耐磨铸铁常见设备

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。

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。

(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

(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

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。

常用的合金铸铁分为：耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。

合金铸铁耐磨铸铁

耐磨铸铁按其工作条件大致可分为两类：一种是在有润滑条件下工作的减摩铸铁，如机床导轨、气缸套、环和轴承等；另一种是在无润滑、受磨料磨损条件下工作的抗磨铸铁，如犁铧、轧辊及球磨机零件等。

1）减摩铸铁

减摩铸铁在有润滑、受黏着磨损条件下工作，如机床导轨、发动机缸套、活塞环、轴承等。减摩铸铁的组织通常是在软基体上牢固地嵌有坚硬的强化相。

一般珠光体灰铸铁能满足这一要求，铁素体是软基体，磨损后形成沟槽，可储存润滑油，以降低磨损；渗碳体是硬质相，起耐磨作用；片状石墨可起储油润滑作用。在普通灰铸铁中加入适量的磷、钒、铬、钼、稀土等元素，可增加珠光体，细化珠光体和石墨，进一步提高硬度和耐磨性。

在普通灰铸铁基础上，将磷含量提高到0.4%～0.6%，即形成高磷铸铁。磷可与铁素体或珠光体形成磷共晶（F Fe₃P，P Fe₃P或F P Fe₃P），呈断续网状分布在基体上，形成在软基体上分布着硬质相，显著提高了铸铁的耐磨性。由于普通高磷铸铁的强度和韧性较差，常加入铬、钼、钨、铜等合金元素，使其组织细化，进一步提高机械性能和耐磨性。

2）抗磨铸铁

抗磨铸铁在干摩擦及磨粒磨损条件下工作．如轧辊、犁铧、磨球等。这类铸铁不仅受到严重的磨损，而且承受很大的负荷，应具有高而均匀的硬度。

白口铸铁就属于这类铸铁。但其脆性大，不能承受冲击荷载，只能用于制造犁铧、泵体、研磨机械的衬板、磨球等。

生产中常用激冷方法来获得冷硬铸铁，即将铁液注入放有冷铁的金属模成型，铸件表层因冷速快得到一定深度的白口层而获得高硬度、高耐磨性，而心部为灰口铸铁，具有一定的强度和韧性。广泛用来制造轧辊、车轮等耐磨件。

在白口铸铁的基础上加入14%～20%的铬和少量的钼、镍、铜等元素形成的高铬铸铁，组织中存在大量富铬的M₇C₃型碳化物，其硬度极高，且分布不连续，使铸铁既具有很高的耐磨性，其韧性也得到改善：可用于制造大型球磨机的衬板和破碎机的锤头等零件。

ω（Mn）=5.0%～9.5%，ω（Si）=3.3%～5.0%的中锰合金球磨铸铁，组织为马氏体、残余奥氏体、碳化物和球状石墨，具有较高的强度、硬度和冲击韧性，适于制造在冲击载荷和磨损条件下工作的零件，如犁铧、磨球及拖拉机履带板等。可代替部分高锰钢和锻钢。

合金铸铁耐热铸铁

耐热铸铁指在高温下具有良好的抗氧化和抗生长能力的铸铁。氧化是铸铁在高温下与周围气氛接触使表层发生化学腐蚀的现象。生长是铸铁在反复加热冷却时产生的不可逆体积长大的现象：铸件“生长”的原因是氧化性气体沿石墨片边界或裂纹渗入铸铁内部发生内氧化；铸件中的渗碳体在高温下分解成密度小的石墨及在加热冷却过程中铸铁基体组织发生相变引起体积的不可逆膨胀。结果将使铸件失去精度和产生微裂纹。

因此，制造高温铸铁件，如加热炉炉底板、换热器、坩埚、废气管道及压铸模等，必须使用耐热铸铁制造。

通常在铸铁中加入铝、硅、铬等合金元素提高铸铁的临界温度，得到单相铁素体基体，消除渗碳体分解造成的生长现象；通常还能形成致密稳定的氧化膜，具有良好的保护作用，阻止铸铁继续氧化和生长。通过加入球化剂和铬、镍等合金元素，促使石墨细化和球化，球状石墨互不连通可防止或减少氧化性气体渗入铸铁内部。

耐热铸铁按其成分可分为硅系、铝系、硅铝系及铬系等。

合金铸铁耐蚀铸铁

在石油化工、造船等工业中，阀门、管道、泵体、容器等各种铸铁件经常在大气、海水及酸、碱、盐等介质中工作，要求具有较高的耐蚀性能。普通铸铁通常是由石墨、渗碳体和铁素体组成的多相合金在电解质溶液中，石墨的电极电位最高，渗碳体次之，铁素体最低。因此，铁素体将不断被溶解，产生严重的电化学腐蚀。为了提高铸铁基体的电极电位，并使铸铁表面形成一层致密的钝化膜，需加入大量的硅、铝、铬、镍、铜等合金元素，同时应尽量降低耐蚀铸铁中的渗碳体和石墨含量，且组织最好为铁素体加上孤立分布的球状石墨组织。

耐蚀铸铁分为高硅、高铝、高铬耐蚀铸铁等，其中以高硅耐蚀铸铁应用最广。