| 词条 | 合金铸铁 |
| 释义 | § 简介 合金铸铁 在普通铸铁中加入合金元素而具有特殊性能的铸铁。通常加入的合金元素有硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、钛、锑、锡等。合金铸铁根据合金元素的加入量分为低合金铸铁 (合金元素含量＜3％)、中合金铸铁（合金元素含量为 3～10％）和高合金铸铁（合金元素含量＞10％）。合金元素能使铸铁基体组织发生变化，从而使铸铁获得特殊的耐热、耐磨、耐腐蚀、无磁和耐低温等物理-化学性能,因此这种铸铁也叫“特殊性能铸铁”。合金铸铁广泛用于机器制造、冶金矿山、化工、仪表工业以及冷冻技术等部门。 § 分类 合金铸铁 一、耐磨铸铁 耐磨铸铁分减摩铸铁和抗磨铸铁两类。 1、减摩铸铁 [性能要求]：减摩铸铁应有较低的摩擦系数和能够很好的保持连续油膜的能力。最适宜的组织形式应是在软的基体上分布有坚硬的强化相。细层状珠光体灰铸铁就能满足这一要求，其中铁素体为软基体，渗碳体为强化相，同时石墨也起着贮油和润滑的作用。 [常用减摩铸铁]：高磷铸铁。进步磷的含量，可形成高硬度的磷化物共晶，呈网状分布在珠光体基体上，形成坚硬的骨架，使铸铁的耐磨损能力比普通灰铸铁进步一倍以上。在含磷较高的铸铁中再加进适量的Cr、Mo、Cu或微量的V、Ti和B等元素，则耐磨性能更好。 2、抗磨铸铁 [性能要求]：抗磨铸铁的组织应具有均匀的高硬度。 [常用减摩铸铁]：普通白口铸铁就是一种抗磨性高的铸铁，但其脆性大，不宜作承受冲击的零件，在有冲击的场合可使用冷硬铸铁；含有少量的Cr、Mo、W、Mn、Ni、B等合金元素的低合金白口铸铁，具有一定的韧性，用于低冲击载荷条件下的抗磨零件，如抛丸机叶片、砂浆泵件、农产品加工设备中的易磨损件等；在中、低冲击载荷的高应力碾研磨损条件下，高铬白口铸铁代替高锰钢已显示了优越的抗磨性能；中锰球墨铸铁具有很好的耐磨性，较高的强度和韧性，适用于犁铧、饲料粉碎机锤片、中小球磨机磨球、衬板、粉碎机锤头等。 二、耐热铸铁 [性能要求]：耐热铸铁是指在高温下具有一定的抗氧化和抗生长能力，并能承受一定载荷。 [氧化与生长]：在高温下铸铁会发生氧化和生长现象。氧化是指铸铁在高温下受氧化性气氛的腐蚀，在铸铁表面产生氧化皮；生长是指铸铁在高温下产生不可逆的体积长大的现象，其原因是氧气通过石墨片的边界及裂纹间隙渗透铸铁内部，天生密度较小的氧化物，加上高温下渗碳体分解形成比容较大的石墨，使铸铁的体积不断胀大。 为防止热生长，耐热铸铁采用球墨铸铁较好。目前耐热铸铁中主要采用加进Si、Al、Cr等合金元素，它们在铸铁表面形成一层致密的稳定性好的氧化膜（SiO2、Al2O3、Cr2O3），保护内部金属不被继续氧化。同时，这些元素能进步固态相变临界点，使铸铁在使用范围内不致发生相变，以减少由此而造成的体积胀大和显微裂纹等。 [常用耐热铸铁]：常用的耐热铸铁有中硅铸铁、高铬铸铁、镍铬硅铸铁、镍铬球墨铸铁等。用来代替耐热钢制造耐热零件，如加热炉底板、热交换器、坩埚等。 三、耐蚀铸铁 耐蚀铸铁具有较高的耐蚀性能，耐蚀措施与不锈钢相似，一般加进Si、Al、Cr、Ni、Cu等合金元素，在铸件表面形成牢固的、致密而又完整的保护膜，阻止腐蚀继续进行，并进步铸铁基体的电极电位，进步铸铁的耐蚀性。 [常用耐蚀铸铁]：应用最广泛的是高硅耐蚀铸铁，这种铸铁在含氧酸类和盐类介质中有良好的耐蚀性，但在碱性介质和盐酸、氢氟酸中，因表面SiO2保护膜被破坏，耐蚀性有所下降。耐蚀铸铁广泛用于化工部分，用来制造管道、阀门、泵类、反应锅及盛贮器等。 § 应用 合金铸铁 1 、冷激合金铸铁凸轮轴的性能特点 冷激合金铸铁凸轮轴是以一定的合金成分的铁液浇入凸轮桃尖由冷铁快速冷却的型腔中，使凸轮桃尖表面形成2～7 mm深度的莱氏体(白口)组织，其硬度为HRC 45-60，心部为灰口组织，硬度为HB 220-300，其余为麻口组织。凸轮表面莱氏体是由很硬而脆的片状碳化物和较软的珠光体组成。在摩擦中，碳化物起骨架作用，珠光体起储油作用。故该材质具有较好储油和油膜保持性，其抗擦伤性、耐磨性均较好。因此它广泛用于高速内燃机凸轮轴，是内燃机凸轮轴--挺柱较为理想的摩擦付材质。目前世界上60%以上汽车凸轮轴都用此材料。该材质除具有优异的抗磨性特点外，它还具有生产工艺简单，加工余量少等优点。 2 、合金成分对冷激合金铸铁凸轮轴的影响 冷激合金铸铁凸轮轴的使用性能，关键取决于凸轮白口层的硬度及深度，它是衡量凸轮轴工作表面的重要指标，凸轮白口层硬度的高低、深度的大小、除铸造中与冷铁大小有关外，在很大程度上取决于合金成分。 为防止白口层剥落，保持一定的麻口层厚度，还是有必要的。麻口层由于硬度、强度均较低，生产中应力求减少麻口层深度。下列元素对麻口层深度有不同程度的影响，合金元素Te、C、S、P能减少麻口深度，而Cr、Al、Mn 、Mo、V等，可增加麻口层深度。 3 、冷激合金铸铁凸轮轴的化学成分及作用 纵观国内、外冷激合金铸铁凸轮轴化学成分基本相同。但波动范围较大。一般为3.2%～3.8%C； 1.5%～2.2%Si； 0.5%～0.8%Mn； ＜0.12%S； ＜0.12%P； ＜0.5%～＜1%Cr； 0.2%～0.5%Mo。 0%～1.2%Cu； 0%～0.5%Ni。 冷激合金铸铁凸轮轴中的碳是形成渗碳体的元素，碳量增加则渗碳体数量增加，因而硬度增加，但碳量增加，却使白口层减小，引起心部灰口区石墨粗大，为兼顾白口层深度和整轴综合性能，一般碳量取3.4%～3.7%。 硅量增加时白口层深度、硬度均下降，在一定范围内适当增加硅，有利于减少凸轮心部游离碳化物，可改善整轴综合性能，过低硅量将导致白口层过深，故铁液含硅量一般取1.6%～2.1%。锰不作为控制白口的元素，其含量不宜过高，一般取0.5%～0.8%，硫、磷含量均应小于0.12%。 铬可使凸轮桃尖在较小的过冷度时容易得到莱氏体的共晶组织，使冷激区容易产生，同时使麻口区宽度比白口区宽度还要大，大于1%可不用冷铁获得白口层。铬主要存于碳化物中，与基体之间的分配比例为3∶1，基体中的铬抑制铁素体形成、细化珠光体， Fe3C中的铬能提高硬度，起耐磨作用。 钼分布在碳化物和基体之间，稳定碳化物，细化珠光体基体，使硬度、强度有所增加，有利于改善疲劳特性，在热处理中可改善淬火性能。 镍和铜能促进珠光体的形成，同时抑制共晶碳化物的形成。 4 、冷激合金铸铁凸轮轴的工艺 冷激合金铸铁凸轮轴的铸造，国外大多采用高压造型、静压造型及铁模覆砂等方法，国内一般采用合脂砂或振动造型等方法。在砂型中凸轮桃尖部位下置冷铁，浇注时只冷激合金铸铁凸轮桃尖，基圆不冷激。 凸轮冷激所采用冷铁可采用传热性能良好的灰口铸铁材质制作，可做成单块冷铁，组合冷铁，或框架式组合冷铁，冷铁的形状要和凸轮硬度要求的梯度保持一致，冷铁的大小取决于白口层的深度要求。一般取外冷铁厚度10～15 mm，可得到凸轮白口层深度2～7 mm。冷铁取得过大，则缩小炉前孕育处理范围，给大批量生产造成困难，造成凸轮桃尖过冷度过大，冷激白口层深，凸轮桃尖处易产生细小裂纹；冷铁过小，同样会缩小孕育处理的范围，还会因冷铁热容量不够，造成过冷度小，致使冷激白口层浅、硬度低、达不到要求。 冷激合金铸铁凸轮轴的熔炼均采用中频炉熔炼，这样有利于确保铸件合金成分或及时调整化学成分，熔炼时，铁液过热到1 500 ℃，立即停电降温，到1 450 ℃，用0.4%75硅铁(粒度5～10 mm)孕育，浇注温度以1 300 ℃～1 350 ℃为宜。因浇注温度高低会直接影响铸件的冷却速度，从而影响白口深度。 铸铁毛坯应进行550 ℃保温时间2 h的消除应力退火。 凸轮精加工后，可进行锰盐磷化处理或软氮化处理，以提高初期磨合性能及耐疲劳能力。 |
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