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高铬合金耐磨铸铁生产技术

一、高铬铸铁的熔炼

1. 高铬铸铁化学成分( 见下表)



2. 原料要求



另外, 还需工业纯铜和废旧电极块( 用于调整碳含量) 等。

3. 熔炼工艺要求
( 1) 出炉温度 高铬铸铁的熔点比一般铸铁高, 约为1200 ℃, 出炉温度约为1500 ℃, 熔炼选用中频感应电炉。
( 2) 炉衬 采用酸性或碱性炉衬均可, 炉衬的配比、打结、烘干和烧结均按常规工艺进行。
( 3) 装料 一般按正常顺序加料, 先将灰生铁、钼铁等难熔铁合金装入炉底, 而后将废钢等按照下紧上松的原则装填( 有助于塌料) 。
( 4) 送电熔化 将电炉功率调至最大进行熔化, 由于Cr 的熔炼损耗较大( 约5 % ~15 %) , 故铬铁应在最后加入, 通常是待废钢全部熔化后加入烤红的铬铁。
( 5) 脱氧 待金属炉料全部熔化并提温至1480 ℃后, 再加入锰铁、硅铁及铝进行脱氧。
( 6) 浇注 在中频感应炉中熔化, 温度不必太高,温度达到1480 ℃时即可出炉, 铁液在包内应停留一段时间进行镇静, 视工件大小不同可在1380 ~1410 ℃之间进行浇注。

二、生产工艺要点
(1) 高铬铸铁铸造性能较差, 其热导率低, 塑性差, 收缩量大, 且有大的热裂和冷裂倾向, 在铸造工艺上要将铸钢和铸铁的特点结合起来考虑, 必须充分注意铸件的补缩问题, 其原则与铸钢件相同( 采用冒口和冷铁, 且遵循顺序凝固原理) 。由于合金中铬含量高, 易在铁液表面结膜, 所以看起来铁液流动性差, 但实际上流动性较好。
( 2) 造型宜采用水玻璃硅砂等强度高且透气性好的砂型, 涂料应采用耐火度高的高铝粉或镁粉与酒精混合拌制。另外, 为获得细晶粒组织和好的表面质量, 在铸件外形不太复杂的情况下, 金属型铸造也被广泛采用。
( 3) 高铬铸铁的收缩量与铸钢相近, 模样制作上其线收缩率可按1. 8 % ~2 % 进行计算。在砂型制作上, 其冒口大小可按碳钢的规定进行计算, 而浇注系统则按灰铸铁计算, 但需把各截面积增加20 % ~30 % 。浇冒口的选择应注意两个方面: 一是要保证铸件工作带( 使用部位) 的质量; 二是要尽量提高铸件的成品率。
( 4) 由于高铬铸件的冒口不易切除, 因此造型时在冒口形式上宜采用侧冒口或易割冒口。
( 5) 在具体零件的铸造工艺设计上, 要注意不能让铸件出现受阻收缩, 以免造成开裂。另外, 浇注后开箱温度过高也极易造成铸件开裂, 540 ℃以下的缓冷是十分必要的, 应使铸件在铸型中充分冷却, 然后再开箱清砂, 或开箱后先勿清砂而堆在一起( 铸件、浇冒系统等) 围干砂缓冷。开箱周围环境必须保持干燥, 不得潮湿有水, 否则极易造成铸件裂纹。
( 6) 浇注温度要低, 有利于细化树枝晶和共晶组织, 而且可避免出现因温度过高而造成的收缩过大及表面粘砂等缺陷。浇注温度一般比其液相线( 1290 ~1350 ℃) 高55 ℃左右, 轻小件一般控制在1380 ~1420 ℃,壁厚100mm以上的厚重件控制在1350 ~1400 ℃。

三、高铬铸铁的热处理

1. 退火
由于高铬制品其铸态硬度较高, 为改善工件的机械加工性能, 所有毛坯必须进行必要的软化退火处理。
具体工艺( 工艺曲线见图1 , 以壁厚不超过100mm且外形较复杂铸件为例) 如下。


首先将需处理工件在室温下装入热处理炉, 然后随炉缓慢升温至400 ℃ 左右进行保温1 ~2h, 随后将炉温升至600 ℃再进行保温1 ~2h, 之后以不超过150 ℃/ h的温升速度, 将炉温快速升至950 ℃后进行2 ~3h 的保温, 而后停止加热, 待炉温自然降至820 ℃ 左右, 此后可控制电炉以10 ~15 ℃/ h 的温降速度将炉温降至700 ~720 ℃, 并在此温度保温4 ~6h ( 工件越厚其保温时间应越长) 后停炉, 工件可视情况随炉冷却或出炉置于静止的空气中冷却至室温( 以获得珠光体基体, 满足性能要求, 便于切削加工) 。
具体生产中, 若所处理工件形状较为简单, 也可采用较快速的退火工艺, 即在温升至950 ℃并保温3h 后停炉, 之后可随炉冷却至400 ℃ 左右, 然后打开炉门, 继续冷却至300 ℃以下, 工件即可出炉空冷。

工件退火后可进行机械加工, 由于高铬白口铸铁在淬火过程中尺寸变化比铸钢和灰铸铁小的多, 一般无须矫正尺寸, 对于按工艺要求需磨削加工的工件所留磨削量也可很小。

2. 淬火
将机械加工后的工件室温装炉, 以小于80 ℃/ h 的温升速度将炉温升至600 ℃ ( 若工件较厚或形状较复杂,可在温升至300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃ 时分别给予0. 5h 的保温) , 之后以不超过150 ℃/ h 的温升速度将炉温升至淬火温度950 ~980 ℃后进行保温, 保温时间为2~4h ( 视工件厚薄不同保温时间有所差别, 越厚保温时间越长) , 而后将工件快速出炉进行空冷, 若遇环境气温较高, 淬火时应辅以强风和水雾喷洒, 以强化冷却,淬火工艺曲线如图2 所示。


3. 回火
为降低铸件残余应力和脆性, 并保持其淬火得到的高硬度和耐磨性, 同时也使马氏体得以回火, 以及残余奥氏体有所减少, 应对淬火后的工件再进行230 ~260 ℃的回火处理。具体工艺为: 将工件在室温状态下装炉, 再升温至230 ~260 ℃, 保温3 ~6h, 之后出炉空冷。

四、高铬合金铸铁的性能
(1) 其硬度性能在铸态时为50 ~54HRC, 退火后为38 ~43HRC, 淬火后为60 ~67HRC。硬度随碳含量变化而变化, 低碳时韧性好而硬度低, 适用于冲击载荷较大的场合; 高碳时硬度也稍高, 适用于冲击载荷较小的场合, 表现出良好的耐磨性。
( 2) 高铬白口铸铁密度为7. 6 ~7. 7g / cm3 。
( 3) 其线收缩率为1. 8 % ~2. 0 % , 体收缩率7. 5 %~8. 0% , 在1400 ℃时流动性为300 ~500mm。

五、结语
( 1) 根据高铬铸铁性能特点, 合理制定熔炼工艺,以满足基体组织要求。
( 2) 热处理是获得合格高铬铸铁的必要手段, 因此制定合理的热处理工艺显得十分重要。

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