合金铸铁的耐蚀性及其作用机理

有时对铸铁不仅要求具有一定的力学性能，还要求它具有某些特殊的性能，如耐磨、耐热、耐蚀等，这些性能可通过合金化来达到，即所谓合金铸铁。

1）耐磨铸铁

耐磨铸铁包括在润滑和干摩擦条件下工作的减摩铸铁和抗磨铸铁两大类。

（1）减摩铸铁

减摩铸铁是指在润滑条件下工作的铸铁，如机床导轨、气缸套、活塞环、轴承等。这类铸铁的组织是在软基体上嵌有硬的组成相。例如细片状珠光体基体的灰铸铁，便是一种较好的减摩铸铁，铁素体是软基体，渗碳体是其中的硬相，使用时铁素体及石墨首先被磨损，形成沟槽，可以贮油，有利于润滑，渗碳体可起支承作用。

在普通灰铸铁的基础上加入适量的Cu、Mo等，可以强化基体，增加珠光体含量，细化组织，提高耐磨性。加入V、Ti等元素，可形成高硬度的C、N化合物。加入0．4%～0．7%的磷会形成高硬度的磷共晶，加入硼可形成高硬度的硼化物，都可进一步提高耐磨性。

（2）抗磨铸铁

是指用在干摩擦及抗磨粒磨损条件下工作的铸铁，这类铸铁往往受到严重的磨损，而且承受很大的负荷，这类铸铁要求有高而均匀的硬度。白口铸铁具有高的硬度，是一种较好的抗磨材料，但是太脆，在受冲击的场合不能胜任。在普通白口铸铁中加入少量的Cr、Mo、Cu、V、B等元素后，在铸铁中形成了合金渗碳体，对抗磨性有所提高，但对韧性改进不大。当加入大量的Cr（15%）后，在铸铁中形成马氏体基体，在马氏体基体上分布着团块状的Cr7C3。Cr7C3具有比Fe3C更高的硬度，由于呈团块状，对铸铁的韧性有较大的改善，这种铸铁便是有名的高铬白口耐磨铸铁。

近年来我国还研制成功一种具有较高韧性和强度的中锰球铁，其中wMn为5～9%，wSi为3．3%～5．0%，铸态组织为马氏体、奥氏体、碳化物和球状石墨，具有较高的耐磨性。不用贵重的合金元素，可在冲天炉中熔化，因而价格亦较便宜，深受用户的欢迎。

2）耐热铸铁

所谓耐热铸铁是指在高温下具有较好的抗氧化和抗生长的能力。普通灰铸铁在高温下除了会发生表面氧化外还会发生“生长”。所谓“生长”是指由于氧化性气体沿着石墨片的边界和裂纹渗入铸铁内部所造成的氧化以及由于Fe3C分解而发生的石墨化引起铸铁件体积膨胀。为了提高铸铁的耐热性，可向铸铁中加入Si、Al、Cr等元素，使铸铁在高温下表面形成一层致密的氧化膜，如SiO2、Al2O3、Cr2O3等，保护内层不被继续氧化。此外，这些元素还会提高铸铁的临界点，使铸铁在使用温度下不发生固态相变，以减少由此而造成的体积变化，以及因此而产生的显微裂纹。为了避免Fe3C石墨化，耐热铸铁大多采用单相铁素体的基体；又由于球状石墨孤立分布在铁素体中，则氧化性气体也就不易渗入铸铁内部，故铁素体基体的球墨铸铁，具有较好的耐热性能。

3）耐蚀铸铁

耐蚀铸铁广泛地用于化工部门。提高铸铁耐蚀性主要靠加入大量的Si、Al、Cr、Ni、Cu等合金元素。合金元素的作用是提高铸铁基体组织的电位，使铸铁表面形成一层致密的保护膜，最好是具有单相基体加孤立分布的球状石墨，并尽量使石墨量减少。

在我国应用最广泛的是高硅耐蚀铸铁，它的成分是wC为0．3%～0．5%、wSi为16%～18%、wMn为0．3%～0．8%、wP≤0．1%、wS≤0．07%。这种铸铁在含氧酸中有良好的耐蚀性，但在碱性介质、盐酸、氢氟酸中，由于表面的SiO2保护膜遭到破坏，耐蚀性下降。为了改善高硅耐蚀铸铁在碱性介质中的耐蚀性，可向铸铁中加入6．5%～8．5%的wCu。

思考题：

1．在碳钢中常存的杂质元素有哪些？它们分别对钢的性能有何影响？

2．试比较室温下T8钢和T12钢的力学性能，并说明原因。

3．合金钢与碳钢相比，具有哪些特点？

4．合金钢中经常加入的合金元素有哪些？它们对热处理特性（加热、冷却等）及性能有何影响？

5．碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、滚动轴承钢的牌号是如何表示的？举例说明。

6．试比较Q235钢与Q345钢的异同。

7．指出下列合金钢的类别、成分特点、热处理特点及应用：

20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、9SiCr、Cr12MoV、W18Cr4V、GCr15、5CrMnMo、0Cr18Ni9、ZGMn13。

8．拖拉机的变速齿轮，材料为20CrMnTi，要求齿面硬度58～64HRC，分析说明采用什么热处理工艺才能达到这一要求？

9．有一φ10mm的杆类零件，受中等交变拉压载荷的作用，要求零件沿截面性能均匀一致，供选材料的钢号有Q345、45、40Cr、T12。要求：

（1）选择合适的材料；(www.xing528.com)

（2）编制简明工艺路线；

（3）说明各热处理工序的主要作用；

（4）指出最终组织。

10．何谓调质钢？为什么调质钢中wC为中碳？

11．某机床齿轮选用45钢制作，其加工工艺路线如下：下料→锻造→热处理1→机械加工1→热处理2→机械加工2，试说明各热处理和机械加工的名称。

12．高速钢淬火后为什么需要进行三次回火？在560℃回火是否是调质处理？为什么？

13．有一块凹模，材料为Cr12MoV钢。因材料库下料错误，下成T12A钢，试分析：

（1）如果按Cr12MoV钢进行预备热处理和最终热处理，实际生产出的凹模会产生哪些缺陷？

（2）如果预备热处理按Cr12MoV钢进行，而最终热处理的淬火按T12A钢进行，又会产生哪些缺陷？

14．在不锈钢中加入Cr的作用是什么？其wCr有何要求？

15．wCr为12%的Cr12MoV钢是否属于不锈钢？为什么？

16．不锈钢有哪几类？试述其各自热处理特点、性能特点及应用。

17．大型冷冲模应具有什么性能特点？常采用什么钢种？试述其成分特点、热处理特点。

18．耐磨钢ZGMn13为什么具有优良的耐磨性和良好的韧性？

19．奥氏体不锈钢和耐磨钢的淬火目的与一般钢的淬火目的有什么不同？

20．钢与铸铁在成分、组织和性能上有何不同？

21．石墨的存在对铸铁的性能有哪些影响？

22．影响铸铁性能的因素有哪些？

23．灰铸铁的热处理方法有哪些？如何选择？

24．可锻铸铁的成分有何特点？如何获得可锻铸铁？写出可锻铸铁性能特点及应用场合。

25．何谓球墨铸铁？球墨铸铁的成分和组织有何特点？可进行何种热处理？

26．减磨铸铁对组织提出什么要求？采取什么措施来达到这些要求？

27．抗磨铸铁对组织提出什么要求？采取什么措施来达到这些要求？

28．耐热铸铁如何合金化？

29．耐蚀铸铁如何合金化？