抗磨合金铸铁详细介绍-先进抗磨材料

第3章　抗磨合金铸铁

根据铸铁中高碳相的存在形态，工程上将传统的抗磨铸铁分为抗磨白口铸铁和抗磨球墨铸铁两大类。根据抗磨白口铸铁中主要合金元素的种类与添加量的多少，又可将其分为普通白口铸铁、镍硬铸铁和铬系白口铸铁等。抗磨球墨铸铁则主要指马氏体球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁和中锰球墨铸铁。本节将分别介绍上述各种抗磨铸铁的成分、组织、性能、抗磨性及应用。

3.1　普通白口铸铁

我国很早以前就以普通白口铸铁制成抗磨性能良好的白口铸铁犁铧。直到目前仍广泛地应用普通白口铸铁作为一般的抗磨零件，如面粉机磨辊、球磨机磨段和清理设备中的铁丸及星铁等。

普通白口铸铁的化学成分具有高碳低硅的特点。增加含碳量，将增加白口铁的硬度，低碳白口铸铁（碳的质量分数约2.5%）的硬度约为375HBS，而含碳量（碳的质量分数在3.5%以上）高时，其硬度将增至600HBW。但提高含碳量将使脆性增加，并使铸件凝固时易形成石墨，特别在含硅量高时更明显，故高碳白口铸铁必需低硅。一般普通白口铸铁中碳的质量分数为2.2%～3.6%。硅是影响白口铸铁共晶含碳量的主要因素，增加含硅量将降低共晶含碳量，并促使形成石墨，一般普通白口铸铁中硅的质量分数小于1%。锰主要作用是获得细化的珠光体，还有抑制石墨析出的作用，但过多的锰会促使形成残余奥氏体。所以普通白口铸铁中可控制锰的质量分数小于1%。

普通白口铸铁的抗磨性可从其组织和硬度来推断。普通白口铸铁中，不含合金的珠光体显微硬度为250～320HV，而含合金的珠光体显微硬度为300～460HV；不含合金的渗碳体硬度为900～1000HV，而含合金的渗碳体硬度为1000 ～1300HV。地球上蕴藏含量最多的石英硬度为1200HV左右，与合金渗碳体的硬度相当，故普通白口铸铁的抗磨性不是很好。但因其价格低廉，生产简便，目前还应用在某些工况。

面粉机轧辊服役时，不仅承受混入麦子的杂物诸如碎石、砂粒等的磨料磨损，还承受一定的冲击载荷，故要求轧辊具有高的抗磨性、硬度和一定的冲击韧度。此外，在轧辊的制造和使用过程中，还要对轧辊进行多次切削加工，因此硬度又不能太高。洛氏硬度HRC＝49～54，冲击韧度αk＝4.0J/cm2（20×20×110mm无缺口试样）的材料是合适的。一般用低合金白口铸铁来制造，其化学成分（质量分数）为：C　3.2%～3.5%，Si　0.7%～1.0%，Mn　0.5%～0.8%，S＜0.03%，P＜0.15%，Ni　0.9%～1.1%，Cr　0.4%～0.6%，Mo　0.1%～0.3%。其组织为：渗碳体型共晶碳化物（显微硬度HV1150～1200）＋珠光体（显微硬度HV440～450）＋少量索氏体（显微硬度HV535～540）。在磨料磨损试验机上用硬度较低的玻璃砂作磨料，用ZG35作标样，测定这种白口铸铁的抗磨性，其结果如表3-1所示。由表可见，该成分白口铸铁的硬度和冲击韧性值均满足轧辊的要求，且抗磨性远比ZG35要好。

普通白口铸铁的化学成分、组织和应用见表3-2。

表3-1　面粉轧辊用铸态白口铸铁力学性能和相对抗磨性

表3-2　普通白口铸铁的成分和组织

注：①用于砂性土壤的犁铧

3.2　镍硬铸铁

镍硬铸铁是含镍、铬的白口铸铁，国际上通常称Ni-Hard，按含铬量可分为wCr＝2%和wCr＝9%两类。在wCr＝2%的镍硬铸铁中，碳化物为（Fe，Cr）3C，硬度为1100～1150HV，高于普通碳化物Fe3C（900～1000HV）的硬度。在wCr＝9%的镍硬铸铁中，大部分碳化物为（Cr，Fe）7C3，硬度更高。从图 3-1中可以见到加入Cr对形成碳化物的作用。

镍硬铸铁中加入较多的镍是为了提高铸铁的淬透性，有助于获得以马氏体为主的金属基体，但同时会伴随有大量的残余奥氏体。镍量的多少依铸件壁厚而定，厚壁铸件的镍量应取高限。

图3-1　Fe-Cr-C系合金1150℃等温面

K1＝（Fe，Cr）23C6；　K2＝（Fe，Cr）7C3；K3＝（Fe，Cr）3C

3.2.1　化学成分与性能

1.标准与牌号

我国制定的抗磨白口铸铁件国家标准（GB/T8263-1999）已包括了镍硬铸铁件，其化学成分和硬度分别见表 3　3和表 3　4，其热处理规范、金相组织和使用特性分别见表 3　5和表 3　6。Ni-Hard　1的铸态金相组织见图 3　2，Ni-Hard　4的热处理态金相组织见图 3　3。

表3-3　镍硬铸铁的牌号及其化学成分（质量分数，%）（GB/T8263-1999）

注：KmTBNi4Cr2-GT相当于Ni-Hard　1，KmTBNi4Cr2-DT相当于Ni-Hard　2，KmTBCr9Ni5相当于Ni-Hard　4

①牌号中“DT”和“GT”分别是“低碳”和“高碳”的汉语拼音字的第一个大写字母，表示牌号含碳量的高低。

表 3-4　镍硬铸铁的硬度（GB/T8263-1999）

注：洛氏硬度值HRC和布氏硬度值HBW之间没有精确的对应关系，因此这两种硬度值应独立使用。

表 3-5　镍硬铸铁件热处理规范（GB/T8263-1999）

表3-6　镍硬铸铁件的金相组织和使用特性（GB/T8263-1999）

镍硬铸铁已纳入美国材料试验标准（ASTM），分为A、B、C、D四种型号（见表 3-7）。在英国、联邦德国也纳入国家标准（见表3　8、表 3　9）。国际镍公司也列有镍硬铸铁的化学成分（见表3-10）。其中主要作为磨球用的Ni-Hard3，含碳量低于ASTM规定。另外，国际镍公司还有两个特殊品种：高碳Ni-Hard4和含硼Ni-Hard1。

图3-2　Ni-Hard　1铸态金相组织×200

图3-3　Ni-Hard　4经750℃/8h空冷的金相组织×200

表3-7　美国ASTM　A532M—1993抗磨铸铁（质量分数%）

表3-8　英国BS　4844：Part　2：1972抗磨白口铁

表3-9　联邦德国镍硬铸铁

表3-10　国际镍公司的镍硬铸铁的化学成分（质量分数，%）

①特殊情况下采用

2.元素的作用

碳　主要部分形成碳化物，少量溶入金属基体。镍硬铸铁分为高碳和低碳两类，高碳类的硬度高，抗磨性好，但脆性大；低碳类则反之。视使用条件不同选用。自由石墨是不希望有的，因其降低冲击韧性和抗磨性。

硅　Ni-Hard　1和2的含硅量较低，因硅促使石墨化；Ni-Hard　4中含铬量高，可允许硅的质量分数高达1.8%～2.0%。较高的硅促使形成（Fe，Cr）7C3型碳化物，且使马氏体转变温度Ms升高，促使获得马氏体基体，但硅降低淬透性。

铬　促使形成碳化物，并提高碳化物硬度。Ni-Hard　4中铬与碳、硅配合使共晶碳化物大多成为（Fe，Cr）7C3，提高抗磨性和冲击韧度。

镍　主要溶入金属基体中，能有效提高淬透性，促使形成马氏体获贝氏体基体。Ni-Hard　4的淬透性明显高于Ni-Hard　1，可以作断面大于200mm的铸件。镍促使石墨化，为此镍硬铸铁须有一定数量的铬元素以免生成石墨。镍稳定奥氏体，高镍量会产生较多的残余奥氏体。

锰　稳定奥氏体，故一般含量较低。

钼　提高淬透性，必要时可用于厚壁铸件。

3.物理和力学性能

镍硬铸铁的物理性能列于表3-11，力学性能列于表3-12，金属型铸造的镍硬铸铁的力学性能高于砂型铸造。

表3-11　镍硬铸铁的物理性能

表3-12　镍硬铸铁的力学性能

①试棒φ30mm，支点距离300mm

②试棒φ30mm

③试棒φ30mm无缺口，在夹紧部位以上76mm处施加冲击力

3.2.2　镍硬铸铁的铸造与热处理

1.铸造

Ni-Hard　1、2既可用冲天炉熔炼，亦可用电炉熔炼，但为了成分稳定并得到希望的铁液温度，最好是采用电炉、冲天炉双联熔炼。Ni-Hard　4合金元素含量高，冲天炉熔炼时合金元素烧损严重，且成分不能准确控制，所以Ni-Hard　4必须用电炉熔炼。

对Ni-Hard　4而言，熔炼时可大量选用1Cr18Ni9Ti废不锈钢为原材料，可有效降低生产成本，因为1Cr18Ni9Ti不锈钢的Cr/Ni比与Ni-Hard　4相似。

镍硬铸铁件既可以砂型铸造，也可以金属型铸造，线收缩率为1.6%～2.0%，一般情况下可取1.8%。

铸造工艺设计应考虑顺序凝固，冒口最好采用配有缩颈的易割片，易去除冒口。冒口不可采用火焰切割，以免引起热裂。

镍硬铸铁的流动性比灰铸铁差，浇注温度在1350℃以上，随铸件大小而异，一般为1400℃。

经验表明，Ni-Hard　4的铸造性能优于Ni-Hard　1、2。Ni-Hard　4的熔化温度不宜超过1500℃，浇注温度不宜超过1450℃，因过热熔化和过热浇注不利于不连续碳化物的形成。

2.热处理

铸态镍硬铸铁虽有足够的硬度，但其奥氏体较多而冲击疲劳寿命不高，因此通常总要进行热处理。热处理的目的为：

①提高冲击疲劳抗力；

②提高硬度；

③消除内应力。

Ni-Hard　1、2只作中、低温热处理即可，Ni-Hard　4则必须经较高温度或中温热处理。

（1）Ni-Hard　1、2的两种热处理工艺

①275℃、12～24h空冷，使奥氏体转变成贝氏体，铸态的马氏体得到回火，从而提高硬度和冲击疲劳寿命。

②450℃、4h空冷或炉冷至室温，或冷至275℃保温4～16h空冷。此双重热处理可以降低奥氏体中的含碳量，经过后续的275℃热处理，奥氏体相变出现新的贝氏体和马氏体，比一次热处理可得到更高的冲击疲劳寿命。

（2）Ni-Hard　4的两种热处理工艺

①750℃～800℃，保温4～8h，空冷或炉冷，可提高其硬度和冲击抗力，炉冷提高冲击疲劳寿命的效果优于空冷。

②对磨辊、磨盘这类大型铸件，Ni-Hard　4可选低一些的易操作的热处理温度，550℃保温4h空冷，然后再加热至450℃保温16h空冷。但这些工艺难以达到前一工艺的冲击疲劳寿命。

表 3-13列出了各种成分镍硬铸铁的马氏体量以及热处理后的硬度变化，可见镍硬铸铁中马氏体转变总不是很充分，存在着一定量的残留奥氏体，残留奥氏体越少，抗磨性就越好。

表3-13　镍硬铸铁的铸态组织和热处理后硬度

①剩余组织为共晶碳化物和残留奥氏体，M为马氏体，B为贝氏体

②4～12个读数的平均值

③贝氏体量的大概值

3.2.3　应用与抗磨性

1.应用

镍硬铸铁可用于许多磨损工况，通常可与其它白口铸铁、合金钢或高锰钢相竞争。镍硬铸铁比普通白口铸铁优越得多，但在许多情况下不如高铬钼白口铸铁，当代替钢时，必须保证在使用条件下不碎裂。

（1）磨辊和磨环

MPS和RP型中速磨煤机的磨辊、磨道及E型磨煤机的磨环均有使用镍硬铸铁的实例，其主要特点是可以不经高温热处理，且铸件可以炉冷，不易造成热处理开裂。

（2）杂质泵过流件

镍硬铸铁在杂质泵叶轮或护套上得到广泛应用，因其抗腐蚀磨损性能较优，常能取得较好的使用效果。

（3）输送管道

镍硬铸铁也因其高硬度而应用于输送固体物料或矿浆的管道，特别适用于弯管。

（4）轧辊

镍硬铸铁轧辊很早就用于金属的压力加工，包括双金属浇注的轧辊，即心部为灰铸铁或球墨铸铁，外层为镍硬铸铁的轧辊，表面硬度可达90HS以上，心部却具有高强度和韧性。

（5）衬板

用于水泥、冶金等行业中各式球磨机冲击不大的衬板。镍硬铸铁在湿磨金属矿时的优越性没有在干磨时那样大，其寿命大约为高锰钢的1.3～2倍。

（6）磨球

过去镍硬铸铁磨球用于磨水泥和磨煤效果较好，也用于湿磨矿石，较多地用于制造φ50mm以下的磨球。但镍硬铸铁残余奥氏体含量较多，冲击疲劳抗力不高，因而用镍硬铸铁磨球需慎重。

2.抗磨性

镍硬铸铁的使用已有数十年的历史，积累了许多有参考价值的磨损数据，见表3-14～表3-17。

表3-14　各种矿物磨料对金属材料三体磨损的影响

注：标样为w（C）＝0.2%钢，其磨损因数定为1.0
①≤450时用HBS，＞450时用HBW

表3-15　用不同材质的磨球处理各种矿石时的磨损量对比

①数值越小，抗磨性越高

②以珠光体白口铸铁的磨损量为100，磨损比数值越小，抗磨性越高

表 3-16　水泥球磨机中磨球磨损对比（美国）

表3-17　湿态矿石磨机中衬板磨损对比

3.3　低铬铸铁

为了提高铸铁的抗磨性，防止在铸铁中出现石墨组织，向铸铁中添加一定数量的碳化物形成元素铬从而形成了低铬铸铁。低铬铸铁的含铬量通常在（质量分数）2%～5%范围内，为避免出现石墨，硅量应作限制。此外，为了调整低铬铸铁的组织，进一步提高抗磨性，也可向低铬铸铁中添加一定数量的Mo、Cu、Ni等合金元素。

表 3　18为我国及其它几个工业国家的低铬铸铁的成分及硬度。

表3-18　我国及其他工业国家低铬铸铁的成分及硬度

①牌号中的“1”代表低铬铸铁；

②1A含磷量低，适用于要求抗一定冲击的场合；

③1C需经热处理，以改善切削加工性能，但抗磨性相应有所降低；

④此牌号中的Ni元素可用Cu代替。

由于铬及其它合金元素的添加量较少，因此低铬铸铁的组织与普通白口铸铁差别不大，图 3-4为含铬量（质量分数）为2%的Fe-C-Cr平衡相图，可见铬的加入并未在相图中增加新的组成相，只是一些特征点的位置相对于不含铬的Fe-C相图发生了一些改变。

与普通白口铸铁相比，低铬白口铸铁的碳化物为含有少量铬的合金渗碳体（Fe、Cr）3C，维氏硬度也由840～1100HV增加到1000～1230HV。碳化物形貌也略有所改善，而基体组织则根据热处理状态的不同而不同，可以是珠光体、索氏体、马氏体或它们的混合组织，同时可能伴随有少量的奥氏体。随低铬铸铁中含碳量提高，组织中碳化物数量增加，铸铁的硬度略有增加。图 3-5为常见的低铬铸铁的金相组织。低铬铸铁的铸态组织通常为共晶碳化物＋珠光体。

图3-4　含铬2%的Fe-C-Cr平衡相图

图3-5　低铬铸铁的金相组织×100

低铬铸铁的化学成分根据零件使用的工况条件，可作相应的调整。随含碳量增加，低铬铸铁的碳化物数量增加（而且呈网状形态存在于基体中），硬度提高，韧性降低，冲击较大的使用工况（如直径较大的球磨机等用低铬铸铁铸球）易产生破碎现象，其含碳量应适当降低，图 3-6是低铬铸铁的碳含量与硬度和相对耐磨性的关系。此外，随铬含量的增加，碳化物的形态和分布有所改善，使冲击韧性、硬度以及疲劳抗力和冲击磨损抗磨性有所增加，图 3-7为铬对低铬铸铁性能的影响。

由于组织中大量碳化物的存在，低铬铸铁的韧性与普通白口铸铁相当，但抗磨料磨损的抗磨性比之有较大的提高。目前，低铬铸铁主要应用于球磨机磨球，表3-19为火电厂用低铬铸铁磨球与其它材质磨球磨煤磨耗比较，表 3-20为国内使用低铬铸铁的磨耗情况。

图3-6　低铬铸铁的碳含量与硬度和相对耐磨性的关系

图3-7　含铬量对低铬铸铁性能的影响

表3-19　火电厂磨煤用低铬铸铁与其它材质磨球磨耗比较

表3-20　国内部分矿山企业使用低铬铸铁的磨耗

注：①低铬铸铁磨球经铸态去应力退火，其成分为（质量分数，%）1.5-3.5C，2.0-4.0Cr，0.5-1.0Si，0.4-1.5Mn

低铬铸铁一般采用铸态去应力处理，其基体组织为珠光体，即将铸态铸件在中、低温度保温适当时间以减少应力。为进一步提高低铬铸铁的硬度，亦可进行高温保温一定时间后空冷并低温回火的方式，获得一定数量的马氏体基体组织，此时为提高淬透性可添加一定数量的Mo、Cu或Ni等元素。

低铬铸铁既可用冲天炉熔炼，亦可用电炉熔炼，还可用冲天炉与电炉双联熔炼。但用冲天炉熔炼时应注意控制铁液的含碳量。通常低铬铸铁铁液在炉前采用稀土硅铁进行孕育处理以提高综合性能。稀土元素有改善碳化物形态、细化晶粒、脱氧、脱硫和净化铁液的作用。低铬铸铁在炉前加入质量分数1%左右的稀土硅铁合金，将对改善低铬铸铁的冲击韧性和抗磨性有一定的作用。

低铬铸铁的铸造性能基本与普通白口铁相当，铸造收缩率在1.6%～1.8%之间。

3.4　中铬铸铁

中铬铸铁的含铬量（质量分数）在5%～10%之间，其共晶碳化物中既有（Fe、Cr）7C3又有（Fe、Cr）3C。通常中铬铸铁的铬含量（质量分数）选在8%～10%间。中铬铸铁的化学成分根据基体情况不同而有所不同。以珠光体状态使用时，一般选择（质量分数）C：2.5%～3.6%，Si：0.5%～2.2%，Mn：0.5%～1.0%，Cr：7%～11%；当以马氏体状态使用时，还应加入Mo：0%～2%和Cu：0%～2%，以提高基体的淬透性。欲获得符合使用要求的组织和性能，需要综合考虑Cr/C和Si/C。提高Cr/C和Si/C，（Fe、Cr）7C3型碳化物量相对增加，碳化物硬度和形态相应得到增加和改善，铸铁韧性与抗磨性提高。另一方面，高的含Si量会降低铸铁的淬透性，低的含C量又会减少碳化物量，降低铸铁抗磨性，故需综合考虑C、Si元素的影响。中铬铸铁通常通过高温空淬＋低温回火处理，获得马氏体＋（Fe、Cr）7C3＋（Fe、Cr）3C＋残余奥氏体的金相组织。

中铬白口铸铁碳化物的形貌如图 3　8所示，可以看出碳化物确有两种不同的形态。

图3-8　中铬铸铁的碳化物形貌×500

在我国抗磨白口铸铁件标准中，中铬铸铁的牌号为KmTBCr8，其成分、硬度、热处理工艺及所对应的组织见表 3-21，为提高中铬铸铁的淬透性可在原成分的基础上添加适量的Mo、Cu和Mn，其含量对淬透性的影响见表 3-22。

空淬回火处理的中铬铸铁是为减少使用Ni资源而开发出为取代镍硬Ⅳ型铸铁的一种铸铁材料。表 3-23列举了中铬白口铸铁与镍硬Ⅳ型铸铁性能的对比情况，可见中铬白口铸铁的性能可与镍硬Ⅳ型铸铁相媲美。

中铬铸铁的铸造性能介于低铬铸铁和高铬铸铁之间且接近于高铬铸铁，由于合金元素含量偏高，因而导热性较差、收缩较大，因此在铸件铸造工艺设计时应给予足够的注意。

中铬铸铁由于含铬量较低铬铸铁高，因此具有一定的抗蚀性，可用于中等冲击载荷的磨料磨损和冲蚀磨损的工况。

表3-21　中铬铸铁的成分、硬度、热处理工艺及所对应的组织

表3-22　Mo、Cu和Mn对中铬铸铁淬透性的影响

表3-23　中铬白口铸铁与镍硬Ⅳ型铸铁的力学性能对比

注：①相对抗磨性是与A3钢相比。

3.5　高铬铸铁

高铬铸铁是指含铬量（质量分数）大于12%的白口铸铁，它是目前国内外使用最为广泛的抗磨铸铁之一。

3.5.1　高铬铸铁的组织

当铸铁中的含铬量大于12%后，由于铬对铁-碳相图的影响使得铸铁组织产生了很大的变化。图 3-9和图 3-10分别是Fe-C-Cr准稳态相图和液相投影图。

图 3　11是含铬（质量分数）13%的Fe-C-Cr相图，图 3-12是含铬（质量分数）25%的Fe-C-Cr相图。

图3-9　Fe-C-Cr准稳定态相图
K1＝（Fe，Cr）23C6；K2＝（Fe，Cr）7C3；Kc＝（Fe，Cr）3C

图3-10　Fe-C-Cr准稳定态相图液相投影图

图3-11　含铬（质量分数）13%的Fe-C-Cr相图

图3-12　含铬（质量分数）25%的Fe-C-Cr相图

从上列系列相图可见，高铬铸铁中的碳化物有（Fe，Cr）23C6，（Fe，Cr）7C3，（Fe、Cr）3C三种类型，通常简写为M23C6、M7C3和M3C，当碳高铬低时容易出现M3C型碳化物，当低碳高铬时容易出现M23C6型碳化物，碳与铬配合适当时可获得M7C3型碳化物。这三种碳化物的晶体结构、密度及硬度见表 3-24。高铬铸铁中的M7C3型碳化物的硬度高（1200～1800Hv），而且这种碳化物呈孤立的六角形杆状或片状分布在基体中，连续程度大为降低，使碳化物对基体的破坏作用大为减小，因而高铬白口铸铁的韧性优于低铬白口铸铁，同时若把基体退火成珠光体后，还可进行机械加工。图 3-13为典型高铬铸铁中M7C3型碳化物的形貌。

表3-24　Fe-Cr-C合金系中的碳化物

图3-13　高铬铸铁中M7C3型碳化物的形貌×500

3.5.2　高铬铸铁的化学成分及牌号(www.xing528.com)

1.高铬铸铁中主要合金元素的作用

（1）铬和碳

铬和碳是高铬铸铁中两种重要的合金元素。提高铬和碳有助于增加碳化物数量，这将使高铬铸铁的抗磨性提高而韧性降低。碳化物的体积分数V（%）可用下式估算：

V（%）＝12.33（C%）＋0.55（Cr%）-15.2

式中C%和Cr%为元素碳和铬的质量分数。

其中铬增加碳化物数量的效果远比碳差，因此工艺上常常用调整碳量来达到改变碳化物数量的目的。

另一方面，铬与碳的比值（Cr/C）影响铸铁中M7C3型碳化物与总碳化物的相对数量。一般Cr/C大于5就能获得大部分的M7C3型碳化物；同时铬碳比越高，铸铁的淬透性也越好，铬对淬透性的影响主要是固溶在基体中的铬，基体中固溶的铬量（质量分数）可用下式估算：

Cr（%）＝1.95×（Cr/C）-2.47

图 3-14表示了空淬时铬碳比与工件最大淬透直径的关系。多数高铬铸铁中铬的质量分数在13%～20%范围内，碳的质量分数在2.5%～3.3%范围内，铬碳比大约为4～8。由图可以看出，不含其它合金元素的高铬铸铁，空淬能淬透的最大直径大约为20mm左右，要提高淬透性，必需加入其它合金元素。

图3-14　高铬铸铁空淬时能淬透的最大直径与Cr/C比及Mo含量的关系

（2）其它元素

高铬铸铁中常常还添加一定数量的钼、锰和铜，以提高淬透性。钼元素具有明显的提高淬透性作用，特别在钼的质量分数较高（超过2%以上）时，作用更明显。钼如能与铜、锰联合应用时，其提高淬透性的效果更好，图 3-15和3-16是不同的锰含量和不同的钼含量对高铬铸铁淬硬层深度的影响曲线。

图3-15　Mn对高铬铸铁淬硬层深度的影响

图3-16　Mo对高铬铸铁淬硬层深度的影响

镍不溶于碳化物而完全溶入基体中，因此可充分发挥它提高淬透性的作用。但镍降低Ms点的作用大于钼，会造成淬火后残留较多的奥氏体。

铜的作用与镍相同，但效果没有镍大，亦不溶于碳化物，完全溶于金属基体中，因此可以充分发挥它提高淬透性的作用，但铜降低Ms温度，会造成较多的残余奥氏体，且铜在奥氏体中的溶解度也不高（大约在2%左右），一般添加量在1.5%以下。

含镍、铜较高的高铬铸铁在热处理后常保留有不少的残余奥氏体，这些残余奥氏体在磨损过程的反复冲击应力作用下会产生相变，在磨损面表层产生压应力，最终导致表层材料的层片状剥落。残余奥氏体的数量可采用改变淬火温度和保温时间的方法（使之析出较多的二次碳化物）来降低。这是因为镍和铜全部溶于奥氏体中，热处理不可能降低其含量，故降低奥氏体稳定性的唯一方法是尽可能减少奥氏体中的碳和铬，但此时获得的马氏体中的含碳量较低，硬度也随之降低。

锰既进入碳化物又溶解于基体。锰能扩大γ相区，对稳定奥氏体很有效。由于锰剧烈地降低Ms点（如图 3-17所示），会使高铬铸铁在淬火后有较多的残余奥氏体，故一般控制在1.0%以下。锰和钼联合使用时对提高淬透性非常有效，对于成分（质量分数）为2.8%～3.1%C、0.3%～0.7%Si、12%～14%Cr的高铬铸铁，用Mn　3.6%只能淬透40mm，用Mo　0.6%只能淬透10mm，但同时用0.6%Mo和3.6%Mn，则能淬透150mm。

图3-17　Mn对Ms点及残余奥氏体的影响
试样成分（质量分数，%）：2.8-3.1C、0.3-0.7Si、12-14Cr、0.5-0.7Mo）

硅与氧的亲和力大于锰和铬，是熔炼过程中不可缺少的脱氧元素。硅对于基体有较高的固溶强化作用（大于锰、铬、镍、钼、钨和钒），由于在凝固过程中硅有富集在碳化物结晶前沿的倾向，因此有一定的改变共晶碳化物形态的作用。硅在高铬铸铁中具有提高Ms点、减少残余奥氏体的作用，同时也是降低淬透性的元素，一般应注意控制其含量，以免在淬火时出现珠光体。

钒与碳结合既能生成初生碳化物又可生成二次碳化物，使基体中固溶的碳量有所下降，提高Ms点，宜于获得铸态马氏体组织。例如在质量分数为2.5%C- 1.5%Si-0.5%Mn-15.0%Cr的高铬铸铁中加入质量分数为1.0%Mo及4.0%V时可使得在φ22mm～φ152mm直径的铸件在铸态获得马氏体组织，但由于钒价格较高，通常只用于不适宜热处理的铸件。一定数量的钒（质量分数0.5% ～1.0%）在凝固时可使组织细化，对于消除粗大的柱状晶组织有较好的作用，此外钒还具有促使碳化物团球化的作用。

硼能提高碳化物的硬度，且能产生硬度较高的化合物从而提高高铬铸铁的抗磨性。溶入基体的硼能有效地提高基体的显微硬度，从而增强基体对碳化物的支撑作用，但硼的添加通常使得断裂韧度和一次冲击韧度下降。

2.高铬铸铁的牌号

表 3-25至表 3-28是我国“抗磨白口铸铁件”国家标准（GB/T8263—1999）所规定的高铬铸铁的牌号及成分、硬度、热处理规范以及使用特性。

表3-25　高铬铸铁的牌号及化学成分﹝质量分数%﹞﹝GB/T8263—1999﹞

表3-26　高铬铸铁的硬度（GB/T8263—1999）

注：洛氏硬度值HRC和布氏硬度值HBW之间没有精确的对应值，因此这两种硬度值应独立使用。

表3-27　高铬铸铁件热处理规范（GB/T8263—1999）

表3-28　高铬铸铁件的金相组织和使用特性（GB/T8263—1999）

注：金相组织中M代表Fe、Cr等金属原子，C代表碳原子。

表3-29和表 3-30为美国ASTM A532M—1993标准中规定的高铬铸铁的化学成分及硬度。值得一提的是美国Climax钼公司规定的高铬铸铁的成分（见表3-31），在该规定中同一牌号高铬铸铁中又以碳的高低来区分。低碳的冲击韧度相对较高而硬度低，适用于冲击载荷比较大的工况；高碳的则适用于冲击载荷较小的工况，有良好的抗磨性。

表 3-32和表 3-33为英国BS4844—1986标准中规定的高铬铸铁的化学成分及硬度。表 3-34～表 3-36为俄罗斯ГОСТ7769—1982标准中规定的高铬铸铁的化学成分、力学性能和使用条件。

表3-29　美国高铬铸铁的化学成分（质量分数，%）

表3-30　美国高铬铸铁的硬度要求

表3-31　美国Climax钼公司的高铬铸铁成分（质量分数，%）

注：①碳为下限时，大断面中可能出现贝氏体。

表3-32　英国高铬铸铁的化学成分（质量分数，%）

表-33　英国高铬铸铁的硬度

表3-34　俄罗斯特殊性能铸铁标准中高铬铸铁的化学成分（质量分数，%）

注：①含量处于表中所指范围

表3-35　俄罗斯特殊性能铸铁标准中高铬铸铁的力学性能

表3-36　俄罗斯特殊性能铸铁标准中高铬铸铁的使用条件与应用范例

续表 3-36

3.5.3　高铬铸铁的熔炼、铸造及热处理

1.高铬铸铁的熔炼和铸造

高铬铸铁不宜用冲天炉熔炼，因为铬的烧损太大，且极易与碳化合，碳量也不易控制。高铬白口铸铁可以在任何电炉中熔化，炉衬可以是碱性、中性或酸性的。炉料用废钢、低硅生铁、回炉料、中碳或高碳铬铁。钼以钼铁或氧化钼加入，铜以电解铜加入。铜和钼烧损小，而铬烧损大，约5%～15%，故需在最后加入。炉料通常在全装料后熔化，一般用不氧化法熔炼。感应炉中熔化温度不必太高，1480℃已经足够，这是因为熔池本身有搅拌作用。电弧炉中熔化要到1560℃，成分才得以均匀化，也使增碳容易。

过高的熔炼温度虽不会带来问题，但却使得元素的烧损不易估计。

为准确控制成分，应配备炉前化学分析。

高铬铸铁的铸造工艺，应结合铸钢和铸铁的特点，充分补缩，其原则与铸钢件相同（采用冒口和冷铁，遵守顺序凝固原则，模型缩尺一般取1.8%～2%）。冒口尺寸按碳钢设计，浇注系统则可按灰铸铁计算，但应将各断面积增加20%～30%。由于高铬铸铁的导热性差，因此当采用气割法去除浇冒口时容易产生热裂纹，故设计时宜用侧冒口或易割冒口并采用敲击法去除浇冒口。高铬白口铸铁与其它白口铸铁类似，具有热导率低、收缩性大、塑性差、切削性能也差的特点。在实际生产中，许多高铬铸铁件寿命短的原因，并不是金相组织不符合要求，而往往是铸件内部存在缩松、气孔和夹杂等铸造缺陷引起的，所以必须足够重视铸造工艺。

高铬铸铁比低合金白口铸铁有更大的开裂倾向，有时铸件开箱时就已经开裂。因此在铸造工艺设计上应注意不让铸件的收缩受阻，以免造成开裂。铸件在铸型中应充分冷却，然后开箱，开箱温度过高是高铬铸铁件开裂的常见原因，由于导热性低（高铬铸铁的导热系数为17.58J/m.s.k，而灰铸铁为（50.24～62.80）J/m.s.k），故若铸件开箱太早使铸件在较高的温度下暴露在空气中空冷到室温，使铸件内部造成较大的温差。

采用金属型铸造时，浇注前金属型的温度应保持在150℃以上，以免铸件激冷太快而开裂。与砂型铸造不同，金属型铸造时铸件不应在型内停留太久，以免因铸件冷却速度过快导致铸件内应力过高而在冷至室温过程中或之后的热处理过程中开裂。通常应采取在较高温度开箱将铸件移入干砂中使之缓冷以减少内应力。

浇注温度的控制是很重要的，通常不希望太高，以避免收缩过大和粘砂。浇注温度一般为小件1380℃～1420℃，厚度在100mm以上的铸件可更低些。高的浇注温度将加重热节处和冒口下的缩孔，而且会造成浓密的显微缩松，同时也使得组织粗大。

2.高铬铸铁的热处理

大多数高铬铸铁是在热处理状态下使用的，热处理是改善高铬铸铁基体组织进而最大限度发挥高铬铸铁抗磨性的重要手段。通常高铬铸铁采用高温空淬并中低温回火的热处理工艺以获得高硬度的马氏体基体。

无论是淬火还是退火，均由加热、保温和冷却三个过程所组成，在此三个过程中二次碳化物的析出和溶入过程如下。

（1）加热过程中二次碳化物的析出和溶入

随着加热过程中温度的升高，铸态基体中过饱和的碳和其它合金元素逐渐开始析出而形成二次碳化物（对高铬铸铁通常为500℃左右）。随温度升高此过程也加剧，同时先析出的二次碳化物为求得能量上的稳定而开始聚集和长大。最后，随着温度的进一步提高，奥氏体中的碳及其它合金元素的溶解度也逐渐增加。因此，到了某一温度范围，碳和其它合金元素的析出开始减缓并趋于停止，伴随着温度的再进一步升高，可能有一些重新溶入的过程产生，在加热过程中碳和其它合金元素在某一温度范围究竟是析出还是溶入取决于该温度范围奥氏体对碳及其它合金元素的溶解度以及当时奥氏体中已溶入的碳及其它合金元素的量。如果前者大于后者，则发生溶入过程；如果前者小于后者，则发生析出过程。

（2）保温过程中二次碳化物的析出溶入

保温过程是加热过程的继续，它将使该温度下所进行的过程进一步彻底化。因此，二次碳化物在保温过程中是进一步析出还是溶入主要取决于加热过程中的加热温度，如果加热温度是选择在以二次碳化物析出为主的温度区间，则在此温度下进一步延长保温时间，将使析出的过程进行得更彻底，如果保温时间足够充分的话，奥氏体中的碳及其它合金元素的含量将趋于它的溶解度极限。同样如果加热温度选择在以二次碳化物溶入为主的温度区间，则在该温度下延长保温时间，将使溶入过程充分得以进行，只要时间充分，奥氏体中的碳及其它合金元素含量亦将趋向于它的溶解度极限。在上述过程进行的同时，已析出的二次碳化物还将进行一些可能的聚集过程，以求表面能的降低。

（3）冷却过程中二次碳化物的析出过程

在冷却过程中，由于碳及其它合金元素在奥氏体中溶解度的减少，将发生二次碳化物的进一步析出过程，但冷却速度的大小对二次碳化物在冷却过程中的析出将具有决定性的影响。在缓慢冷却时，二次碳化物将充分析出，最终奥氏体将转变为铁素体＋碳化物的基体组织（珠光体），这实质上就是退火过程。随冷却速度加快，二次碳化物的析出将受到抑制，从而有可能形成马氏体基体或和残余奥氏体的混合组织，这实质上就是淬火过程。

淬火时加热温度的选择是至关重要的。一般应根据含铬量和零件壁厚来选择最佳淬火温度。淬火温度越高，淬透性越高，但淬火后形成的残余奥氏体数量也有可能越多。随合金中含铬量的增加，二次碳化物开始析出到转变为溶入为主的温度范围向高温方向移动，故合适的淬火温度也将随含铬量而变。含铬15%的白口铸铁，得到高硬度的淬火温度是940～970℃，而铬为20%时，则为980～1010℃。同时，淬火温度与铸件壁厚密切相关，壁越厚，淬火温度应选得越高。保温时间一般可根据壁厚，选择为2～4h，厚壁零件可适当延长至4～6h。

空淬后的高铬铸铁存在较大的应力，应尽快进行回火处理。回火处理的加热温度通常不应低于400℃。回火处理使淬火后的马氏体得到回火的同时还伴随有残余奥氏体的转变。高铬铸铁在不同淬火温度（保温时间为3h）下回火温度（保温3h）与硬度的关系见图 3-18。

高铬铸铁退火处理的目的有二：一是降低铸件硬度以利于机切削加工；二是在淬火前进行退火处理使成分均匀化，从而减少淬火时升温过程中的铸件开裂，缩短奥氏体化保温时间，减少淬火后组织中的残余奥氏体量，提高铸件硬度。

有关高铬铸铁的淬火、回火和退火工艺规范见表 3-27。但应特别注意的是对于一些形状复杂、壁厚相差悬殊的铸件应严格控制升温速度（≤50℃/h）以免铸件开裂。有时采用阶梯式升温（在200℃、400℃、600℃停留2～3h）更为安全，在700℃以上升温可以适当加速。此外，铸件热处理的保温时间应视铸件壁厚、装炉量和状态以及升温速度等因素综合考虑，以免由于部分铸件或铸件心部因保温时间不足而出现淬不透。

图3-18　不同淬火温度下高铬铸铁回火温度与硬度的关系

3.5.4　高铬铸铁的力学性能

1.强度性能

高铬铸铁的强度性能与碳化物类型、数量和尺寸有关，而这些因素又受化学成分和铸造工艺（特别是冷却速度）的影响。图 3-19是铬含量对抗拉强度σb、抗弯强度σbb以及挠度f的影响。为了避免碳化物数量对上述结果的影响，在成分设计时除考虑含铬量的变化外，含碳量可适当调整以保持碳化物数量基本不变（碳化物体积分数约在26.6%～32%间，只有在含21%～31%铬的试样中碳化物的体积分数达到35%），而此时上述性能的变化基本是由于碳化物类型的变化所致。上述试验结果在铸造毛坯经200℃回火后的试样上完成。

除碳化物类型、数量和尺寸对高铬铸铁的强度性能会产生影响外，高铬铸铁组织中的基体类型同样会对强度性能产生影响。表 3-37为含铬（质量分数，%）约14%高铬铸铁中基体组织对强度性能的影响。

图3-19　铬对强度性能的影响

表 3　37　高铬铸铁中基体组织对强度性能的影响

注：1.试样化学成分（质量分数，%）：C＝3，Si＝0.7，Mn＝0.8，Cr＝14，Mo＝1.5。
2.试样直径12mm，切自860℃×2h退火的25mm×160mm×135mm毛坯，抗弯强度的支距为120mm。

2.韧性

对于抗磨铸铁而言，韧性或断裂抗力具有重要的意义。因为韧性低可能导致部件的断裂，这不仅使部件产生早期失效，更重要的是有可能发生设备和人身事故。尽管一次冲击和重复冲击时对材料的断裂存在差异，但由于一次冲击试验具有试验周期短、设备简单等优点而被企业广泛接受。此外，断裂韧度KIC值和动态断裂韧度KId较好地描述了材料在裂纹扩展时所要消耗功的大小，它不仅具有数据重复性好且对组织微小变化高度敏感，因此在材料研究领域被广泛用来描述材料的韧性。

高铬铸铁的韧性和组织中碳化物的形态、数量、分布以及基体的种类等有关，还与成分和热处理制度有关。含碳量（质量分数，%）或碳化物数量（体积分数，%）对高铬铸铁动态断裂韧度KId的影响见图 3-20。由图可见，当碳化物数量较少时，不同基体的数据拉的较开，而随碳化物数量增加，拉开的程度逐渐减小。这说明在碳化物数量较少时基体组织对韧度起支配作用，而随碳化物数量增加，降低韧度的主要因素已转向碳化物本身。同时值得注意的是，在四种基体中含碳量最低的合金并不具有最高的KId值，这可能和碳化物呈网状分布有关。

图3-20　碳量对高铬铸铁动态断裂韧度KId的影响（12%Cr）
1.淬火奥氏体基体，2.铸态奥氏体基体，3.淬火马氏体基体，4.退火珠光体基体
试验成分（质量分数，%）Cr＝15，Si＝0.6，Mn＝0.8，Mo＝1.8

表-38为典型高铬铸铁的断裂韧度、抗拉强度和硬度的数据。表 3-39为Cr28高铬铸铁的力学性能。

表3-38　典型高铬铸铁的断裂韧度、抗拉强度和硬度

表3-39　Cr28高铬铸铁的力学性能

续表 3-39

注：冲击试样尺寸为20×20×120mm无缺口，不加工，跨距：70mm。

3.硬度

高铬铸铁的硬度主要取决于高铬铸铁中碳化物的硬度、数量及基体组织，而基体组织则取决于热处理制度和所选定的化学成分。表3-40为具有不同碳化物体积含量和经不同热处理后高铬铸铁的硬度。

表3-40　具有不同碳化物体积含量和经不同热处理后高铬铸铁的硬度

①A为珠光体基体；B为马氏体基体；C为铸态奥氏体基体；D为淬火态奥氏体基体

②A—950℃/2h炉冷至690℃/2h后炉冷至室温；B—980℃/2h空冷＋260℃/3h空冷；C—铸态＋260℃/3h空冷；D—1100℃/2h空冷＋260℃/3h空冷

3.5.5　高铬铸铁的抗磨性能与应用

材料的抗磨性不仅取决于材料的组织和力学性能，还与磨损条件有着极大的关系。高铬铸铁也同样，对于相同成分、组织和力学性能的高铬铸铁在不同的磨损系统中所表现出的抗磨性会产生极大的差异。图 3-21和图 3-22为表 3-40中所列高铬铸铁试样在两体和三体磨料磨损条件下采用不同硬度的磨料时的相对抗磨性。

图3-21　两体磨损试验中相对耐磨性随碳化物数量的变化
注：相对耐磨性的标样为正火态20钢

上述试验结果的变化规律受到磨损损伤机理（两体磨损以显微切削为主而三体磨损为显微切削与显微塑变疲劳的共同作用为主）、磨料与碳化物的相对硬度、碳化物体积分数、基体组织的力学性能等方面的影响。

高铬铸铁具有较高的含铬量、良好的硬度、抗蚀性及抗氧化性，同时具有较普通白口铁高的韧性，因此广泛应用于各种磨料磨损场合及各种高温磨损和腐蚀磨损的工况。目前电力和建材行业干式球磨机已广泛使用高铬铸铁磨球，在冶金矿山湿式球磨机中高铬铸铁磨球也具有较好的抗磨性。

图3-22　三体磨损试验中相对耐磨性随碳化物数量的变化
注：相对耐磨性的标样为正火态20钢

高温磨损工况下希望材料兼有高抗磨性及优良的耐热性能，而高的抗磨性来原于组织中的高硬强度相如共晶碳化物等，耐热性能的优越取决于高硬度硬质相、基体和基体与硬质相界面的抗氧化性能。如果对高温磨料磨损机理及工况的认识不足，选材时对材料的高温耐磨性重视也会不够，致使许多高温抗磨件的使用寿命极短。早期的研究强调高温磨损中的粘着机理，随后人们发现在高温磨损中，温度的介入会导致摩擦表面的吸附、氧化，以及材料机械性能的变化，因而是一种极为复杂的失效形式。在一对摩擦副中，往往不止存在一种摩损形式，一般总是几种机制（如疲劳剥落、磨粒磨损、氧化磨损和粘附等）共存，或者在一定条件下会发生从一种形式到另一种形式的转化。

邢建东、武文忠等人对高铬铸铁的高温抗磨性和高温抗氧化性能进行了较多的研究工作，包括研究了在Fe-Cr合金中引入高硬度共晶碳化物对材料高温（800℃）耐磨性的影响，以及基体组织在高温磨损中的作用，其研究结果反映了高温磨损中合金组成体（基体和硬质相）具有不同的作用并存在相互依赖关系等。近年来，Levy等对材料在冲蚀条件下的高温磨损问题进行了一系列的研究，主要考察的是含碳量较低的钢的抗高温冲蚀磨损性能。

高铬铸铁在保证安全的情况下也用于制造中速磨煤机和水泥厂立式磨机的磨辊、磨盘和辊道以及破碎机的小锤头等部件，此外在抛丸机叶片上应用也取得较好的效果。

表 3-41为球磨机衬板用材料的磨损率对比。

表3-1　球磨机衬板用材料的磨损率对比

续表 3-41

注：①由于具体成分涉及专利，故成分范围列得很大；

②硬度测自磨损前的表面，HBS用于≤450数值，HBW用于≥450数值；

③磨损条件：湿磨，进料-10mm，出料-48目，矿石含（体积分数）石英65%，长石25%

～30%，黄铁矿3%。相对磨损率越高，抗磨性越差。

表3-42为高铬铸铁与高锰钢用于锤头时的使用寿命对比。

表3-42　高铬铸铁与高锰钢用于锤头时的使用寿命对比

表3-43为高铬铸铁与珠光体白口铁在矿山破碎、研磨机中的应用情况。

表3-43　高铬铸铁与珠光体白口铁在矿山破碎、研磨机中的磨损数据

注：①磨损率越小，抗磨性越高。

3.6　球墨铸铁

3.6.1　马氏体抗磨球墨铸铁

1.化学成分、组织与性能

马氏体抗磨球墨铸铁的化学成分见表3-44，对应的金相组织与力学性能见表3-45。φ60mm马氏体抗磨球墨铸铁磨球在自由落程4.2m、最大冲击功35J的落球式冲击疲劳试验机上冲击疲劳试验结果见表3-46。从中可见马氏体抗磨球墨铸铁磨球疲劳剥落失重量与高铬铸铁磨球相近，而远优于中锰球墨铸铁磨球。

表3-44　马氏体球墨铸铁的化学成分（质量分数，%）

表3-45　马氏体球墨铸铁的金相组织和力学性能

表3-46　磨球跌落冲击疲劳抗力试验结果

2.热处理

欲获得高硬度的马氏体基体的球墨铸铁，应进行淬火处理，通常是在水玻璃水溶液中淬火。淬火温度为830～880℃。

淬火后应及时进行回火，使淬火马氏体转变为回火马氏体，以消除淬火应力，为使马氏体硬度不下降很多，回火温度宜选择在250℃左右。

3.抗磨性与应用

马氏体抗磨球墨铸铁常用于冲击磨料磨损工况。马氏体抗磨球墨铸铁冲击磨损抗磨性见图 3-23。低奥氏体量的马氏体球铁具有较好的抗磨性。

图3-23　球墨铸铁与麻口铸铁的冲击磨损抗磨性
M—马氏体，Ar—残余奥氏体，G—球状石墨，P—珠光体，B—贝氏体，K—碳化物，W—磨损失重

马氏体抗磨球墨铸铁用作球磨机磨球和中小型水泥球磨机衬板，物美价廉，取得了较好的应用效果。马氏体抗磨球墨铸铁在水泥厂φ1.5m×5.7生料磨第一仓试验结果见表3-47，磨球破碎率（质量分数）为0.102%。在φ1.87m×7.1m水泥球磨机中球耗82.5g/t水泥，破碎率（质量分数）1.26%。

表3-47-马氏体球铁磨球在水泥厂生料球磨机试验结果

3.6.2　贝氏体抗磨球墨铸铁

1.化学成分、组织与性能

贝氏体抗磨球墨铸铁的化学成分见表3-48，对应的金相组织与力学性能见表3-49。

合金元素锰的作用在于推迟奥氏体向珠光体的转变，抑制珠光体的形成，从而为得到更多的贝氏体创造了条件，并且它使高温相变区和中温相变区分离，显著降低马氏体较变温度。

合金元素硅对锰碳化物的形成有较好的抑制作用。在硅的质量分数为2.8%时，锰的质量分数为2.0%时即出现了碳化物；当硅的质量分数为3.1%时，锰的质量分数为3.0%时才有少量的碳化物出现；当硅的质量分数提高到3.4%时，锰的质量分数为3.5%时才有部分碳化物析出。

加入少量的硼元素，对获得贝氏体基体是有益的。

表3-48　贝氏体球墨铸铁的化学成分（质量分数，%）

表3-49　贝氏体球墨铸铁的金相组织和力学性能

注：冲击韧度试样20×20×110mm无缺口

在高度为3.4m的落球试验机上，以剥落层平均直径大于30mm时为失效判据，磨球的冲击疲劳试验结果见表3-50。试验结果表明，贝氏体磨球抗冲击疲劳性能远远高于中锰球墨铸铁磨球，也优于高铬铸铁磨球。相当于中锰球墨铸铁磨球寿命的8倍，高铬铸铁磨球的1.5～2倍。

表3-50　各类磨球落球试验对比

2.热处理

欲获得硬度与韧度较好的贝氏体球墨铸铁，须进行特殊介质的淬火，通常是在水玻璃水溶液中淬火并及时回火。

贝氏体球墨铸铁热处理温度在820～900℃之间，硬度值均在50HRC以上。金相组织表明，随着奥氏体化温度的提高，贝氏体逐渐减少，奥氏体含量逐渐增多。淬火温度对贝氏体球墨铸铁及马氏体球墨铸铁硬度与冲击韧度的影响见图3-24（击试样20mm×20mm×110mm无缺口），在875℃时，硬度和冲击韧度的配合较好。

图3-24　淬火温度对球铁力学性能的影响1.马氏体球墨铸铁；2.贝氏体球墨铸铁

回火温度对组织和性能有较大影响，图 3-25为回火温度对力学性能的影响（击试样20mm×20mm×110mm无缺口）。

图3-25　回火温度对力学性能的影响

3.抗磨性与应用

贝氏体抗磨球墨铸铁因硬度较高、韧度和抗冲击疲劳性能较好，而常用作球磨机磨球和中小型球磨机衬板，尤其是矿山湿磨工况，其抗磨性能优于高铬合金铸铁磨球。用作磨球时的磨耗见表3-51。

表3-51　贝氏体抗磨球墨铸铁磨球装机试验结果