[科普中国]-高硅耐蚀铸铁件

高硅耐蚀铸铁件是一种较脆的材料，需要进行消除内应力的热处理，其消除内应力的热处理是铸件在红热状态下开箱，并迅速排除一切阻碍铸件自由收缩的机械阻力，清除浇冒口后将红热铸件直接装入高于600℃的预先加热的热处理炉内，以不大于45℃/h的速度将铸件加热到750~850℃保温2~4 h，然后以不大于45℃/h的速度降温至不大于100℃后出炉空冷。

特点硅的质量分数在10%~18%之间的Fe-Si-C铸造合金称为高硅铸铁。高硅铸铁硬而脆，力学性能较低，但耐腐蚀性很好。在强酸等许多腐蚀性介质中表面都能形成一层致密的二氧化硅保护膜，使金属基体不受腐蚀。高硅铸铁件可用于化工、石油化纤、冶金、国防以及其他工业所需的耐蚀铸件，还可用于制造外加电流阴极保护用的辅助阳极铸件但不适于制造承受较大冲击载荷，交变负荷或温度突变的零部件。1

硅与碳含量的影响高硅铸铁中的硅对金相组织和性能影响较大。当硅的质量分数小于15.2%时，高硅铸铁的金相组织为少量片状石墨分布在富硅的铁素体基体上；当硅质量分数大于15.2%时，铁素体基体中析出η相(Fe5Si2)；随硅量增加，η相增多，耐蚀性能增强。但合金的力学性能特别是塑性和韧性明显下降，当硅的质量分数达到15%时，其塑性几乎为零，合金的强度和冲击韧性很低，硬度高，脆性大，热导率小以及线膨胀系数大，在铸造生产过程很容易产生缩松、缩孔和裂纹等缺陷，不能经受剧烈的温度变化以及承受高压、机械加工困难。因此，在实际生产中一般控制高硅铸铁的含硅量在标准规定范围以内，以减小铸件的脆裂倾向，有利于稳定高硅铸铁的力学性能。

高硅铸铁的含碳量越低，其硬度、脆性越高，流计动性降低；含碳量过高会析出粗大石墨，引起严重的组织疏松。所以含碳量应偏上限，使铸铁正好处于共晶成分附近，或稍过共晶。锰量过高对铸铁的耐蚀性和力学性能都不利，但在标准范围内对性能没有显著影响。高硅铸铁中加人少量的稀土或稀土镁，可以减小铸件的气孔和缩松倾向，有利于获得致密铸件，同时还可提高力学性能，改善耐蚀性和切削加工性能。1

合金元素的加入高硅铸铁中常用的合金元素是钼、铬和铜。钼能改善高硅铸铁在盐酸中的耐蚀性。钼能提高合金对氯离子的耐蚀能力，强化SiO2保护膜。含钼的高硅铸铁HTS-Si15Mo3RE也叫抗氯铸铁，其强度低于HTSSi15RE，也更脆。所以只有在特殊需要的场合使用。高硅铸铁中加人质量分数为4%~5%的铬可进一步提高在氧化性酸中的耐蚀性，但同时也降低铸铁的强度，增加胞性。

高硅铸铁中加人大量的铜会改善对热硫酸的耐蚀性，因为铜在晶界处析出可以促进铁素体晶粒的阳极钝化。铜可使高硅铸铁的强度和韧性有所提高，硬度降低，改善切削加工性能。高硅钢铸铁可以进行车、刨、钻孔和螺纹加工。加工量大的高硅铸铁件常用加铜的牌号制造。如在HTSSi11Cu2的基础上把Cu的质量分数增加到5%~6%，可使高硅铜铸铁的力学性能和可加工性进一步得到改善。用这种高硅铜铸铁制造的高扬程水泵，用于含泥沙的高腐蚀性的矿坑水，使用效果很好。

在高硅铸铁中加入铜，并配合加入少量其他元索，可以进一步改善高硅铸铁的力学性能。例如在俄罗斯4C15 (硅的质量分数14.6%)的基础上加质量分数为4.10%的铜，0.1%~0.3% 的钒，0.05%~0.2%的钇，0.1%~0.3%的铅和0.1%~0.3%的硒等元素，得到的新型高硅铸铁比原来的9C15强度和冲击值提高一倍，耐蚀性提高1.5-2倍。日本专利昭和57-8178在高硅铸铁中加人质量分数为0.2%的石墨，0.4%的铜和0.005%的镁，不仅使抗弯强度达到378MPa，硬度降到了315HBW以下，可以进行机械加工，在硫酸和硝酸中的耐蚀性也明显提高。日本住友重型机械铸锻株式会社采用添加适当合金元素与特殊处理工艺相结合的方法改进高硅铸铁的性能，使高硅铸铁金相组织明显细化，石墨呈粒状和短条状，抗拉强度达到180~210MPa，抗弯强度达300~330MPa。在HISSi15中加人Cu和稀土，可使石墨的形态由长片状改变为弯曲、断续的短片状和点状，并使Si的分布均匀，组织致密，晶粒明显细化，改善了力学性能和耐蚀性。加人w(Cu)=5%或加人w(稀土)=0.2%，耐蚀性分别比普通高硅铸铁提高了1.7倍和1.3倍。而Cu和稀士同时加人的复合作用优于单独加人的作用，耐蚀性比普通高硅铸铁提高了3.8倍。1

耐酸性能在硝酸和硫酸中，除了对热的稀硝酸和质量分数为10%~30%左右的热硫酸耐蚀性较差之外，高硅耐蚀铸铁对各种温度和质量分数的硝酸、硫酸及两者的混酸都有很好的耐蚀性。在各种质量分数和温度的磷酸、醋酸和蚁酸、脂肪酸、乳酸等有机酸中高硅耐蚀铸铁都很耐蚀。Si15型高硅铸铁在质量分数为20%的盐酸中耐蚀性不好，可通过加人Cr、Mo加以改善或提高Si质量分数至17%而提高耐蚀性。在氢氟酸、苛性碱、亚硫酸、氟化物、卤素等介质中也是不耐蚀的。2

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黄伦先 - 副教授 - 西南大学