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合金鑄鐵(alloy cast iron)是指在普通鑄鐵中加入合金元素而具有特殊性能的鑄鐵。通常加入的合金元素有硅、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅、鋁、硼、釩、鈦、銻、錫等。合金鑄鐵有哪些常見(jiàn)的分類?常用的合金鑄鐵分為:耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。
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1、耐磨鑄鐵
耐磨鑄鐵按其工作條件大致可分為兩類:一種是在有潤(rùn)滑條件下工作的減摩鑄鐵,如機(jī)床導(dǎo)軌、氣缸套、環(huán)和軸承等;另一種是在無(wú)潤(rùn)滑、受磨料磨損條件下工作的抗磨鑄鐵,如犁鏵、軋輥及球磨機(jī)零件等。
(1)減摩鑄鐵
減摩鑄鐵在有潤(rùn)滑、受黏著磨損條件下工作,如機(jī)床導(dǎo)軌、發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、活塞環(huán)、軸承等。減摩鑄鐵的組織通常是在軟基體上牢固地嵌有堅(jiān)硬的強(qiáng)化相。
一般珠光體灰鑄鐵能滿足這一要求,鐵素體是軟基體,磨損后形成溝槽,可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油,以降低磨損;滲碳體是硬質(zhì)相,起耐磨作用;片狀石墨可起儲(chǔ)油潤(rùn)滑作用。在普通灰鑄鐵中加入適量的磷、釩、鉻、鉬、稀土等元素,可增加珠光體,細(xì)化珠光體和石墨,進(jìn)一步提高硬度和耐磨性。
在普通灰鑄鐵基礎(chǔ)上,將磷含量提高到0.4%~0.6%,即形成高磷鑄鐵。磷可與鐵素體或珠光體形成磷共晶(F+Fe3P,P+Fe3P或F+P+Fe3P),呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布在基體上,形成在軟基體上分布著硬質(zhì)相,顯著提高了鑄鐵的耐磨性。由于普通高磷鑄鐵的強(qiáng)度和韌性較差,常加入鉻、鉬、鎢、銅等合金元素,使其組織細(xì)化,進(jìn)一步提高機(jī)械性能和耐磨性。
(2)抗磨鑄鐵
抗磨鑄鐵在干摩擦及磨粒磨損條件下工作.如軋輥、犁鏵、磨球等。這類鑄鐵不僅受到嚴(yán)重的磨損,而且承受很大的負(fù)荷,應(yīng)具有高而均勻的硬度。白口鑄鐵就屬于這類鑄鐵。但其脆性大,不能承受沖擊荷載,只能用于制造犁鏵、泵體、研磨機(jī)械的襯板、磨球等。
生產(chǎn)中常用激冷方法來(lái)獲得冷硬鑄鐵,即將鐵液注入放有冷鐵的金屬模成型,鑄件表層因冷速快得到一定深度的白口層而獲得高硬度、高耐磨性,而心部為灰口鑄鐵,具有一定的強(qiáng)度和韌性。廣泛用來(lái)制造軋輥、車輪等耐磨件。
在白口鑄鐵的基礎(chǔ)上加入14%~20%的鉻和少量的鉬、鎳、銅等元素形成的高鉻鑄鐵,組織中存在大量富鉻的M7C3型碳化物,其硬度極高,且分布不連續(xù),使鑄鐵既具有很高的耐磨性,其韌性也得到改善:可用于制造大型球磨機(jī)的襯板和破碎機(jī)的錘頭等零件。
ω(Mn)=5.0%~9.5%,ω(Si)=3.3%~5.0%的中錳合金球磨鑄鐵,組織為馬氏體、殘余奧氏體、碳化物和球狀石墨,具有較高的強(qiáng)度、硬度和沖擊韌性,適于制造在沖擊載荷和磨損條件下工作的零件,如犁鏵、磨球及拖拉機(jī)履帶板等??纱娌糠指咤i鋼和鍛鋼。
2、耐熱鑄鐵
耐熱鑄鐵指在高溫下具有良好的抗氧化和抗生長(zhǎng)能力的鑄鐵。氧化是鑄鐵在高溫下與周圍氣氛接觸使表層發(fā)生化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象。生長(zhǎng)是鑄鐵在反復(fù)加熱冷卻時(shí)產(chǎn)生的不可逆體積長(zhǎng)大的現(xiàn)象:
鑄件“生長(zhǎng)”的原因是氧化性氣體沿石墨片邊界或裂紋滲入鑄鐵內(nèi)部發(fā)生內(nèi)氧化;鑄件中的滲碳體在高溫下分解成密度小的石墨及在加熱冷卻過(guò)程中鑄鐵基體組織發(fā)生相變引起體積的不可逆膨脹。結(jié)果將使鑄件失去精度和產(chǎn)生微裂紋。
因此,制造高溫鑄鐵件,如加熱爐爐底板、換熱器、坩堝、廢氣管道及壓鑄模等,必須使用耐熱鑄鐵制造。
通常在鑄鐵中加入鋁、硅、鉻等合金元素提高鑄鐵的臨界溫度,得到單相鐵素體基體,消除滲碳體分解造成的生長(zhǎng)現(xiàn)象;通常還能形成致密穩(wěn)定的氧化膜,具有良好的保護(hù)作用,阻止鑄鐵繼續(xù)氧化和生長(zhǎng)。通過(guò)加入球化劑和鉻、鎳等合金元素,促使石墨細(xì)化和球化,球狀石墨互不連通可防止或減少氧化性氣體滲入鑄鐵內(nèi)部。
耐熱鑄鐵按其成分可分為硅系、鋁系、硅鋁系及鉻系等。
3、耐蝕鑄鐵
在石油化工、造船等工業(yè)中,閥門、管道、泵體、容器等各種鑄鐵件經(jīng)常在大氣、海水及酸、堿、鹽等介質(zhì)中工作,要求具有較高的耐蝕性能。普通鑄鐵通常是由石墨、滲碳體和鐵素體組成的多相合金在電解質(zhì)溶液中,石墨的電極電位高,滲碳體次之,鐵素體低。
因此,鐵素體將不斷被溶解,產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。為了提高鑄鐵基體的電極電位,并使鑄鐵表面形成一層致密的鈍化膜,需加入大量的硅、鋁、鉻、鎳、銅等合金元素,同時(shí)應(yīng)盡量降低耐蝕鑄鐵中的滲碳體和石墨含量,且組織好為鐵素體加上孤立分布的球狀石墨組織。
耐蝕鑄鐵分為高硅、高鋁、高鉻耐蝕鑄鐵等,其中以高硅耐蝕鑄鐵應(yīng)用廣。