铬铸铁 _生活百科

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铬铸铁铬铸铁是指在铁元素重加入铬元素，以此改变铁的物理结构和化学性质，使其套用领域更广。加入铬元素的量不同，形成的铬铸铁的化学性质亦不同，根据铬元素含量，可分为低铬铸铁、中铬铸铁、高铬铸铁。
【铬铸铁】铬铸铁几乎是与镍硬铸铁同时发展起来的，由于需要电炉熔炼，发展一直缓慢。20世纪60年代以后，由于电炉熔炼的广泛套用，高铬铸铁得到相当大的发展。
基本介绍中文名：铬铸铁
外文名：Chromium cast iron
性质：一类铬与铁的合金
分类：低、中、高铬铸铁
铬铸铁简介铬铸铁是继普通白口铸铁、镍硬铸铁发展起来的第三代白口铸铁。高铬白口铸铁含铬量大于11%，铬、碳含量比值介于4~8之间。在这种条件下，高硬度的M7C3型碳化物几乎全部代替了M3C型碳化物。M7C3型碳化物基本上是以孤立的中空六角形存在，与呈网状连续分布的M3C型碳化物相比，大大增强了基体的连续性，因而整体材料的韧性显着提高。高铬铸铁已经是世所公认的优良的耐磨材料，在採矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面套用十分广泛。

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铬铸铁低铬铸铁为了提高铸铁的抗磨性，防止在铸铁中出现石墨组织，向铸铁中添加一定数量的碳化物形成元素铬从而形成了低铬铸铁。低铬铸铁的含铬量通常在(质量分数)2%～5%範围内，为避免出现石墨，硅量应作限制。此外，为了调整低铬铸铁的组织，进一步提高抗磨性，也可向低铬铸铁中添加一定数量的Mo、Cu、Ni等合金元素。由于铬及其它合金元素的添加量较少，因此低铬铸铁的组织与普通白口铸铁差别不大，图2为含铬量(质量分数)为2%的Fe-C-Cr平衡相图，可见铬的加入并未在相图中增加新的组成相，只是一些特徵点的位置相对于不含铬的Fe-C相图发生了一些改变。

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图2含铬2%的Fe-C-Cr平衡相图与普通白口铸铁相比，低铬白口铸铁的碳化物为含有少量铬的合金渗碳体(Fe、Cr)3C，维氏硬度也由840～1100HV增加到1000～1230HV 。碳化物形貌也略有所改善，而基体组织则根据热处理状态的不同而不同，可以是珠光体、索氏体、马氏体或它们的混合组织，同时可能伴随有少量的奥氏体。随低铬铸铁中含碳量提高，组织中碳化物数量增加，铸铁的硬度略有增加。低铬铸铁的铸态组织通常为共晶碳化物+珠光体。低铬铸铁的化学成分根据零件使用的工况条件，可作相应的调整。随含碳量增加，低铬铸铁的碳化物数量增加(而且呈网状形态存在于基体中)，硬度提高，韧性降低，冲击较大的使用工况(如直径较大的球磨机等用低铬铸铁铸球)易产生破碎现象，其含碳量应适当降低，图3是低铬铸铁的碳含量与硬度和相对耐磨性的关係。此外，随铬含量的增加，碳化物的形态和分布有所改善，使冲击韧性、硬度以及疲劳抗力和冲击磨损抗磨性有所增加，图4为铬对低铬铸铁性能的影响。

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图3低铬铸铁的碳含量与硬度和相对耐磨性的关係由于组织中大量碳化物的存在，低铬铸铁的韧性与普通白口铸铁相当，但抗磨料磨损的抗磨性比之有较大的提高。因此，低铬铸铁主要套用于球磨机磨球。

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图4含铬量对低铬铸铁性能的影响低铬铸铁一般採用铸态去应力处理，其基体组织为珠光体，即将铸态铸件在中、低温度保温适当时间以减少应力。为进一步提高低铬铸铁的硬度，亦可进行高温保温一定时间后空冷并低温回火的方式，获得一定数量的马氏体基体组织，此时为提高淬透性可添加一定数量的Mo、Cu或Ni等元素。低铬铸铁既可用沖天炉熔炼，亦可用电炉熔炼，还可用沖天炉与电炉双联熔炼。但用沖天炉熔炼时应注意控制铁液的含碳量。通常低铬铸铁铁液在炉前採用稀土硅铁进行孕育处理以提高综合性能。稀土元素有改善碳化物形态、细化晶粒、脱氧、脱硫和净化铁液的作用。低铬铸铁在炉前加入质量分数1%左右的稀土硅铁合金，将对改善低铬铸铁的冲击韧性和抗磨性有一定的作用。低铬铸铁的铸造性能基本与普通白口铁相当，铸造收缩率在1.6%～1.8%之间。中铬铸铁中铬铸铁的含铬量(质量分数)在5%～10%之间，其共晶碳化物中既有(Fe、Cr)7C3又有(Fe、Cr)3C 。通常中铬铸铁的铬含量(质量分数)选在8%～10%间。中铬铸铁的化学成分根据基体情况不同而有所不同。以珠光体状态使用时，一般选择(质量分数)C：2.5%～3.6%，Si：0.5%～2.2%，Mn：0.5%～1.0%，Cr：7%～11%；当以马氏体状态使用时，还应加入Mo：0%～2%和Cu：0%～2%，以提高基体的淬透性。欲获得符合使用要求的组织和性能，需要综合考虑Cr/C和Si/C 。提高Cr/C和Si/C，(Fe、Cr)7C3型碳化物量相对增加，碳化物硬度和形态相应得到增加和改善，铸铁韧性与抗磨性提高。另一方面，高的含Si量会降低铸铁的淬透性，低的含C量又会减少碳化物量，降低铸铁抗磨性，故需综合考虑C、Si元素的影响。中铬铸铁通常通过高温空淬+低温回火处理，获得马氏体+(Fe、Cr)7C3+(Fe、Cr)3C+残余奥氏体的金相组织。空淬回火处理的中铬铸铁是为减少使用Ni资源而开发出为取代镍硬Ⅳ型铸铁的一种铸铁材料。中铬铸铁的铸造性能介于低铬铸铁和高铬铸铁之间且接近于高铬铸铁，由于合金元素含量偏高，因而导热性较差、收缩较大，因此在铸件铸造工艺设计时应给予足够的注意。中铬铸铁由于含铬量较低铬铸铁高，因此具有一定的抗蚀性，可用于中等冲击载荷的磨料磨损和沖蚀磨损的工况。高铬铸铁高铬铸铁是指含铬量(质量分数)大于12%的白口铸铁，它是国内外使用最为广泛的抗磨铸铁之一。高铬铸铁是继普通自口铸铁、镍硬铸铁发展起来的第三代白口铸铁。已开发国家在60年代，我国在80年代初为满足生产的需要并在感应炉的套用逐渐普及的前提下，高铬铸铁才进入了较广泛的实用阶段。由于高铬铸铁金属组织的特点使得高铬铸铁比普通铸铁具有高得多的韧性、高温强度、耐热性和耐磨性等，已被誉为21世纪最优良的抗磨料磨损材料，并得到广泛套用。对于在常温和高温冲击磨损条件下套用，高铬铸铁更具有实用价值。经典的高铬铸铁是Cr15M03 。随着生产发展，按Cr含量控制範围，通常採用Cr15、Cr20、Cr25三个系列。为满足不同工况要求，除调整含碳量外，还辅以其他合金元素，如镍、钨、钼等，形成多元合金高铬铸铁。高铬铸铁的铸态基体相似于耐热钢，为奥氏体型。这种组织的铸铁在高温下使用，更能充分发挥材质本身的潜能。根据需要，通过热处理，高铬铸铁可获得马氏体基体或多相複合的基体组织。各种不同成分範围的高铬铸铁都具有各自的性能和相应的使用範围，只有当材料性能满足特定的工艺要求时，才能发挥其潜力，取得最好的使用效果。高铬铸铁在各种条件下的各种性能、变化趋势具有一定的规律，但由于影响因素较多，在试验中採取多种固定条件，变化一种因素来进行研究，但这种固定与变化的做法只能是相对的，因此会在局部範围内出现一些不太规律的变化。另外，高铬铸铁所包含的铬、碳範围较宽，可供选择的Cr/C区间较大，而不同选择所引起的敏感性又较强，因此必须充分考虑工况条件，以利于选择适当的研究範围和取得最佳的套用效果。由于高铬铸铁加工性能很差，也限制了试验研究的数量和範围。在实际生产中，各种耐磨备件受到块状烧结矿、块矿、焦炭及其他磨料的磨损时，滑移、划伤、切削、研磨甚至凿削是相互叠加在一起的。使用工况条件不同，冲击力、温度、冷却条件等因素也对材料的磨损有较大影响，因此，材料的磨损过程是比较複杂的。複杂的工况条件对材料提出了多种要求，特别是冶金备件，经常是同时要求耐热、耐磨和耐冲击，因此应针对这些要求开发相适应的高铬铸铁。为充分合理地利用铬、碳及其他合金元素的作用，开发、完善和规範高铬铸铁在冶金备件上的套用，必须对不同材料的高铬铸铁的组织、结构、各种力学性能以及热处理工艺进行系统的研究，以便获得在高温冲击磨损条件下套用高铬铸铁的基本概念、参数和多因素相互作用规律的结论；加深对合金元素套用的基础条件的理解，以使得高铬铸铁套用得以合理推广。备件在不同的工况条件下使用，选择的高铬铸铁材质也不同，要充分考虑寿命和成本的相互关係，以最合理的材质、最低限度的成本来取得最好的使用效果，以消除因使用高铬铸铁而提高了成本、提高了一次性投入的不利因素，这样才使高铬铸铁具有实际的推广套用价值。