[科普中国]-耐磨铸铁

简述

铸铁具有良好的耐磨性能，虽然它的力学性能比钢差，脆性较大，容易碎裂，但在相同条件下比钢的成本低。若采取相应的设计和工艺处理，在一定条件下也能满足不同的要求，故较为广泛用作摩擦副的耐磨材料。尤其是当摩擦副既要求耐磨性高，又要有好的减摩性时，往往采用铸铁比采用钢更为有利，如机床导轨、活塞环、汽缸套等零件主要采用耐磨铸铁制造。

在磨粒磨损条件下工作的铸铁，应具有高而均匀的硬度j白口铸铁就属于这类铸铁。但由于白口铸铁脆性较大，不能承受冲击载荷，因此在生产上常采用激冷的办法来获得冷硬铸铁，即用金属型铸造铸件的耐磨表而，其他部位则采用砂型铸造。同时调整铁水的化学成分，采用高碳低硅，这样既可保证白口层的深度，又可保证其心部仍为灰口铸铁组织。用激冷方法制造耐磨铸铁，已广泛应用于轧辊和车轮等的铸造生产中。

在润滑条件下工作的耐磨铸件，要求在软的基体上牢固地嵌有硬的组织组成物。当软摹体磨损后形成沟槽，可保持油膜。珠光体灰口铸铁基本上能满足这种要求，其组织中铁素体为软基体，渗碳体为硬组分，同时石墨片也起储油和润滑作用。高磷铸铁由于含有高硬度的磷共晶体，具有较高的耐磨性。在此基础上，如果加入Cr、Mo、W、Cu等合金元素，可以改善组织性能‘，提高基体的强度和韧性，从而使铸铁的耐磨性等得到更大的提高。

除了高磷铸铁以外，钒钛耐磨铸铁、铬钼铜耐磨铸铁和硼耐磨铸铁等也都具有优良的耐磨性能。1

分类根据工作条件的不同，耐磨铸铁分为减磨铸铁和抗磨铸铁。

1．减磨铸铁

减磨铸铁是在有润滑、受粘着磨损的条件下工作的耐磨铸铁，其组织为软基体上嵌有硬的强化相。软基体在磨损后形成的沟槽能贮仔润滑油，工作时可形成油膜，而硬的强化相可承受摩擦。一般，珠光体灰铸铁即可满足这一要求，铁素体为软基体，渗碳体为强化相，片状石墨具有润滑作用，脱落后凹坑也可贮油。为进一步提高珠光体灰铸铁的耐磨性，通常将磷的含量提高到0.4%～0.6%，得到高磷铸铁，可与珠光体或铁素体形成高硬度的共晶组织，能显著提高铸铁的耐磨性。由于普通高磷铸铁的强度和韧性较差，故向其中加入Cr、Mo、W、Cu、Ti、V等合金元素，形成分金高磷铸铁，如磷铜钛铸铁、磷钒钛铸铁、铬钼铜铸铁、稀土磷铸铁等，这类铸铁具有良好的润滑性及抗咬合、抗擦伤的能力，可广泛用于制造要求具有高耐磨性的机床导轨、活塞环、汽缸套、滑动轴承和凸轮轴等材料。

2．抗磨铸铁

抗磨铸铁是在无润滑的干摩擦，及磨粒磨损条件下工作的耐磨铸铁。这类铸铁不仅受到严重的磨损，而且承受较大负荷，如何获得高而均匀的硬度址是提高其耐磨性的关键。白口铸铁就属于这类耐磨铸铁，但白口铸铁脆性较大，不能承受冲击载荷，因此，向白口铸铁中加入Cr、B、Mo、Cu、V等合金元素，形成合金白口铸铁；加Cr、Ni、B提高淬透性，形成马氏体合金白口铸铁；将铁液注入金属模，形成激冷铸铁，获得组织为马氏体、碳化物和球状石墨的中锰合金球畏铸铁，具有良好的抗磨性和一点的冲击韧性。2

常见形式(1)激冷铸铁

白口铸铁具有均匀的高硬度，耐磨性很高，但由于脆性较大，一般仅适用于制造犁铧等承受冲击载荷不大的耐磨铸铁件。因此，生产中常在灰口铸铁的基础上适当降低硅的含量、加入适量的镍、铬等元素，并采用“激冷”的法得到冷硬铸铁，即需要获得白口组织的表面采用金属型，其他部位采用砂型铸造。激冷处理后表面为白口组织，而心部为灰铸铁组织，铸件既有较高的耐磨性。又能承受一定的冲击载荷。激冷铸铁的牌号用“I，T”表示，如LTCrMoR等，主要用于轧辊、车轮等铸铁件的制造。

(2)抗磨白口铸铁

在白口铸铁的基础上加入较高含量的铬和一定量的钼、镍、铜等元素。热处理后，组织中除马氏体外，还有大量的残余奥氏体和等合金碳化物。这些合金碳化物硬度高、分布不连续，使铸铁在提高耐磨性的同时，韧性也得到改善。高铬抗磨自口铸铁的牌号用“KmTB”表示，如KmTBMn5M02Cu等，可用于球磨机衬板、砂浆泵、轧钢导板等铸件。

(3)中锰耐磨铸铁

在稀土镁球墨铸铁的基础上，将锰含量提高到=-5%～9.5%，硅含量提高到=4.0%～4.8%，经球化处理和孕育处理，并适当控制冷却速度，从而获得马氏体、大量的残余奥氏体、合金渗碳体和球状石墨的组织。使铸铁具有较高的耐磨性和抗冲击能向。中锰耐磨铸铁的牌号用“KmmQ”表示，如KmTQMn6等，适用于犁铧、粉碎机锤头、球磨机的衬板、磨球等铸件。3

热处理工艺为了进一步提高耐磨铸铁的使用性能，我们可以采用热处理的方法。耐磨铸铁根据其含有的元素不同，热处理的方法也不相同，得到的组织也不相同：

（1）含硼耐磨铸铁淬火温度为850-910℃，回火温度以290℃为最佳，淬火-回火后的组织为球状石墨，马氏体，硼碳化物及残余奥氏体。

（2）高铬白口铸铁淬火过程中，加热速率一般在100℃/h 与200℃/h 之间，奥氏体化温度在850-1100℃，奥氏体化时间=2h+1/2h/模数（厘米），通过合理控制冷却速度可得到贝氏体、奥氏体和屈氏体等基体组织，但只有金属型铸造屈氏体高铬铸铁具有性能稳定、成本低廉的特点，具有较强的实用性。

（3）镍硬白口铸铁根据含镍量的不同硬化处理的保温温度有很大的差异。

（4）激冷铸铁的热处理工艺仅仅是低温退火，具体的规范为在热处理炉内以20-30℃/h 的升温速度升温将工件加热到500-550℃，保温2-3h，消除铸铁的内应力，获得稳定的组织，炉冷至300℃以下出炉空冷校直。

（5）稀土变质铸铁经变质处理和950 ℃×2h 正火处理后性能优越。

热处理对耐磨铸铁性能的影响：

热处理对和冲击韧性都有影响。同一回火温度条件下，硬度随奥氏体化温度升高而降低， 冲击韧性随奥氏体化温度升高而增加。同一淬火温度下，硬度随回火温度的增加而略有降低， 在210～ 290℃内，冲击韧性随回火温度升高而增加， 但在330℃回火时， 冲击韧在同一回火温度下， 随奥氏体化温度升高，碳化物分解速度加快， 碳化物数量减少， 淬火后碳化物形态也变为断网状和块状，组织中残余奥氏体量也增多。热处理与磨耗量也有密切的关系，随奥氏体化温度升高，磨损量增多， 即耐磨性下降。随奥氏体化温度升高，碳化物数量减少， 硬度下降，这也正是耐磨性下降的主要原因。