高铬耐热铸铁知识汇总及热处理

科技   2024-11-28 17:11   河南  

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高铬耐热铸铁主要化学成分是铬(Cr)、碳(C),还有硅(Si)、锰(Mn)等元素,以下是各成分的控制要点:

铬(Cr) 

铬是关键元素,含量一般在15% - 30%。铬能在铸铁表面形成致密的Cr₂O₃保护膜,这层膜具有良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,让铸铁能在高温环境下工作。

当铬含量低于15%时,难以形成连续有效的保护膜,抗氧化和耐热性能会下降;但铬含量过高会增加成本,还可能导致铸造缺陷。

碳(C)

含量通常在2.0% - 3.5%。碳一部分溶解在基体中强化基体,另一部分和铬形成碳化物,如Cr₇C₃、Cr₂₃C₆等,这些碳化物硬度高、耐磨性好,并且在高温下能稳定存在,有助于提高铸铁的耐热性和耐磨性。

碳含量过高,会使碳化物数量过多、尺寸变大,降低铸铁的韧性;碳含量过低,基体强化不足,耐磨和耐热性也会受影响。

硅(Si)

含量在1.0% - 2.5%。硅能脱氧,提高铸铁的流动性,还能溶入基体,强化基体组织,一定程度上提高耐热性。

但硅含量过高会使铸铁变脆,所以要控制在合适范围。

锰(Mn)

一般在0.5% - 1.5%。锰能脱氧脱硫,稳定奥氏体组织,提高铸铁的强度和韧性。

不过锰含量过高会增加铸铁的过热敏感性,要合理控制。

在熔炼过程中,要根据铸件的具体使用环境和性能要求,如耐高温温度、耐磨程度等,精确控制各化学成分的比例。

高铬耐热铸铁熔炼配料时需要注意以下几点:

原料质量

要保证原料纯净度,避免杂质过多。例如,生铁、废钢中的有害元素(如硫、磷)应尽量少,因为硫会降低铸铁的韧性,磷会增加铸铁的冷脆性。

合金材料(如铬铁、镍铁等)的合金成分要符合要求,其粒度也要适中,这样有助于合金在铁液中均匀熔化和扩散。

成分计算与调整

根据铸件性能要求精确计算各原料的加入量。例如,对于要求高耐热性的铸件,要准确控制铬元素的含量,因为铬含量直接影响其耐热性能。

考虑熔炼过程中的元素烧损情况,一般铬元素在熔炼过程中有一定烧损,所以配料时要适当增加铬铁的加入量,烧损率通常根据熔炼设备和工艺条件确定,可能在5% - 10%左右。

炉料搭配合理

回炉料的使用比例要适当,回炉料比例过高可能会带入较多的杂质和气体,影响铸件质量,但合理利用回炉料可以降低成本。

搭配不同碳含量的原料(如生铁和废钢)来控制铸铁的碳含量,使碳含量处于合适的范围,满足铸件性能要求。

熔剂添加

适量添加石灰石、萤石等熔剂,它们可以有效去除铁液中的杂质。例如,石灰石可以与铁液中的硫结合,生成硫化钙进入渣相而被除去。

注意熔剂的加入顺序,一般先加入部分熔剂,在熔炼过程中根据熔渣情况适当补充,确保熔渣具有良好的流动性和覆盖性,以保护铁液不被氧化。

高铬耐热铸铁的热处理工艺主要有以下几种:

淬火

升温阶段:将铸件加热到950 - 1050°C。这个温度范围可以使合金元素充分溶解,碳化物均匀化,让基体组织转变为奥氏体。例如,对于含铬量较高的高铬铸铁,高温有助于铬元素在奥氏体中均匀分布。

保温时间:根据铸件的尺寸和厚度来确定,一般每25mm厚度保温1 - 2小时左右,目的是保证组织充分均匀化。

淬火介质:常用油或风冷进行淬火。油冷淬火冷却速度相对较快,能获得较高的硬度;风冷淬火冷却速度较慢,可减小热应力,避免铸件产生裂纹。

回火

低温回火:温度通常在200 - 300°C,主要用于消除淬火应力,稳定组织。这个过程可以降低铸件的脆性,提高韧性,同时对硬度的影响相对较小。

高温回火:温度在600 - 700°C,能够调整基体组织,使奥氏体部分分解,得到珠光体等组织,进一步改善铸件的韧性和强度,并且可以在一定程度上提高耐热性。

退火

完全退火:将铸件加热到850 - 950°C,保温适当时间后缓慢冷却。这可以细化晶粒,消除铸件的残余应力,改善切削性能,并且能够使组织均匀化,为后续的淬火等热处理做准备。

去应力退火:温度在500 - 600°C,主要是为了消除铸造过程和机械加工过程中产生的内应力,防止铸件在使用过程中发生变形或开裂。


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