[科普中国]-耐热铸铁

概述

耐热铸铁是一种在高温下使用的铸铁，因其具有良好的抗氧化、抗生长、抗热疲劳性能而受到普遍重视，通常，Cr、Si、Al是保持其耐热性能的主要元素，尤其是当使用温度在1200K左右时，Al似乎是必不可少的。铝耐热铸铁因脆性大，抗热疲劳性能差而使其应用受到限制。关于稀土元素对普通铸铁的组织及力学性能的影响曾有报道，但Ce对中铝耐热铸铁的组织及力学性能的影响至今仍很少研究

“生长”是指由于氧化性气体沿石墨片边界和裂纹渗入铸铁内部造成的氧化，以及因分解而发生的石墨化引起铸件体积膨胀。向铸铁中加入铝、硅、铬等元素，使铸件表面形成一层致密的二氧化硅、三氧化二铝等氧化膜，能明显提高高温下的抗氧化能力，同时能够使铸铁的基体变为单相铁素体。此外，硅、铝可提高相变点，使其在工作温度下不发生固态相变，可减少由此而产生的体积变化和显微裂纹。铬可形成稳定的碳化物，提高铸铁的热稳定性。·常用的耐热铸铁有中硅铸铁、高铬铸铁、镍铬硅铸铁等，主要用于制造加热炉附件，如炉底板、送链构件、换热器等。

耐热铸铁的选择耐热铸铁的特征参数很多，如：抗生长、抗氧化、抗热冲击、抗高温⋯⋯，设计者选择时往往不知所措。正确的方法是，首先按耐热温度选择，然后再考虑室温和高温承载能力，最后才是制造方便、铸造性能好、成本低、资源丰富⋯⋯。

耐热铸铁的实际工况很恶劣，而且各工况又不尽相同，所以实际上耐热铸铁的耐热温度根据工况不同而有分散性，选择时要选温差范围小的。1

概况一、硅系耐热铸铁

此种材料是历史最悠久的一种片状石墨中硅铸铁，随含硅量的增加室温机械性能下降，含Si>6.5%时急剧下降。但碳、硅总量是个恒值，如果Si高，则C就会排出，这一点要特别注意。

二、铬系耐热铸铁

铬系耐热铸铁，提高含碳量有利于在抗磨条件下的耐热性；提高含硅量会增加抗氧化能力，但却降低了高温强度，降低了热稳定性，所以含Si量一般不超过4%。

三、铝系耐热铸铁

铝系耐热铸铁，随含Al量的增加，耐热性也不断增加，但使用范围不大，这是因为没有满意的加工性能，具有最低的机械性能和很大的脆性。

四、镍系耐热铸铁

高镍奥氏体铸铁，由于良好的抗热冲击，高温强度和抗蠕变强度，以及良好的耐热性等，愈来愈引起国内的重视。又由于它有室温及高温下良好的冲击韧性，能防止脆断，用它来代替硅系、硅铝系和铬系耐热铸铁是大有可为的。1

改进趋势一、提高耐热铸铁的冲击韧性

随着我国工业的发展，工业锅炉向大容量发展，特别是要求集中供热后，安装和运行中炉排片大量的脆断报废，在运行中必须停炉撤换，造成极大损失，为此用户宁肯使用高价的耐热钢炉排或进口炉排，也不使用国产的耐热铸铁炉排。所以， 提高其冲击韧性是耐热铸铁的当务之急。

二、引进和研制镍系耐热铸铁

镍系奥氏体铸铁，具有很好的耐热性能、冲击韧性高、抗热冲击、膨胀小的优点，而且硬度低，容易加工。工业发达国家都订有奥氏体铸铁标准，我国至少还没有这一标准，有必要马上引进和研制这些铸铁。

过去一直认为我国镍资源缺乏，所以很少有人试制这种铸铁。最近表明，我国镍矿资源丰富， 随着Ni的开发，试制此种铸铁意义重大。

三、扩大铬系耐热铸铁应用范围

高铬铸铁的抗氧化好，耐热温度分散范围小，热稳定性高，是它的优点，应增加对它的研究。我国把它当作抗磨材料研究的较多，希望再把它作耐热材料来研究。1

铝系耐热铸铁传统溶制传统的熔制工艺是：分别熔化铁和铝，然后将铁液倒人铝液中，充分搅拌静置后浇注。传统的熔制工艺不仅能耗大（铝单独熔化，增加了能耗），而且生产上操作不便，不适宜于大批连续生产和实现机械化。1

溶制新工艺一、优点

熔制新工艺具有如下优点：

1）铝无需单独熔化，节省大量能耗。

2）铝的烧损率接近或与传统熔制工艺相等。

3）没有偏析缺陷。

4）操作方便。

5）易于大批连续牛产和实现机械化。2