[科普中国]-铜钒钛铸铁

在钒钛体系中加入铜元素的铸铁方法叫铜钒钛铸铁，铜钒钛铸铁的用途用于内燃机活塞环，活塞环用耐磨铸铁。

钒钛体系钒钛铸铁正逐步形成独立的铸铁体系，已经形成钒钛灰铸铁、钒钛球墨铸铁、钒钛可锻铸铁和钒钛耐磨铸铁等各种铸造材质。钒钛与碳氮具有较强的亲和力，钒在铸铁中以仅铁、析出相和块状化合物三种形式存在，块状化合物中的钒钛占总量的50%以上，钒在α铁中的固溶量高于钛，钒钛元素在铸铁中形成块状碳化物、氮化物、碳氮化物和碳氮硫化合物，属于高熔点、高硬度和具有一定强度的化合物，形成互溶体结构。在凝固过程中，铸铁中的钒有相当部分以块状的碳化物、氮化物及碳氮化物状态析出。凝固结束后，随温度降低，钒溶解度逐渐下降，促使在冷却过程中不断有含钒碳化物析出，这些含钒碳化物弥散分布在铸铁基体上。钒含量大于0.1%时就可以出现明显的块状化合物。随着钒含量的增加，块状物的大小及形状发生改变。由骨头棒形、三角形、四方形逐渐成Y形、不规则的多边形和花样形，数量增多，尺寸也随之增大。冷却速度主要影响块状物的尺寸，随冷却速度减小块状物尺寸增大，数量增多。1

分布钒在贝氏体组织中均匀分布，而在奥氏体中主要以碳化物形式存在。无钼含钒贝氏体球墨铸铁中的钒碳化物主要均匀分布在贝氏体基体上，呈方形或腰果形；有钼含钒贝氏体球墨铸铁中碳化物除了在贝氏体基体上弥散分布外，在残留奥氏体内也有三角形、块状夹杂物或各种不规则形状的碳化物成堆出现。

元素类型攀枝花含钒生铁除了含有碳、硅、锰、硫、磷外，还含有钒、钛、铬、钻、镍、铜、钨等成分，是一种低磷钒钛生铁。可应用于铸造形成钒钛灰铸铁、钒钛球磨铸铁、钒钛耐磨铸铁、钒钛耐热铸铁、钒钛可锻铸铁等系列，铸件具有耐热、耐磨、力学性能好的特点。用钒钛生铁铸造的铣床，其耐磨性比普通生铁高1～2倍，铸造的真空转子、汽车缸套、活塞环和曲轴等，耐磨性比普通铸铁高20%~80%。攀钢用钒钛铁铸造的钢锭模，每吨钢消耗10.8kg，比其他钢厂用灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等铸造钢锭模低4kg以上。用钒钛生铁制造的轧辊，经解剖观察，从表面到中心硬度逐渐下降，莱氏体组织数量逐渐减少，石墨数量逐渐增加，寿命比其他铸铁轧辊高1倍，没有出现过断辊、剥落和掉肉等现象。1

原料的选取以富含钒钛合金元素的钒钛生铁为原材料，经过特殊的蠕化和孕育工艺处理，生产新型蠕墨铸铁，具有优良的综合性能，是汽车制动鼓的理想材料。获得的钒钛蠕墨铸铁，经过测试分析力学性能、金相组织、显微组织、耐磨性能、导热性能、壁厚敏感性以及蠕化衰退性，认为钒钛蠕墨铸铁的抗拉强度在350MPa以上，布氏硬度为230~ 280HBW，伸长率在1.42%以上，力学性能明显优于钒钛灰铸铁；金相组织观察发现，石墨形态均为蠕虫状和球状混合，其中蠕虫状石墨均在60%以上；基体组织为珠光体、铁素体、少量渗碳体和合金化合物，其中珠光体量在50%以上。1

存在形式钒钛元素在蠕墨铸铁中主要以方块状、多边形状、三角形状等钒钛碳化物形态以及固溶于渗碳体的方式存在。由于钒钛化合物的弥散强化、钒钛渗碳体的固溶强化以及钒钛元素细化晶粒和细化石墨的作用，使钒钛蠕墨铸铁的强度和硬度得到提高。但当钒钛元素以及As等元素以沉淀相存在于晶界或者富集于晶界时会降低钒钛蠕墨铸铁的强度及塑性。钒钛蠕墨铸铁的断口裂纹源自石墨聚集区，断口微观形貌为少量浅韧窝和河流花样共存，表现为韧一脆混合断裂。采用激光热常数仪和往复摩擦磨损试验机测试了钒钛蠕墨铸铁、钒钛灰铸铁的导热性能和磨损性能。结果表明：钒钛蠕墨铸铁具有较高的导热系数，尤其是在高温时仍能保持较高的导热性能，高温时的导热系数甚至高于钒钛灰铸铁。1

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黎明 - 副教授 - 西南大学