉輪，效果都很好。
以上所述的這些高矽鑄鐵，耐鹽酸的腐蝕性能都不好，一般只有在常溫低濃度的鹽酸中才能耐蝕。為了提高高矽鑄鐵在鹽酸(特別是熱鹽酸)中的耐蝕性，可增加鉬的含量，如在含矽量為14%～16%的高矽鑄鐵中加入3%～4%的鉬得到含鉬高矽鑄鐵，會使鑄件在鹽酸作用下表面形成氯氧化鉬保護膜，它不溶於鹽酸，從而顯著地增加了高溫下抗鹽酸腐蝕的能力，在其他介質中耐蝕性保持不變，這種高矽鑄鐵又稱抗氯鑄鐵。
高矽鑄鐵加工
高矽鑄鐵具有硬度高(HRC=45)，耐腐蝕性能良好的優點，在化工生產中已用作機械密封摩擦副的材料。由於鑄鐵含矽量達14～16%，硬度高而且脆性大，在製造上存在某些困難，但是，通過不斷實踐，證明高矽鑄鐵在一定的條件下，還是可以進行機械加工的。
高矽鑄鐵在車床上加工，主軸轉速控制在70~80轉/分，走刀量0.01毫米。粗車之前要把鑄造棱邊磨去，粗車的進刀量一般工件最大1.5～2毫米。
車刀刀頭材料YG3，刀稈材料用工具鋼。
進刀方向為反向，因高矽鑄鐵脆性大，按一般材料由外向里進刀，最後在邊棱處要碎角掉邊，致使工件報廢。根據實踐採用反向走刀，可以避免碎角掉邊現象，最後光刀切削量要小。
由於高矽鑄鐵硬度高，車刀主切削刃不同於一般車刀，如右圖所示。圖中三種車刀負前角
，車刀的主切削刃與副切削刃按不同用途有不同的角度。圖a為內外圓車刀，主偏角A=10°，副偏角B=30°。圖b為端面車刀，主偏角A=39°，副偏角B=6°。圖C為斜面車刀，主偏角=6°。
車刀
車刀高矽鑄鐵鑽孔一般在鏜床上加工，主軸轉速25～30轉/分，進刀量0.09~0.13毫米，如鑽孔直徑為18~20毫米時，用硬度較高的工具鋼磨出螺旋槽(槽不宜過深)，鑽頭頭部嵌一塊YG3硬質合金，磨成鑽一般材料的角度，可直接進行鑽孔。如鑽20毫米以上的孔時，可先鑽18～20孔後，再製作一個按所需要尺寸的鑽頭，鑽頭頭部嵌兩塊硬質合金(材料用YG3)，再磨成半圓形進行擴孔或用軍刀進行車削。
套用
由於高矽鑄鐵耐酸的腐蝕性能優越，已廣泛用於化工防腐蝕，最典型的牌號是STSil5，主要用於製造耐酸離心泵、管道、塔器、熱交換器、容器、閥件和旋塞等。
總地來說，高矽鑄鐵質脆，所以安裝、維修、使用時都必須十分注意。安裝時不能用鐵錘敲打；裝配必須準確，避免局部應力集中現象；操作時嚴禁溫差劇變，或局部受熱，特別是開停車或清洗時升溫和降溫速度必須緩慢；不宜用作受壓設備。
它可製成各種耐蝕離心泵，納氏真空泵、旋塞、閥門，異型管和管接頭，管道，文丘里臂、旋風分離器、脫硝塔和漂白塔、濃縮爐和預洗機等。在濃硝酸生產中，作提餾塔使用時硝酸溫度高這115～170℃。濃硝酸離心泵所處理的硝酸濃度高達98%。作硫酸和硝酸混酸的換熱器、填料塔，使用情況良好。煉油生產中汽油部分加熱爐，三醋酸纖維生產中醋酸醋酐蒸餾塔、苯蒸餾塔，冰醋酸生產和液硫酸生產中的酸泵，以及各種酸或鹽溶液泵和旋塞等，均有用高矽鑄鐵的。
高矽銅鑄鐵(GT合金)能耐鹼及硫酸腐蝕，但不耐硝酸腐蝕。耐鹼性比鋁鑄鐵好，耐磨性高，可用作強腐蝕性並有晶漿磨損的泵、葉輪及軸套等。
