抗磨白口铸铁的合金化和变质处理的研究

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1982.01.003 北京钢铁学院学报 1982年第1期 抗磨白口铸铁的合金化和变质处理的研究 铸工教研室王兆昌* 摘 要 白口铸铁是一种重要的抵抗磨损的金属材料。其抗磨性决定于硬度，强度和韧 性的综合性能指标因而与其组织组成物的结构，显微硬度，相对数量，分布及内聚强 度都有密切的关系。铸态组织就是高显微硬度的碳化物孤立地分布在马氏体基体时 较为理想，而合金化和变质处理的正确选用是最经济合理地获得理想组织的关键。 从我国资源出发，锰合金化是有前途的但为扬长避短，锰含量不宜过高，而为 获得铸态马氏体组织应情加铜、络、钼、硼等多种合金元素。硼的加入可以提高锰 白口铸铁的淬透性，碳化物的显微硬度和整体硬度。合适的硼加入量既可得到上述 效果而又不降低韧性。硼在镍络白口铸铁中也可以提高碳化物的显微硬度。硼的加 入使白口铸铁中碳化物的数量增多。 采用包内变质处理的方法而不用高合金化的方法改变碳化物的分布，经济合理 而且简便可行。稀土变质处理能使碳化物成为紧实的板块状而不是成为粗的网状聚 合物，使韧性显著提高(k=0.8公斤-米/厘米2)。硼的加入能使碳化物成为方块形。 但如何控制工艺参数保证获得应有的变质效应的试验研究工作还需继续。 一、白口铸铁一重要的抗慶材料 目前，为提高机器使用寿命，世界各国十分重视磨损及抗磨材料的研究。 磨损、疲劳和腐蚀是造成机件失效的二大原因。磨损主要包含滑动磨损，滚动磨损和磨 矿料磨损，其中磨料磨损又是造成工件迅速失效的主要因素，工件寿命甚至只能以小时和日数 计。山上用于排送选矿车间尾矿砂浆的泵使中锰球铁泵体，寿命一般只有半个多月，造型用的 抛砂机的砂碗只能用一个班，在火力发电厂，用于破碎煤块的高锰钢风扇磨打击板只能用800 小时。易磨件的频繁更换不仅造成人力物力很大浪费，备件供应紧张：而山影响到机器的有 效运转时间。我国某年产一千万吨铁矿石的矿山一年需用144个泵体，每个重约2.20吨，需 2.22余元。只要其寿命提高一倍，每年就可节约几十万元。 我国工业部门中使用的矿石或砂料的破碎运输设备中很多受到磨料磨损的工件成了各部 门的重点攻关项目，要求尽快将寿命提高上去。如一机部的攻关件有杂质泵，抛丸机叶片 等。冶金部的铲齿，球磨机衬板和磨球，农机部的机引犁铧，拖拉机履带板，电力部的风扇 磨打击板，建材部的衬板，混凝土搅拌机的叶片和衬板，破碎制玻璃用的硅石的板锤等都是 重点攻关件。 磨料磨损的具体情况千差万别而没有一种万能的材料。经过近100年左右的实践和材料 ◆铸工教研室的部分教师、实验员和研究生及邢台治金修造厂的同志参加了本文的实验 工作。 23

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 抗磨 白口 铸铁的合金化和变质处理的研究 铸工 教研 室 王 兆 口朴 要 广 白 口 铸铁是 一 种重 要 的抵抗磨损 的金 属材 料 。 其抗磨 性决定 于 硬 度 ， 强度 和 韧 性 的综合 性 能指标 因而 与其 组 织 组 成 物 的结构 ， 显微硬度 ， 相 对数 量 ， 分 布及 内聚 强 度都 有 密切 的关 系 。 铸态 组 织就是 高显微硬度 的碳化 物孤 立 地分 布在 马 氏体墓 体 时 较 为 理 想 ， 而合 金 化和 变质处 理 的正 确选用是 最 经 济合 理 地获得 理 想 组 织 的关健 。 从 我 国资 源 出发 ， 锰 合金 化是 有前途 的但 为扬长 进短 ， 锰 含量 不 宜 过 高 ， 而 为 获得 铸态 马 氏体组 织 应 辅加 铜 、 络 、 钥 、 硼 等 多种合 金 元 素 。 硼 的加 入 可 以 提 高锰 白 口 铸铁 的淬 透性 ， 碳化 物 的 显微硬度 和 整体硬度 。 合 适 的硼 加 入 量 既 可 得 到上 述 效果 而 又不 降低 韧性 。 硼 在 镍 路 白 口 铸铁 中也 可 以 提 高碳化 物 的显微硬度 。 硼 的加 入 使 白 口 铸铁 中碳化 物 的数 量 增 多 。 采 用 包 内变质 处 理 的方 法 而 不 用 高合金 化 的方 法 改 变碳化 物 的分 布 ， 经 济合 理 而 且 简便 可行 。 稀土 变质 处 理 能使碳化 物成 为紧 实 的板块 状 而 不是 成 为粗 的 网状 聚 合 物 ， 使 韧性 显著提 高 二 公 斤一 米 厘 米 “ 。 硼 的加入 能使 碳化 物成 为 方块 形 。 但 如何 控 制工 艺参 数 保 证 获得 应 有 的变质 效 应 的试 验研 究工 作还 需 继 续 。 一 、 白 口 摘铁一，要 的抗 材料 目前 ， 为提高机器使 用寿命 ， 世界 各国十分重 视磨 损 及 抗磨 材料 的研究 。 磨 损 、 疲劳和 腐蚀是造成 机件 失效 的二大原因 。 磨 损 主要 包 含滑 动磨 损 ， 滚 动磨 损 和磨 矿料磨 损 ， 其 中磨 料磨损 又 是造成 工件迅速 失效 的主要 因 素 ， 工 件寿 命甚 至只 能 以 小 时和 日数 计 。 山 上用 于 排送选 矿车间尾 矿 砂浆 的泵使 中锰球 铁 泵体 ， 寿命一 般只 有半个多月 ，造型 用 的 抛 砂机 的 砂 碗只 能用一 个班 在 火力发 电厂 ， 用 于 破 碎煤 块 的高锰 钢 风 扇磨打 击 板 只 能用 小时 。 易磨 件 的频 繁更 换不仅造成 人力物力 很大浪费 ， 备件供应 紧张 而且 影 响到 机 器 的有 效运 转时 间 。 我 国某年产一 千万 吨铁矿石 的矿 山一 年 需用 个泵 体 ， 每 个 重 约 吨 ， 需 余元 。 只 要 其寿 命提高一 倍 ， 每年就可节约 几十万元 。 我 国工业部 门 中使用 的矿石或砂料 的破 碎运输 设备 中很 多受到 磨料磨 损 的工 件成 了 各部 门的重点 攻关项 目 ， 要求尽 快将寿 命提高 上去 。 如一 机部的攻 关 件有 杂质 泵 ， 抛 丸机 叶片 等 。 冶 金部的铲 齿 ， 球磨机衬板和 磨 球 ， 农机部 的机 引犁桦 ， 拖 拉机履 带 板 ， 电力部 的风 扇 磨打击板 ， 建材部的衬 板 ， 混凝 上搅 拌 机 的 叶片和 衬板 ， 破 碎制 玻璃 用 的硅石 的板锤 等都是 重 点 攻关件 。 磨 料磨 损 的 具体情 况千差 万别 而 没有一 种 万 能 的 材 料 。 经过近 年左右 的实 践和 材料 铸工 教研 室 的部分 教 师 、 实验 具和 研 究生及 邢 台冶金 修造厂 的 同 志参 加 了本文 的实验 工 作 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1982．01．003

的发展，抗磨的钢铁材料主要有高锰钢用于抵抗有高冲击负荷的凿削磨损，低合金钢用于受 到中等冲击的冲击破碎件，中锰球铁和白口铸铁则用于受到低冲击负荷的各类磨损。 但根据抗磨材料在国际上的应用的记录〔1)，白口铸铁无论在实验室的各类蘑损试验机 的试验结果以及各类磨损型式的应用效果上在许多时候还优于高锰钢和低合金钢。根据苏联 在矿山选矿设备中一些易磨件的使用结果，铁矿石的溜矿槽衬板，由高锰钢110Γ13改为白 口铸铁49×12Γ5后，寿命提高4~6倍，3600×5000毫米磨铁矿石的球磨机衬板，经过相同 的材料改变后，寿命提高3倍】。 我国根据1978年一机、冶金系统球磨机衬板联合攻关试验技术总结【】，在小的球磨机用 高锰钢衬板，使用后表面硬度只有HRC37~45,因而无法抵抗铁矿石（硬度将近HRC60) 的磨损。火力发电厂磨煤用风扇磨打击板，用高锰钢制造时遇到相似问题。沈阳重型机器厂在 中2700×3600毫米，以下的球磨机，使用马氏体冷硬球铸铁，磨碎铁矿石物料时，寿命赶上 了高锰钢：而在中小磨机磨碎水泥之类的软矿物质时，冷硬球铁衬板的寿命可以超过高锰钢衬 板寿命2~5倍【4]。以上只是从使用寿命的比较说明制做一些易磨件时白口铸铁比高锰钢优 越。如果从生产成本和生产便利上比较也是前者优越。 我国过去由于传统概念，认为高锰钢是几乎唯一的抗磨材料，白口铸铁是脆性材料无法 使用，因而抗磨材料和抗磨件就不能很好地满足使用要求。我们亟需探讨和研究白口铸铁在 抗磨件中的应用。 二、白口铸铁的抗毒性和组织组成的关系 白口铸铁抵抗磨料磨损的能力与其组织有密切关系，磨料磨损通常是磨粒对工件的冲击 磨损，由形变磨损和犁削磨损两部分组成【！。磨粒对工件撞击时，工件材料受到冲击应力 就会产生脆性断裂或压坑形变及坑边拉裂，因而表面掉块，即所谓形变磨损。磨粒侵入工件 一定深度以后沿着工件以内运动，对工件进行犁沟形变或产生犁削磨损。 材料的硬度是其抵抗塑性流动的能力，也反映其抵抗磨粒侵入，甚或将磨粒击碎的能力。 过去认为硬度高的材料就一定抗磨并不一定正确，因为硬度高的材料，跪性也大，就不能抵抗 冲击负荷。因此根据磨料的硬度H‘工件材料应具有一定最低的硬度。Hm=0.7~1.1H.' 同时又有一定的韧性和强度，才是最抗磨的材料。由于各类磨料磨损型式千差别，对于抗磨 件材料的各项性能指标的要求也就不同。 白口铸铁的整体硬度决定于金属基体和碳化物的相对数量和显微硬度。马氏体白口铸铁 具有较高的硬度，然而一定量的残留奥氏体，在抵抗冲击磨损过程中加工硬化们生相转 变，不仅对抗磨无害而且还会对韧性有利。碳化物是白口铸铁中的高硬度相，在软的基体组 织被蘑损以后可以起到抗磨作用。然而碳化物是白口铸铁中的裂纹源，并且裂纹极易沿其扩 展（图1本文图片均见图板），所以碳化物的数量应限于30%以内才能使韧性得到保证。碳化 物成为连续网状聚合体就对白口铸铁的韧性十分不利，而碳化物成为断开的或孤立的块状分 布就能使白口铸铁的韧性显著提高（图2）。韧性白口铸铁就能具有更高的抗磨性和更广泛 的用途。 菜氏体在白口铸铁中有棒状、片状和离异共晶三种形式，从抗磨性看片状共晶结构最 好，因高硬度的碳化物相表面积较大而且由于互相间被塑性较好的奥氏体隔开，裂纹的扩楼 会被制止。 的介特殊相一般对韧性不利。除磷化物之外，含硼的白口铸铁也因为品介特殊硼相的存 24

的发展 ， 抗磨 的钢 铁材 料主要有高锰 钢用 于 抵 抗有高冲击 负荷 的凿 削磨 损 ， 低 合金钢 用于 受 到 中等冲击 的冲击破碎 件 ， 中锰 球 铁和 白 口 铸 铁则用于 受到 低 冲击 负荷 的 各类磨损 。 但 根据 抗磨材料在 国际 上 的应 用 的 记录 〕 ， 白 口 铸 铁无 论在 实验 室 的 各类磨 损试 验机 的 试验结果 以 及 各类磨 损型 式 的应 用效果 上在许多时候还 优于 高锰 钢和低 合 金钢 。 根 据 苏联 在 矿 山选 矿设 备 中一 些 易磨件 的使 用 结果 ， 铁矿石 的溜矿槽衬板 ， 由高锰 钢 改为 白 口 铸 铁只任 后 ， 寿 命提高 倍， 。 毫米磨铁矿 石 的球磨 机衬板 ， 经过 相 同 的材料改 变后 ， 寿 命提高 倍 。 我 国根据 年一机 、 冶 金系统球磨 机衬板 联 合攻关试 验技 术 总结 】 ， 在 小 的球磨 机用 高锰 钢衬 板 ， 使用 后 表 面 硬 度只 有 ， 因而无 法抵 抗铁矿石 硬度将近 的磨损 。 火力发 电厂磨 煤 用 风 扇磨打击板 ， 用 高锰钢制造时遇到相 似 问题 。 沈 阳 重型机 器 厂在 小 毫米 ， 以 下 的球磨机 ， 使用 马 氏体冷硬球铸 铁 ， 磨碎铁矿石物料时 ， 寿 命赶 上 了高锰 钢 而在 中小磨机磨 碎水泥 之 类 的软矿 物质 时 ， 冷硬 球 铁衬板 的寿 命可 以超过 高锰钢衬 板寿 命 倍 ‘ 。 以 上只 是 从使用寿 命的 比较说 明制做一 些 易磨 件时 白口 铸 铁 比高锰钢 优 越 。 如果 从生产成本和 生产便 利上比较也是前者优越 。 我 国过去由于 传统概 念 ， 认为高锰钢是几 乎唯一 的抗磨材料 ， 白口 铸 铁是脆性材料无 法 使用 ， 因而 抗磨材料 和抗磨件就 不 能 很好 地 满 足使用要求 。 我们 呕 需探讨 和研究 白 口 铸铁在 抗磨 件 中的应 用 。 二 、 白口 铆铁 的抗 磨性和组织 组成 的关 系 白 口 铸 铁抵 抗磨料磨 损 的能力 与 其组 织有密切关系 ， 磨 料磨 损通 常是磨粒 对 工件 的冲击 磨损 ， 由形 变磨损和 犁 削磨损两部分 组成 〔 ‘ 】 。 磨粒对 工件撞 击时 ， 工件材料受到 冲击应 力 就 会产 生脆性断裂 或压 坑 形 变及坑边 拉 裂 ， 因而 表面掉块 ， 即所 谓形 变磨 损 。 磨粒 侵入 工件 一定 深度 以 后 沿 着工件以 内运 动 ， 对 工件进 行 犁 沟形 变 或产 生 犁 削磨 损 。 材料的硬 度是 其抵 抗塑性 流 动 的能 力 ， 也反 映 其抵 抗磨粒侵入 ， 甚 或将磨粒击 碎 的能 力 。 过 去认为硬 度 高的材料就一定 抗 磨并 不一定 正 确 ， 因为硬 度高的材料 ， 脆性也大 就不 能抵 抗 冲 击 负荷 。 因此 根据磨料 的硬 度 人 ‘ 工件材 料应 具有一定最低 的硬 度 。 二 人 ‘ 同 时又 有一 定 的韧性 和强度 ， 才是 最 抗磨 的材 料 。 由于 各类磨 料磨损型式千差 别 ， 对 于 抗磨 件材 料 的 各项性 能 指 标 的要求 也 就不 同 。 白 口 铸 铁 的 整体 硬度 决定于 金属 基 体和 碳 化物 的相对数 量 和 显微硬度 。 马 氏体 白 口 铸 铁 具 有较 高的 硬度 ， 然 而一定 量 的残 留奥 氏体 ， 在 抵 抗冲击磨 损 过 程 中加 工 硬 化和产 生相转 变 ， 不 仅 对 抗磨无 害而且 还 会对 韧 性有利 。 碳 化物是 白 口 铸 铁 中的高硬 度相 ， 在 软 的基体组 织 被磨损 以后 可 以 起到 抗磨 作用 。 然而碳 化物是 白口 铸 铁 中的裂 纹 源 ， 并且 裂 纹 极易 沿其扩 展 图 本 文图 片均见 图板 ， 所 以 碳 化物 的数量应 限于 以 内才 能使 韧性 得到 保证 。 碳化 物成 为连 续 网状 聚 合体 就对 白 口 铸铁 的韧 性十 分不利 ， 而碳 化物成 为断开 的 或孤立 的块状 分 布 就能使 白 口 铸铁 的韧性显著 提高 图 。 韧性 白 口 铸 铁就能具有更 高的抗磨性 和 更广 泛 的用 途 。 莱 氏体 在 白口 铸 铁 ，」有棒状 、 片状 和 离异共 晶三种 形式 ， 从 抗磨性看 片状 共 品结 构 最 好 ， 因 高硬 度 的 碳 化物 相 表面积 较 大而且 由于 互 相 间被 塑性 较好 的奥 氏体隔开 ， 裂 纹 的扩 展 会 被 制止 。 品 介特 殊 相 一般 对 韧性 不 利 。 除磷 化物 之外 ， 含硼 的 自口 铸 铁也 因为 晶 介 特 殊 硼 相 的 存

在，韧性低。这就必然降低其抗磨性。稀士在钢中具有反对硼在奥氏体晶介内吸附和提高钢 的韧性的作用17)。 白口铸铁的抗磨性不是仅仅决定于高硬度而且决定于软基体组织的纽成。除了由于对材 料的强度和韧性的影响外，后者对组织组成物之间的内聚强度的影响也很重要。基体组织组成 翠的显微硬度都比通常的磨料石英砂的显微硬度(H,900~10000)低，因而会被磨掉，而在 工件表面形成凹凸不平的磨损表面或一道道磨出的沟槽（图3）。碳化物虽然抗磨，但成为 孤立的突出的脆性相就极易被磨料冲击后弯曲折断或从金属基体上剥落。脱落的高硬度碳化 物磨屑还可以成为增多的磨粒对工件进行磨损。因此基体组织也需要火有一定的最低硬度和 与碳化物之间有较高的内聚强度。后者就和两种组织组成物的晶体结构有关。 总之白口铸铁的抗磨性决定于其硬度，强度和韧性的综合性能指标，而与其组织组成物 的结构，显微硬度，相对数量，分布及聚内强度有密切关系。因此合金：化1变质处理的正确 选用是最经济合理地提高其抗脐性的关键。 三、国外关于白口铸铁合金化和变质处理的研究 改变白口铸铁的组织的最有效的方法就是合金化，变质处理和热处理。采川各种热处理 制度与材料的合金化有密切关系。白口铸铁的发展史就是研究发展白口铸铁的合金化和变质 处理，用最简单最经济的方法获得高硬度和高韧性低，提高其抗磨性扩大其应用范围的历 史。普通白口铸铁由于韧性低，最早只能在冷硬铸件中应用：如制做冷铸车轮，冷铸轧辊等。 从本世纪三十年代开始人们就研究发展马氏体白口铸铁，马氏体的显微硬度(Hv700~900) 就能抵抗石英磨料的磨损并且将高硬度的碳化物相抓牢，使其不易脱落，这在脖料冲刷速度 高时特别重要。时常白口铸铁用于制做厚重的抗磨件，如12时砂浆泵整厚80~110毫米，而 且泵的结构复杂又难于进行热处哩，这就要求材料在铸态具有马氏体组织并且淬透性要高， 如此国外就是使用镍铬钼做为马氏体白口铸铁的主要合金元素而发展了镍硬白口铸铁系列。 这就是第一代的高硬度白口铸铁(HR幻60~62)。热处理仅限于低温应力解除退火解除铸 造应力和消除残留奥氏体。镍硬白口铸铁用于制做球磨机衬板，泵件和磨辊等，使用寿命可以 是普通白口铸铁的几倍或十倍以上。镍在世界上几个主要工业国家都感到来源不足，因此直到 现在各国还在研究镍硬白口铸铁中以铜和锰代替镍的问题【】。另外镍硬白口铸铁中碳化物仍 然是M3C型和成为粗的聚集物（图4）。韧性就差(ak=0.35~0.45公斤·米/厘米2)。用 其制做大型球磨机的衬板或大的水泥渣块球磨机第一间的衬板，破裂磨损就十分严重。 随后美英等国先后研制成功低碳高铬白口铸铁(C,>13%),组织组成中的碳化物由 M3C型变为M,C,型。而（Cr、Fe),C3有三角形晶体结构，在组织中成为一个个孤立的紧 实的块就使高铬白口铸铁的韧性，抗弯强度和挠度显著提高(ak=0.8~0.9公斤·米/厘米2， obb=70公斤/毫米)。另外(Cr、Fe),C3的显微硬度(H,=1200~1800)比石英更高。这种 既硬且韧的白口铸铁可以被认为是第二代白口铸铁，就可以用于制做冲击破碎机钟头，颚式 破碎机机齿板等承受中高冲击负荷的抗磨件。 国外近来十分重视钒白口铸铁。试验表明VC在白口铸铁中成为孤立的球形，和基体组 织的内聚结合力强，而且还有很高的显微硬度(HV≈2800)。碳化物的显微硬度甚至超过 碳化物的数量对白口铸铁的抗瘠性起重要影啊。 通过变质处理改善白口铸铁的结品组织，特别是改变碳变物的结构形念，是高其强度 和韧性，最近随着白口铸铁的应用和发展受到普迪理视，因为其方法简供，效果巨大而又可 25

在 ， 韧 性低 。 这就必 然 降低 其抗磨 性 。 稀 土 在 钢 中具有反 对 硼 在 奥 氏体 晶介 内吸 附 和 提高钢 的韧性 的作用 工 。 白口 铸铁 的 抗磨性 不 是仅 仅 决定 于 高 硬 度 而且 决定 于 软基体 组织 的组成 。 除 了由于对材 料 的强度 和 韧 性 的影 响外 ， 后 者对 组 织 组成 物 之 间 的 内聚 强度 的影 响也 很重 要 。 荃体 组织 组成 滓 的显微硬度 都 比通 常的磨料石 英 砂 的显 微硬度 ， 低 ， 因而 会被 磨掉 ， 而在 工件表 而形成 凹 凸不 平 的磨损 表而 或一 道道磨 出 的 沟槽 图 。 碳 化物 虽然 抗磨 ， 但成 为 孤 立 的突 出的脆 性 相 扰极 易被磨 料冲击后 弯 曲拆断 或从 金属基 体 上剥 落 。 脱落 的高硬 度碳 化 物磨屑还可 以成为增 多 的磨粒对 工件进 行磨损 。 因此 基 体 组织 也需要具有一定 的最低 硬 度和 与碳 化物之 间有较 高的 内聚强 度 。 后 者 就 和 两种 组织组成物 的晶体结 构有关 。 总之 白 口 铸 铁 的抗磨 性决定于 其硬 度 ， 强度和韧性 的综 合性 能 指标 ， 而 与 其组织组成物 的结 构 ， 显微硬 度 ， 相 对数量 ， 分布及 聚 内强度有密切关 系 。 因此 合 金化和 变质 处理 的正 确 选 用 是 最经 济合理 地 提高其 抗磨性 的关 键 。 尸 三 、 国外 关于 白口 铸铁合金 化和 变质处 理 的研 究 改 变 白 口 铸 铁 的组 织 的段有效 的方 法 就是 合 金 化 ， 变质 处理 和热处理 。 采 用 各种 热 处理 制度 与材料的 合 老化有密 切 关 系 。 自 口 铸 铁 的发 展史 就是研究发展 白口 铸 铁 的 合 金化和 变质 处理 ， 用 最 简单 蛟经 济 的方 法获得 高硬 度和 高韧 性低 ， 提高其 抗磨性和 扩大 其应 用 范围 的历 史 。 普通 白 口 铸 铁 由于 韧 性 低 ， 最早 只 能在 冷硬 铸 件 中应 用 如 制做冷铸车轮 ， 冷铸轧辊等 。 从本 世纪三 十年代 开 始人们 就研究发 展 马 氏体 白 口 铸铁 ， 马 氏体 的显微硬 度 。 。 就 能抵 抗石 英磨 料的磨 损 并且将 商硬 度 的碳 化物相 抓牢 ， 使 其不 易脱落， 这 在磨料冲刷 速度 高 时特别 重要 。 时 常 白 口 铸 谈用 于 制做厚 重 的抗磨件 ， 如 时 砂浆 泵 壁厚 毫米 ， 而 且 泵 的结 构复杂 又 难于进 行热 处理 ， 这 扰要求 材料在 铸态具有马 氏体 组织 并且 淬透性 要 高 ， 如 此 国外 就 是 使用 镍铬钥做 为马 氏体 白 口 铸 铁 的主要 合 金元 素而发展 了镍硬 白 口 铸 铁 系列 。 这 就 是 第一 代的 高硬 度 白 口 铸 铁 。 热 处理仅 限于低 温 应 力解除 退 火解除铸 造应 力和 消除残 留奥氏体 。 镍硬 白口 铸 铁用 于 制做球磨机衬板 ， 泵件和磨 辊 等 ， 使 用寿命可 以 是 普通 白 口 铸 铁 的 几 倍 或十 倍 以 上 。 镍 在 世界 上几个主要 工业 国家都感到 来 源 不 足 ， 因 此直 到 现 在 各国还 在研究 镍 硬 白 口 铸 铁 中以 铜 和 锰代替 镍 的 问题 吕 。 另外镍硬 白 口 铸 铁 巾碳 化物仍 然是 。 型 和 成 为粗 的聚集物 图 。 韧性就差 、 。 公斤 · 米 厘 米 “ 。 用 其制做大型 球磨机 的衬 板 或大 的水 泥 渣块球磨机 第一 间 的衬板 ， 破裂磨损就 十分严 重 。 随后 美英等 国先后研 制成 功低碳 ，苍铬 白 口 铸 铁 ， ， 组 织 组成 中 的碳 化物 由 型 变为 型 。 而 、 有三 角形 晶体结 构 ， 在 组织 中成 为一 个个孤立 的紧 实 的块 就使 高铬 自 口 铸 铁 的韧 性 ， 抗弯强度和挠 度显著 提 高 ，、 公斤 · 米 厘 米 “ ， 。 公斤 毫 米 “ 。 另外 、 的显微 硬 度 ， 比石英 更 高 。 这种 既硬且 韧 的 白 口 铸 铁可 以 被认 为是 第二代 白 口 铸 铁 ， 就可 以 用 于 制做 冲击破 碎机 钟头 ， 预 式 破 碎机机 齿板 等承 受 中高冲击 负荷 的抗磨 件 。 国外近 来十分 重视 钒 白口 铸 铁 。 试 验表 明 在 白 口 铸 铁 中成 为孤立 的球形 ， 和 基 体组 织 的 内聚 结 合力强 ， 而且还 有 很 高 的显 微 硬 度 、 。 碳 化物 的显微 硬 度甚 至超 过 碳 化物 的数量 对 自 口 铸铁 的抗磨性 起爪要影 响 。 通 过 变质 处 理改 善 自 口 铸 铁 的结 晶 组织 ， 特 别 是 改 变碳 变物 的 结 构机形 态 ， 提 高其强度 和韧性 ， 最近 随着 自口 铸 铁 的应 用 和 发 展受到 普遍 重视 ， 囚为其方 法 简供 ， 效 呆 巨大 百又 可

以节约大量合金元素。 英国铸铁研究协会研究成功钴粉涂料和锌粉涂料变质处理白口铸铁使其枝晶组织细化 和消除发裂【]。高铬白口铸铁用硅变质处理可以使共晶团细化。苏联对铬锰白口铸铁9× 12Γ5用硼酸钙在铁水包内进行变质处理后，制做的抛丸机叶片具有比未变质处理的铸铁更 高的抗磨性【1)。日本人提出高铬白口铸铁用硼变质处理后可以使碳化物粒伏化【1)。苏联 研究表明铈变质白口铸铁可以影响其共晶结晶【12】而西德专利则提到白口铸铁用Bi,C及 /或Mg变质处理后可以获得具有板状碳化物的韧性白口铸铁【13】。 国外白口铸铁的合金化的大量研究工作集中在用镍铬和铬钼为主加合金元素，以及用大 量合金化改变M/C比及碳化物的结构。变质处理的研究刚刚开始。 四、钢院关于白口铸铁锰合金化的研究 我国一些科研单位研究推广应用高铬和高钨白口铸铁。两者仍是由于合金元素含量与含 碳量比值增高而获得非M,C型的孤立碳化物【1！。我们是要尽量立足于国内资源，采用锰、 硼、钒、钛等为合金元素提高淬透性获得马氏体，另外，采用变质处理的方法改变碳化物的 形状和分布。这就有利于抗磨白口铸铁的扩大和应用和创立我国自己的合金白口铸铁系列。 我们进行锰含量对白口铸铁的淬透性的影响的试验：1是在感应炉中熔化白口铸铁（含 C3.8~3.9%,Si0.8~0.9%,Mn0.60%),在取样后（湿砂型小试样）将剩余铁水的锰 含量陆续提高到2.0%以上直到7.5%，并且每提高0.5%M时取一个试样，对试样进行金 相检验及硬度和韧性的测定，得出结果如表1。 表1 不同锰含量的白口铸铁的组织和性能 配料锰含量 组织组成%（目测） 硬 度 韧。性 % RC 公斤米/厘米2 珠光体 菜氏体 马氏体+残 留奥氏体 0.6 40 60 48 2.0 40 60 52 0.33 2.5 45 55 52 0.31 3.0 少 量 53 0.31 3.5 少 量 53 0.35 4.0 40 60 少 量 54 0.37 4.5 少 量 56 0.26 5.0 少 量 56 0.31 5.5 较多量 55 0.31 6.0 较多量 56 0.28 6.5 较多量 52 0.27 7.0 较多量 57 0.27 7.5 较多量 56 0.25 随着锰含量增加，硬度稍有增加，韧性变化不明显。锰含量增加到3.0%时，组织组成 中出现马氏体，至5,5%时量更多，硬度增加而韧性下降。 以后分别熔炼不同锰含量（4.0~7.0%)的低硅白口铸铁，取样检验后得出结果如表 26

以节约大量 合金元 素 。 英 国铸铁研究 协会研究成 功钻 粉 涂料和锌 粉 涂料变质 处理 白口 铸铁使 其枝 晶 组织 细化 和 消除发裂 “ 。 高铬 白 口 铸 铁用 硅 变质处理可 以 使共晶 团 细化 。 苏联对铬锰 白 口 铸铁 用硼 酸钙 在铁水 包 内进 行 变质处理后 ， 制做 的抛 丸 机叶片具有比未变质处理 的 铸铁 更 高 的抗磨性 〔 ‘ 。 。 日本人提出高铬 白 口 铸 铁用硼 变质 处理后可 以 使碳 化物粒状 化 ” 。 苏联 研 究 表 明饰 变质 白 口 铸铁可 以 影 响 其共晶结 晶 ’ 乞 而西德 专利则 提到 白 口 铸铁用 ， 及 或 变质 处理后 可 以 获得具有板状碳 化物的韧 性 白 口 铸铁 ‘ “ 〕 。 国外 白口 铸铁 的合 金化 的大 量研究 工作集中在 用镍铬和铬铝 为主加 合金 元素 ， 以 及用大 量合金 化改变 比及碳 化物的结构 。 变质处理 的研究 刚刚开 始 。 四 、 钢院关于 白 口 铸铁锰合 金 化的研 究 我 国一些 科研单位研究推广应用 高铬和 高钨 白 口 铸铁 。 两者仍是 由于合 金元 素 含量 与 含 碳 量 比值增 高而 获得非 型 的孤立碳 化物 汇“ 。 我们 是要 尽 量立 足于 国内资源 ， 采用 锰 、 硼 、 钒 、 钦等为合金 元 素提高 淬透性获得 马 氏体 ， 另外 ， 采用 变质处理 的方 法改 变碳 化物 的 形状 和 分布 。 这 就有利于 抗磨 白 口 铸铁 的扩大 和应用 和 创立 我 国 自己的合金 白 口 铸铁 系列 。 我们进 行锰 含量对 白 口 铸铁 的淬透性 的影 响 的试 验 汇“ 是在感应 炉 中熔 化 白 口 铸铁 含 ， ， ， 在取 样后 湿 砂型 小试 样 将剩 余 铁水 的锰 含量陆 续提高到 以 上直 到 ， 并且每提高 时取一个试 样 ， 对试 样进 行金 相 检验及硬 度和韧 性 的测定 ， 得出结果 如 表 。 表 不同锰 含量 的 白 口 铸铁 的组织 和 性能 配料锰 含量 组织 组成 目测 珠 光 体 莱 氏 体 马 氏体 残 留奥 氏体 硬 度 韧 性 公斤 米 厘 米 “ 量 多 少较 随着 锰 含量增加 ， 硬度 稍有增加 ， 韧 性变化不 明显 。 锰 含量 增加 到 ， 。 时 ， 组 织 组成 中出现 马 氏体 ， 至 时量 更多 ， 硬 度 增加而韧 性下 降 。 以后分别 熔炼不 同 锰 含 量 的低 硅 白 口 铸 铁 ， 取 样检 验后 得 出结果 如 表

2,同样证明上述结论。 表2 锰含量4.0~7.0%的白口铸铁的组织性能 化验成分 % 组织组成% 硬度 图 C Si Mn 珠光体 HRC 莱氏体 马氏体 (3.53.6) (0.7~0.8) (4.0～5.0) 40 60 49~50 (3.53.6) (0.70.8) (5.0) 40 60 少量 54~59 3.65 0.52 (5.5) 45 55 少量 57~58 3.29 0.96 (6.0) 50 50 少量 51~52 5a (3.8) (0.91) (6.3) 15 75 较多 56~59 5b (3.8) (0.91) (6.8) 较多 55~58 5c 注：()内为配料成分。 因为在机械厂铸铁车间冲天炉中熔炼时，硅含量不能配得过低，否则影响回炉使用，因 此又进行了稍高硅含量（5.0~5.5%) 白口铸铁具有一定的硬度，(HRC55~58)仍可用于抵抗磨料磨损。其韧性则可由稀土变 质处理，细化结晶组织而进一步提高。稀土还可以提高淬透性和起到反万墨化作用。我们对 C3.06%,Si0.82%和M7.0%的白口铸铁用包头1稀土合金进行变质处理，得出结果见 表4。稀土残留置不宜过高，以<0.1%为宜，否则稀土夹杂物反而对韧性不利。 表4 稀土变质处理锰白口铸铁的效应 组织组成% 状 态 硬度 抗弯强度 莱氏体 马氏体 碳化物 HRC 公斤/毫来” 原铁水 100 62 24.4 1Re1.4%变质 30 40 30 62 32.0 27

， 同样证 明上述结论 。 表 锰含量 。 的 白 口 铸 铁 的组 织性能 化 验 成 分 组 织 组 成 珠光体 莱 氏体 马 氏体 。 少 量 … 少 量 少 量 少 量 较 多 较 多 一了、 ︸一任 注 内为 配 料成分 。 因为在机械厂铸 铁 车间冲天 炉 中熔 炼时 ， 硅 含量不能 配得过低 ， 否 则影 响 回炉使 用 ， 因 此 又进 行 了稍 高硅 含量 的锰 白 口 铸 铁 的熔 炼和 检验 ， 得 出结果 见 表 。 表 稍 高硅 含量 的 中锰 白 口 铸铁 的组织 和性能 。 化 验 成 分 组 织 组 成 。 ， 二 又 … 戈 刃 。 、 ， 、 体 ， ， 、 离异 碳 ’ 囚 一 …一里一 一竺 一 坠划势竺 一 － 一 一 一拱一一 二里兰匕鱼竺二一一 一匕竺一匕竺 止竺丝色上一一上一一 二崖少 巨竺一片十上 一 碳 含量 高 ， 特别 是硅 含量高对于 中锰 白 口 铸铁 获得马 氏体 进 不 利 乙。 全二 只是 依 靠锰 合金 化获得 铸态 马 氏体 白 口 铸铁 比较 困难 ， 然而 中锰 白口 铸 铁具有一 定 的 硬度 ， 一 仍可 用 于抵 抗磨料磨损 。 其韧 性 则可 由稀 土 变 质处理 ， 细 化结 晶组织 而进 一 步 提高 。 稀土还可 以 提高淬透性和 起到反石墨 化作用 。 我 们对 ， 和 的 白 口 铸铁用 包头丸 稀土 合 金进 行 变 质处理 ， 得 出结 果见 表 。 稀土残留量不 宜过高 ， 以 为宜 ， 否 则稀土夹 杂物反而对韧 性不利 。 表 稀 土变质处理锰 白 口 铸 铁 的效应 一… 组 织 组 成 莱 氏体 马 氏体 碳 化物 硬 度 抗弯 强度 “ 公斤 毫 米 “ 原 铁 水 ，一 变质

稀土锰白口铸铁(C3.8~3.9%,Si0.6~0.8%和M5.5~6.0%),铸状硬度HRC~ 60,韧性0.35~0.4公斤·米/厘米2,00。~30公斤/毫米2可以用于一般磨料冲刷磨损件，如 砂泵，杂质泵和衬板等，生产工艺简单且成本低。 为提高锰白口铸铁的淬透性，我们采用多种合金元素加入微量的方案。因为是用于生产 首钢迁安铁矿排送尾砂砂浆的泵体，我们决定试验锰铬钼铜白口铸铁，铬可以提高抗腐性而 制和钼可以提高韧性【11。试验比较了不同锰含量对此合金白口铸铁（配料成分C3.5%, Si2.0%,Cr0.45%,Mo0.55%和Cu0.50%并经包头#4稀土镁合金变质处理)的组织和 性能的影响，见表5。 表5 锰含量对铜铬钼白口铸铁组织和性能的影响 含量% 组织组成% 硬度 配 料 HRC 备 注 屈氏体+奥氏体 碳化物 4.0 70~80 30~20 45 4.5 50 少量马氏体 5.0 4L48 15~10%马氏体 用4.5%M·的铜铬钼白口铸铁在首钢机械厂开始试生产砂浆泵体，并且不断调整成分， 改善组织提高性能，最终确定采用成分为C3.5~3.7%,Si1.3~1.8%Mn5.5~6.5%, Cr0.3~0.5%,Mo0.5~0.6%和Cu0.31.0%,用稀士镁合金1.5%进行变质处理试生产 泵体，试样硬度HRC54~60,σb>30公斤/毫米2，生产出的泵体寿命是过去巾锰球铁泵 体的一倍，达一月有余。已在该厂投产。 但依此成分配制的锰铜铬钼白口铸铁，在厚80~110毫米厚重的泵体上，硬度只有HRC 45~50基体组织以屈氏体为主（图7）。为提高其抗磨性，应进一步提高其淬透性，降低硅 和锰含量及提高铬、铝和铜的含量，稀土锰钼铬白口铸铁仍不失为有价值的抗磨材料。 五、关于白口铸铁硼合金化的研究 硼是我国的富有元素，在钢中强烈提高其谇透性。硼加入白口铸铁中根据118！也可以提 提高其淬透性和起变质作用。我们是在普通白口铸铁中以及中锰和镍铬两种合金白口铸铁中 试验研究硼合金化的效应。 关于硼在普通白口铸铁中的作用的研究，试验是在两种不同含碳量的白口铸铁中在铁水 包中分别加入不同硼量(0.0~0.4%)得出结果见表6。低碳组的配料成分是C2.87%, Si0.56%和Mn0.43%而高碳组配料成分是C3.26%,Si0.64%和Mn0.63%。 硒白口铸铁的组织组成均为珠光体+莱氏体+碳化物，但随着硼含量的增加组织组成中 碳化物的数量增加而且显微硬度增加（图8），内此1口铸铁的整体硬度也随着增加，们抗 弯强度和挠度都降低。硼含量对珠光体显微硬度的花响明]业。在两种不同含碳量的'1口铸 铁中硼的彩响都相同。只是高碳白口铸铁的碳化物数量更多，硬度更高而抗弯强度更低。 28

稀土 锰 白 口 铸铁 ， 和 ， 铸 状硬 度 ， 韧性 公斤 · 米 厘 米 “ ， 。 。 公斤 毫米 可 以 用 于一般磨料冲刷磨 损件 ， 如 砂泵 ， 杂质泵 和衬板 等 ， 生 产 工 艺 简单且 成 本低 。 为提高锰 白 口 铸 铁的 淬透 性 ， 我 们 采用多种 合 金元素加 入 微 量 的方 案 。 因为是 用于 生产 首 钢迁安 铁矿排送 尾 砂砂浆 的 泵体 ， 我们 决定试 验锰 铬铂 铜 白口 铸 铁 ， 铬可 以 提高抗腐性而 铜 和铂可 以 提高韧 性 〔 ’ 。 试 验 比 较 了不 同锰 含 量对此 合金 白 口 铸 铁 配料成 分 ， ， ， 和 并 经 包头八稀土 镁 合 金变质 处理 的组织 和 性能 的影 响 ， 见 表 。 表 锰 含量 对 铜 铬钥 白 口 铸 铁组织 和性能 的 影 响 组 织 组 成 备 注 屈 氏体 奥 氏体 碳 化 物 锰配 含量料 硬 度 少 量马 氏体 乙 吐 · 一 。 马 氏体 用 的铜 铬钥 白 口 铸 铁在首钢 机械厂开 始试 生产 砂浆 泵体一， 并且 不一断 调 整一成分 ， 改善组织 提高性 能 ， 最 终确 定 采 用 成 分为 ， 一 ， 。 ， 。 和 ， 用 稀土 镁合 金 进 行 变质 处理 试 生产 泵体 ， 试 样硬度 ， 。 公斤 毫米 ， 生产 出的泵 体寿 命是 过 去 中锰球 铁泵 体 的一 倍 ， 达一 月有余 。 已在该 厂 投产 。 但依 此 成 分 配 制 的锰铜 铬钥 白口 铸 铁 ， 在厚 毫米厚 重 的泵体 上 ， 硬度 只 有 基 体组 织 以 屈 氏体 为主 图 。 为提高其 抗磨性 ， 应 进一 步提 高 其淬透性 ， 降低 硅 和锰 含量 及提 高铬 、 钥 和铜 的 含量 ， 稀 土 锰 铝铬 白口 铸 铁仍 不 失 为有价值 的抗磨材料 。 五 、 关 于 白 口 铸铁 合 金化 的研 究 硼 是我 国的富 有元 素 ， 在钢 中强烈 提高其 淬透性 。 硼加 入 白 口 铸铁 中根 据 ’ 也可 以提 提高 其淬透性 和 起变质作用 。 我 们是在普通 白 口 铸 铁 中以 及 中锰 和 镍铬两种 合金 白 口 铸铁 中 试 验研究硼 合金 化 的效应 。 关于硼 在 普通 白 口 铸 铁 中的作用 的研究 ， 试 验 是在 两 种 不 同含碳 量 的 白口 铸铁 中在 铁水 包 中分别加入 不 同硼 量 。 一 得 出结果见 表 。 低 碳组 的 配料 成 分是 ， 和 而高碳 组 配料成分 是 ， 和 。 硼 自 口 铸 铁 的 组织 组成 均为珠光 体 莱 氏体 十 碳 化物 ， 但 随着硼 含量 的增加 组织 组成 中 碳化物 的数 量增加 而且 显微硬 度 增加 图 ， 因此 自口 铸 铁 的 整体 硬度 也 随着增加 ， 但 抗 夸强度和 挠 度 都降低 。 硼 含量 对珠 光体 显微硬 度 的形 响 倒犷显 。 在 两种 不 同 含碳 量 的 ‘ 口 铸 铁 中硼 的影 响都相 同 。 只 是高 碳 自 口 铸 铁 的碳化物数 量更多 ， 硬 度 更高而 抗弯强度 更低 。 了

表6 不同硼含量的白口铸铁的组织和性能 化验成分% 碳化物 组织组成物显微 硬 抗弯强度 挠 相对 加 数量% 硬度HV 度 公斤/毫米 度， 韧性 量 (测定) 碳化物 珠光体 HRC Obt f O kx X f 0 3.300.400.49 0 37.93 892.3 232 44.2 47.1 2 94.2 低 0.13.120.40 0.15 40.09 860.3 227.7 42.9 40.9 1.5 61.4 碳 0.23.020.54 0.3140.24 946 245.8 43.3 37 1.0 37 0.33.12 0.33 43.08 946.3 386.3 45.9 32.4 1.03 33.3 组 0.43.02 0.54 45.04 1049.4 450.5 49.8 28.4 0.95 27.0 03.560.470.48 0 42.40 868 386.5 43.6 41.3 1.37 56.6 高 0.13.440.42 0.14 44.68 867.3 464.3 47.7 33.2 1.1 36.5 碳 0.23.54 0.520.30 48.60 923.2 420.4 47 8 26.0 0.93 24.2 0.33.46 0.40 50.35 1004.8 379.6 53.6 23.】 0.57 13.2 组 0.43.40 0.55 53.34 1026.1 312.8 56.0 23.8 0.53 12.6 硼白口铸铁的中子活化自射线显微照相（α粒 子径迹照相)显示出硼是富集在碳化物相中，形成 1050 Fes(C、B)(图9)它的晶体结构虽然与Fe3C 1000 相同但更大原子直径的硼置换了小原子直径的碳则 高碳 导碳化物的晶格歪扭和使其具有更高的显微硬度。 在亚共晶锰(Mn5.5~6.5%)白口铸铁巾加 900 低碳 入0.05~0.3%B,使组织组成中马氏休数量增加， 硬度捉高（见表7及图10和11)，另外加硼可以将 锰口铸铁的明显的初生奥氏体树枝形分布变为混 800 0.1 0.2 0.3 0.4 乱分布。何残留啊量>0.3%时，1口铸铁的韧性 显著降低。 R96 对锰硼1口铸铁再进í行稀十变质处理及稀十：硼 图8碳化物的显微硬度与硼 过介变质处理，还可以使马氏休量增加，残留突氏 含量的关系 体量减少硬度增加。 从表8可见锰在6%左时对硬度彩响不火，含量对抗弯强度的彩响大于残留稀下： 量。 在首荆机械厂试铸三个砂泵体，配料成分为C3.5~3.8%,Si<1.5%,Mn5.5~6.0%。 炳个在炉行加硼0.4%，炉前用#1稀于个金1.2%和硼0.1%处理，浇注48小时后开箱时即裂 了。第：个在炉后加硼0.2%，炉前用同上处理，开箱后铸件表面微细裂纹。以后将炉后加硼 量减为0.1%，炉前用稀土和0.05%硼变质处理并改进型芯的退让性，铸出完好成品，使用 寿命和Mn Cu Cr Mo白口铸铁泵相近，们硬度约HRC55,抗弯强度20公斤/毫米2都不 29

表 不 同硼 合最 的 白 口 铸 铁 的 组织 和性能 …酬 一 黔……到黔黔龚…墨… ‘翼 二 布二主业卫甘燮巨竺兰兰下全竺山兰 甘 生生止布匕已竺生 ‘一 吧测叼 一…嘿竺旦几 一 一二 上…坐共里 … 一 里兰一 …少七 ’ 叫组 。 里‘ 二竺一 一 阵竺旱哗竺产生生仁燮二尸圳里三匕 掣 建竺牛 … ’ ‘ 。 ’ ‘ … 。 ’ ‘ “ … ’ 」 · … 州 。 ’ “ ‘ 兰 · · … … ， · “ ‘ · ‘ …“ ‘ · ” · ” … “ · ” ” · ‘ · “ 硼 白 口 铸 铁 的 中子 活化 自射线 显微照 相 粒 子径 迹 照 相 显示 出硼 是富 集在碳 化物 相 中 ， 形 成 、 图 它 的晶 体 结 构 虽然与 相 同但 更 大原 子直 径 的硼 置 换 了小 原 子直径 的碳 则 导碳 化 物 的 晶 格 歪 扭 和使 其具有更 高 的显微硬 度 。 在亚共 晶 锰 白 口 铸 铁 中加 入 ， 使 组 织 组 成 中马 氏休数量 增加 ， 硬 度提高 见 表 及 图 和 ， 另外加 硼可 以 将 锰 自 口 铸 铁 的 明显 的 初 生 奥氏体 树 枝形 分 布变为 混 乱 分 布 。 但 残 留硼 吸 。 时 ， 自 口 铸 铁 的韧性 显著 降低 。 对锰硼 自 口 铸铁再进 全稀 上变质 处 理 及稀 仁硼 艾合 变质 处理 ， 还可 以 使 马 氏体 最哟 加 ， 残 留 奥氏 体 最减 少和 硬 度 增加 。 高碳 低碳 八以 八︸﹄ 侧澎妊浑叫习遇 图 碳 化 物 的显微 硬 度 与硼 含量 的 关 系 从 人 ，可见锰 在 左 丫’时 对 硬 度彩 响 不 段 ， 硼 介最 对 抗弯强 度 的 影 响 大 于残 留稀 卜 量 。 在 首纲 机械厂 试铸 二个砂泵体 ， 配 料成 分 为 ， ， 。 两个在 炉 行加 硼 ， 炉前用肖 稀 上合 金 和 硼 处 理 ， 浇 注 小 时 后 开 箱时 即裂 一 。 第 二个 在 炉后加 硼 ， 炉前用 同 上处 理 ， 开 箱后 铸 件表 而 微细 裂 纹 。 以 后 将炉后加 硼 量减为 ， 炉 前用 稀 土和 硼 变质 处 理 并改 进 型 芯 的退 让性 ， 铸出完好 成 品 ， 使用 寿命和 自 口 铸铁 泵相 近 ， 但 硬 度约 ， 抗弯强度 公斤 毫 米 艺都不

够理想，碳硅含量尚需进一步调整。 一般稀土锰硼白口铸铁都允许<500℃的回火热处理，硬度不仅不会降低而且铸造应力 解除后，抗磨性还可增加。 为提高镍铬铸铁轧辊寿命，我们试验加入不同硼量。铸铁成分是C3.2~3.5%,Si0.63 ~0.75%,Mn0.40~0.70%,Cr1.5~1.7%,Ni4.0~4.5%和Mo0.3~0.5%。捡测结果 列于表7。 从表可见硬度是在硼加入量0.1%~0.125%时明显增加，碳化物的显微硬度和数量随着 硼含量增加而逐渐增加，韧性则相反。 六、关于白口铸铁变质处理的研究 改变白口铸铁中碳化物的形态和分布，使其强韧化和抗磨性提高受到国内外普遍重视。 采取的措施有等温淬火热处理，高温锻造和变质处理。最后一种方法简便经济，在我国生产 各种白口铸铁时都已得到应用。而使用的变质有硼、钒、钛、铌、稀土和铝，或则单独加入 或则综合加入，都取得一定效果，然而缺乏从理论上深入总结。 表7 不同硼含量的Ni-Cr铸铁的性能 硼加入量% 0 0.075 0.10 0.125 0.15 0.20 硬度HRC 61 59.1 60.5 64.2 61.8 61.1 碳化物显微硬度HV 1132 1168 1172 1214 1262 1282 碳化物面积% 43.65 51.93 58.98 韧性公斤·米/厘米2 0.58 0.55 0.5 0.52 0.51 0.44 我们用硼变质处理白口铸铁，无论是对于高碳或低碳白口铸铁，均可以使莱氏体组织细 化（图13）。另外我们在含C4.40%,Si1.29%,Mn0.94%,B0.117%的白口铸铁组织中 得到块状碳化物（图14）。 我们进行了用混合稀土和包钢1稀土合金对亚共晶白口铸铁变质处理的试验，发现加入 适量的稀土合金时可以细化初生奥氏体和使共晶碳化物的形状从连续网状趋于变为不连续的 板状（图16、15）。虽然稀土变质处理白口铸铁的整体硬度无明显变化，但冲击韧性可以提 高30~80%。 稀土和硼变质处理白口铸铁有可能改善其组织性能，但需要进行更多的试验研究。我们 的试验工作在继续进行中。 结束语 白口铸铁目前已发展为一种十分重要的抵抗磨料磨损的材料。尤其是高铬白口铸铁有孤 立的块状分布的高显微硬度的(Fe、Cr),C3型碳化物，既有高硬度又有一定的韧性，应用 范围更扩大到一些过去只能使用高锰钢的磨粒冲击磨损的条件并取得较好的效果。高铬白口 铸铁是依靠高的C/C含量比，使碳化物的结构不是M:C型并具有高显微硬度。 我们则试验研究立足国内资源，以锰硼为主要合金元素而加入铬钼铜等多种合金元素的 低含量在白口铸铁获得高淬透性和厚重件铸态下获得较高的淬硬深度及抗磨性。 30

够理想 ， 碳 硅 含量 尚需进 一步调 整 。 一般稀土 锰硼 白 口 铸铁都允 许 ℃ 的 回火热处理 ， 硬 度不仅不会降低 而且铸造应 力 解除后 ， 抗磨 性还可 增加 。 为提高镍铬铸 铁轧辊寿命 ， 我们试 验加入 不 同硼 量 。 铸铁成 分是 ， ， 一 ， ， 一 和 。 检测 结果 列 于表 。 从表可见 硬 度是在硼加 入 量 时 明显增加 ， 碳 化物的 显微硬 度和数 量 随着 硼 含量增加 而逐 渐增加 ， 韧性则 相反 。 六 、 关于 白 口 铸铁 变质 处 理 的研 究 改 变 白 口 铸铁 中碳 化物 的形 态和 分布 ， 使 其 强韧 化和 抗磨性提高受到 国内外普遍 重视 。 采取 的措施有等温 淬火热 处理 ， 高温锻造和 变质处理 。 最后 一种 方 法 简便经 济 ， 在我 国生产 各种 白 口 铸铁 时都 已得到应 用 。 而使用 的变质有硼 、 钒 、 钦 、 泥 、 稀 土和 铝 ， 或则单独加入 或则综合加 入 ， 都取得一 定效果 ， 然而缺乏 从理论 上深入 总结 。 表 硼 加 入 量 。 不 同硼 含量 的 一 铸铁 的性 能 ‘ … · ‘ 。 · · · · 碳化物 显薇硅爱面丽 几牙 一 卜而 一 一 而‘ … · … · 。 … · 。 … 韧性公斤 · 米 厘 米 。 · 。 · … 。 · 。 · 。 · ‘ 。 · “ 我 们用 硼 变质处理 白 口 铸铁 ， 无 论是对于 高碳 或低碳 白 口 铸 铁 ， 均可 以 使莱 氏体组织细 化 图 。 另外我 们在 含 ， ， ， 一 的 白口 铸铁组织 中 得到块状 碳 化物 图 。 我们进行 了用 混合稀 土和 包钢八 稀土合金 对亚共晶 白口 铸 铁变质 处理 的试 验 ， 发 现加 入 适量 的稀 土合金 时可 以 细 化 初生奥 氏体和使共晶碳 化物 的形状 从连续 网状趋于 变为不 连 续 的 板状 图 、 。 虽然 稀土 变质处理 白口 铸铁 的整体硬 度无 明显变化 ， 但 冲击韧 性可 以 提 高 。 稀 土和 硼 变质处 理 白 口 铸 铁有可 能改善其组织性 能 ， 但 需要进 行更多的 试验研究 。 我们 的试 验 工作在继 续进 行 中 。 犷 结 束 语 白口 铸铁 目前已发展 为一种 十分 重要 的抵 抗磨 料磨 损 的材料 。 尤其是 高铬 白口 铸 铁有孤 立 的块状分 布 的高显微硬 度 的 、 ， 型 碳 化物 ， 既有 高硬 度又有一定 的韧性 ， 应 用 范 围更 扩大到一 些 过 去只 能使用 高锰钢 的磨粒 冲击磨损 的 条件 并取得 较好 的效果 。 高铬 白 口 铸铁是 依靠 高 的 含量 比 ， 使 碳 化物 的结构不是 型 并具有 高显微硬 度 。 我 们则试 验研究立 足 国内 资源 ， 以 锰硼 为主要 合金元 素而加 入铬 钥铜 等多种合金 元 素 的 低 含量在 白 口 铸铁获得高淬透性和厚重件铸态下 获得较高的淬硬 深度及 抗磨性

通过试验得到的初步结果是硼及铬钼铜加入锰白口铸铁内均能提高其淬透性，从而锰含 量不需要如同在纯锰白口铸铁中获得马氏体时所需达到的数量（4~4.5%)可以以获得马 氏体白口铸铁。 中锰白口铸铁，镍铬白口铸铁及铬铝白口铸铁在加入硼以后，碳化物的显微硬度都可以 提高到HV1100以上，即达到一般石英磨料的硬度同时碳化物的数量增大。但硼的加入使白 口铸铁的抗弯强度和挠度降低。稀土可以抵制硼的不利作用。 稀土变质处理中锰白口铸铁和镍铬白口铸铁都能显示出改变碳化物的形态和分布，提高 其韧性的效应，虽然大大提高其韧性从而获得韧性白口铸铁还需做更多的试验研究工作，但 此研究成果无论对共晶结晶理论的发展以及实际应用都有很大价值。如此稀土锰硼白口铸铁 就有可能发展为一种与高铬白口铸铁性能相近的抗磨材料。 今天影响轧辊寿命的重要因素是磨损。硼提高碳化物的显微硬度。稀士改变碳化物的分 布，使其抵抗裂纹扩展的能力增大，都将对无论是Cr-Mo冷硬铸铁轧辊及Ni-Cr复合轧辊 的抗磨性起到有利的作用。 参考文献 (1)"Internatioal Applications of Abrasion Resistaut Materials" Cli max Mo.Co Casting Engineering v o1.6 N0.3 PP.19-36 1974. (2)Tap6ep,M.E.OTnBKn n3 Bex M3RocToaknx YuryHoB 1972. 〔3〕《一机冶金系统球磨机衬板联合攻关试验技术总结》1978. 〔4)沈阳重型机械厂《马氏体冷硬球墨铸铁衬板》 〔5〕王兆昌《金属的磨损和耐磨性》钢院1979. 〔6)《在磨料磨损条件下耐磨白口铸法的选用》《北京机械工程学会年会论文集》 1979. 〔7)金属物理教研组稀土与硼在低合金铸钢中的作用的机理的研究北京钢院1978. (8)An Investigation of the effects of alloying Elements in White Cast Iron《Trans AFS I974P.65》 〔9)《British Foundry man》1971V.64June. (10)6o6po IO.T.JIenuponaHHue y3yHB. (11)高铬白口铸铁凝固组织的改良《铸物》1972V.44N.4P.798 〔12)《JInranHooeΠpoa3 BOaTCnB》1974T.N.TC.29. 〔13)西德专利Aus1 egesshrift15082203 oktober1974. 〔14)铸造研究所“钨系白口铸铁中钨的碳化物”《铸工》1978.恤.2. 〔15)王兆昌等三人“稀土锰硼耐磨白口铸铁的组织和性能”北京钢院1980年10月. 〔16)首钢机械厂北京钢院“锰铜铬钼合金白口铸铁砂泵体”北京钢院1978年7月. 〔17)王兆昌等九人“镍铬无限冷硬铸铁的硼合金化研究”北京钢院1980年10月， 〔18)JΠreAHoeΠpoH3 BOaCTB0》1971T,M.6.C.24, 31

通 过试 验得到 的初步 结果 是 硼 及铬 钥铜加 入 锰 白口 铸 铁 内均能提 高其淬透性 ， 从而锰 含 量 不 需要如 同在纯锰 白口 铸 铁 中获得 马 氏体 时所 需达 到 的数 量 即可 以 以 获得 马 氏体 白 口 铸铁 。 中锰 白 口 铸 铁 ， 镍 铬 白 口 铸 铁 及铬 铂 白口 铸 铁在加 入 硼 以 后 ， 碳 化物 的显微硬 度都可 以 提 高到 以 上 ， 即达到一般石英磨 料 的硬 度同 时碳 化物 的数 量 增大 。 但 硼 的加入使 白 口 铸铁 的抗弯强度 和挠度降低 。 稀 土可 以抵 制硼 的不利作用 。 稀 土变质处理 中锰 白 口 铸 铁 和镍 铬 白 口 铸 铁都 能显示 出改变碳 化物 的形 态和分 布 ， 提 高 其韧性 的效应 ， 虽 然大大提 高其韧性 从而 获得 韧性 白 口 铸 铁还 需做更 多的试 验研究 工作 ， 但 此研究成来无论对共晶结 晶理论 的发 展 以 及实际应 用 都有很大价值 。 如 此 稀 土 锰硼 白 口 铸 铁 就 有可 能发展 为一种 与高铬 白口 铸 铁性 能相 近 的抗磨材料 。 今天影 响轧辊寿命的重要 因素是 磨 损 。 硼 提 高碳 化物 的显微硬度 。 稀 土 改变碳 化物的分 布 ， 使 其抵 抗裂 纹扩 展 的 能力增大 ， 都将对无 论是 卜 。 冷硬 铸 铁轧 辊 及 一 复合 轧 辊 的抗磨性 起到有利 的作用 。 〔 〕 参 考 文 献 ， 》 取 一 ， 几 双 月 叹 任 《 一 机冶金 系统球磨机衬板 联 合攻关试 验技术 总结 》 沈 阳 重型 机械厂 《 马 氏体冷硬 球墨铸铁衬板 》 王 兆 昌 《 金 属 的磨 损和耐磨 性 》 钢 院 《 在磨 料磨 损 条件下 耐磨 白 口 铸 法 的选 用 》 北京 机械 工程 学 会年会 论文 集 》 金 属物 理教研 组 稀土 与硼 在低 合金 铸钢 中的作 用 的机 理 的研究 北京钢 院 《 》 《 》 幻 月 几双 曰 耳 高铬 白口 铸 铁凝 固组织 的改 良 《 铸物 》 《 几 幻 》 西德 专利 铸造研究所 “ 钨 系 白 口 铸 铁 中钨 的碳 化物 ” 《 铸工 》 地 王 兆 昌等三 人 “ 稀土锰硼 耐磨 白 口 铸 铁 的组织 和性 能” 北京钢 院 年 月 首钢 机械厂 北京钢院 “ 锰铜 铬 锢合 金 白 口 铸 铁 砂 泵体 ” 北 京 钢 院 年 月 王 兆 昌等九人 “ 镍 铬无 限冷硬 铸铁 的硼 合金 化研 究 ” 北京钢 院 年 月 ， 几 ” 》 ， ， ‘沪‘沪‘户 沪、产，气护 、 ， 产‘、产气尹、 ‘沪、护卫 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕

“抗磨白口铸铁的合金化和变质处理”的研究 图版 图1白口铸铁中裂纹沿碳化物扩展 (a)连续网状 (b)弧立块状 图2白口铸铁中两种不同的碳化物分布和形态 4 图3犁沟磨损表面的电镜照相 图4镍硬1号白口铸铁 219

卜