高铬铸铁

2014-7-24 22:31:18      点击:

高铬铸铁
简介
高铬铸铁是高铬白口抗磨铸铁的简称,是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料。它以比合金钢高得多的耐磨性,和比一般白口铸铁高得多的韧性、强度,同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能,加之生产便捷、成本适中,而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一。
高铬铸铁属金属耐磨材料、抗磨铸铁类铬系抗磨铸铁的一个重要分支,是继普通白口铸铁、镍硬铸铁而发展起来的第三代白口铸铁。早在1917年就出现了第一个高铬铸铁专利。高铬铸铁一般泛指含Cr量在11-30%之间,含C量在2.0-3.6%之间的合金白口铸铁。
抗磨白口铸铁国家标准
我国抗磨白口铸铁国家标准(GB/T8263)规定了高铬白口铸铁的牌号、成分、硬度及热处理工艺和使用特性。其典型成分及工艺如下表:
 
表1  高铬铸铁的牌号及化学成分(%)
牌号 C Mn Si Ni Cr Mo Cu P  S
KmTBCr12 2.0-3.3 ≤2.0 ≤1.5 ≤2.5 11.0-14.0 ≤3.0 ≤1.2 ≤0.10 ≤0.06
KmTBCr15Mo 2.0-3.3 ≤2.0 ≤1.2 ≤2.5 11.0-18.0 ≤3.0 ≤1.2 ≤0.10 ≤0.06
KmTBCr20Mo 2.0-3.3 ≤2.0 ≤1.2 ≤2.5 18.0-23.0 ≤3.0 ≤1.2 ≤0.10 ≤0.06
KmTBCr26 2.0-3.3 ≤2.0 ≤1.2 ≤2.5 23.0-30.0 ≤3.0 ≤1.2 ≤0.10 ≤0.06

 
表2  高铬铸铁的硬度
牌号 铸态或去应力处理 硬化态或硬化态去应力处理 软化退化态
HRC HBW HRC HBW HRC HBW
KmTBCr12 ≥46 ≥450 ≥56 ≥600 ≤41 ≤400
KmTBCr15Mo ≥46 ≥450 ≥58 ≥650 ≤41 ≤400
KmTBCr20Mo ≥46 ≥450 ≥58 ≥650 ≤41 ≤400
KmTBCr26 ≥46 ≥450 ≥56 ≥600 ≤41 ≤400

 
表3 高铬铸铁件热处理规范
牌号 软化退火处理 硬化处理 去应力处理
KmTBCr12 920-960℃保温1-8h,缓冷至700-750℃保温4-8h,冷至600℃以下出炉空冷或炉冷 920-980℃保温2-6h,出炉空冷 200-300℃保温2-8h,出炉空冷或炉冷
KmTBCr15Mo 920-960℃保温1-8h,缓冷至700-750℃保温4-8h,缓冷至600℃以下出炉空冷或炉冷 920-980℃保温2-6h,出炉空冷 200-300℃保温2-8h,出炉空冷或炉冷
KmTBCr20Mo 960-1000℃保温1-8h,缓冷至700-750℃保温4-10h,缓冷至600℃以下出炉空冷或炉冷 960-1020℃保温2-6h,出炉空冷 200-300℃保温2-8h,出炉空冷或炉冷
KmTBCr26 960-1060℃保温2-6h,出炉空冷

美国高铬铸铁执行标准为ASTMA532M,英国为BS4844,德国为DIN1695,法国为NFA32401。俄罗斯在前苏联时期曾研制了12-15%Cr、3-5.5%Mn,壁厚达200mm的球磨机衬板,现执行?OCT7769标准。特别值得一提的是在近一个世纪里,曾为抗磨白口铸铁做出了卓越贡献的美国克莱梅克斯(Climax)钼业公司。1928年该公司首先发明了镍硬铸铁,把抗磨铸铁科技推向了一个空前高度。1974年为纪念国际GIFA,在杜赛尔多夫展览会上展示了名为“神秘1号”和“神秘2号”。即经典的高铬抗磨铸铁153(Cr15Mo3)和1521(Cr15Mo2Cu),现如今克莱梅克斯公司执行高铬铸铁标准如下,
 
表4    美国Climax钼公司规定的高铬铸铁成分(质量分子数)%
成分
牌号 12-1 15-3 15-2-1 20-2-1
超高碳 高碳 中碳 低碳
C 3.0-3.5 3.6-4.3 3.2-3.6 2.8-3.2 2.4-2.8 2.8-3.5 2.6-2.9
Cr 11-14 14-16 14-16 14-16 14-16 14-16 18-21
Mo 0.5-1.0 2.5-3.0 2.5-3.0 2.5-3.0 2.4-2.8 1.9-2.2 1.4-2.0
Cu <1.0 - - - - 0.5-1.2 0.5-1.2
Mn 0.5-0.8 0.7-1.0 0.7-1.0 0.5-0.8 0.5-0.8 0.6-0.9 0.6-0.9
Si 0.5-0.8 0.3-0.8 0.53-0.8 0.3-0.8 0.3-0.8 0.4-0.8 0.4-0.9
S <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05
P <0.10 <0.10 <0.10 <0.10 <0.10 <0.06 <0.06
空冷时不出现珠光体的最大断面(mm) ? - 70 90 120 200① >200
硬度HRC 铸态 60-67 51-56 50-54 44-48 50-55 50-54
淬火 62-67 60-65 58-63 60-67 60-67
退火 40-44 36-42 35-40 40-44 38-43

注:①碳含量为下限时,大断面中可能出现贝氏体。
用途
在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面应用十分广泛,常见于衬板,锤头,磨球材质。
80年代以后更被广泛用于抛丸清理机的室体制作和抛丸器叶片、衬板的制作上,能非常有效防止高速密集的弹丸束击穿钢板壳体。
高铬铸铁 熔炼工艺要求
  
 (1) 出炉温度高铬铸铁的熔点比一般铸铁高,约为1200 ℃, 出炉温度约为1500 ℃,熔炼选用中频感应电炉。 
 (2) 炉衬 采用酸性或碱性炉衬均可,炉衬的配比、打结、烘干和烧结均按常规工艺进行。
 (3) 装料 一般按正常顺序加料,先将灰生铁、钼铁等难熔铁合金装入炉底, 而后将废钢等按照下紧上松的原则装填(有助于塌料) 。   
(4) 送电熔化 将电炉功率调至最大进行熔化, 由于Cr 的熔炼损耗较大( 约5 % ~15 %) ,故铬铁应在最后加入, 通常是待废钢全部熔化后加入烤红的铬铁。   
(5) 脱氧 待金属炉料全部熔化并提温至1480 ℃后, 再加入锰铁、硅铁及铝进行脱氧。   
(6) 浇注 在中频感应炉中熔化,温度不必太高,温度达到1480 ℃时即可出炉, 铁液在包内应停留一段时间进行镇静, 视工件大小不同可在1380 ~1410 ℃之间进行浇注。  
 
 高铬铸铁生产工艺要点   
(1) 高铬铸铁铸造性能较差, 其热导率低, 塑性差, 收缩量大, 且有大的热裂和冷裂倾向, 在铸造工艺上要将铸钢和铸铁的特点结合起来考虑, 必须充分注意铸件的补缩问题, 其原则与铸钢件相同( 采用冒口和冷铁, 且遵循顺序凝固原理) 。由于合金中铬含量高, 易在铁液表面结膜,所以看起来铁液流动性差, 但实际上流动性较好。   
(2) 造型宜采用水玻璃硅砂等强度高且透气性好的砂型, 涂料应采用耐火度高的高铝粉或镁粉与酒精混合拌制。另外, 为获得细晶粒组织和好的表面质量, 在铸件外形不太复杂的情况下, 金属型铸造也被广泛采用。   
(3) 高铬铸铁的收缩量与铸钢相近, 模样制作上其线收缩率可按1. 8 % ~2 % 进行计算。在砂型制作上, 其冒口大小可按碳钢的规定进行计算, 而浇注系统则按灰铸铁计算, 但需把各截面积增加20 % ~30 % 。浇冒口的选择应注意两个方面: 一是要保证铸件工作带( 使用部位) 的质量; 二是要尽量提高铸件的成品率。   
(4) 由于高铬铸件的冒口不易切除, 因此造型时在冒口形式上宜采用侧冒口或易割冒口。   
(5) 在具体零件的铸造工艺设计上, 要注意不能让铸件出现受阻收缩, 以免造成开裂。另外, 浇注后开箱温度过高也极易造成铸件开裂, 540 ℃以下的缓冷是十分必要的, 应使铸件在铸型中充分冷却, 然后再开箱清砂, 或开箱后先勿清砂而堆在一起( 铸件、浇冒系统等) 围干砂缓冷。开箱周围环境必须保持干燥, 不得潮湿有水, 否则极易造成铸件裂纹。   
(6) 浇注温度要低, 有利于细化树枝晶和共晶组织, 而且可避免出现因温度过高而造成的收缩过大及表面粘砂等缺陷。浇注温度一般比其液相线( 1290 ~1350 ℃) 高55 ℃左右, 轻小件一般控制在1380 ~1420 ℃,壁厚100mm以上的厚重件控制在1350 ~1400 ℃。