高鉻鑄鐵簡介
高鉻鑄鐵是高鉻白口抗磨鑄鐵的簡稱，是一種性能優(yōu)良而受到特別重視的抗磨材料。它以比合金鋼高得多的耐磨性，和比一般白口鑄鐵高得多的韌性、強(qiáng)度，同時它還兼有良好的抗高溫和抗腐蝕性能，加之研制便捷、成本適中，而被譽(yù)為當(dāng)代優(yōu)良的抗磨料磨損材料之一。
高鉻鑄鐵屬金屬耐磨材料、抗磨鑄鐵類鉻系抗磨鑄鐵的一個重要分支，是繼普通白口鑄鐵、鎳硬鑄鐵而發(fā)展起來的第三代白口鑄鐵。早在1917年就出現(xiàn)了第一個高鉻鑄鐵專利。高鉻鑄鐵一般泛指含Cr量在11-30%之間，含C量在2.0-3.6%之間的合金白口鑄鐵。
抗磨白口鑄鐵國家標(biāo)準(zhǔn)
我國抗磨白口鑄鐵國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T8263）規(guī)定了高鉻白口鑄鐵的牌號、成分、硬度及熱處理工藝和使用特性。其典型成分及工藝如下表：
 
表1  高鉻鑄鐵的牌號及化學(xué)成分（%）
牌號 C Mn Si Ni Cr Mo Cu P  S
KmTBCr12 2.0-3.3 ≤2.0 ≤1.5 ≤2.5 11.0-14.0 ≤3.0 ≤1.2 ≤0.10 ≤0.06
KmTBCr15Mo 2.0-3.3 ≤2.0 ≤1.2 ≤2.5 11.0-18.0 ≤3.0 ≤1.2 ≤0.10 ≤0.06
KmTBCr20Mo 2.0-3.3 ≤2.0 ≤1.2 ≤2.5 18.0-23.0 ≤3.0 ≤1.2 ≤0.10 ≤0.06
KmTBCr26 2.0-3.3 ≤2.0 ≤1.2 ≤2.5 23.0-30.0 ≤3.0 ≤1.2 ≤0.10 ≤0.06

 
表2  高鉻鑄鐵的硬度
牌號 鑄態(tài)或去應(yīng)力處理 硬化態(tài)或硬化態(tài)去應(yīng)力處理 軟化退化態(tài)
HRC HBW HRC HBW HRC HBW
KmTBCr12 ≥46 ≥450 ≥56 ≥600 ≤41 ≤400
KmTBCr15Mo ≥46 ≥450 ≥58 ≥650 ≤41 ≤400
KmTBCr20Mo ≥46 ≥450 ≥58 ≥650 ≤41 ≤400
KmTBCr26 ≥46 ≥450 ≥56 ≥600 ≤41 ≤400

 
表3 高鉻鑄鐵件熱處理規(guī)范
牌號 軟化退火處理 硬化處理 去應(yīng)力處理
KmTBCr12 920-960℃保溫1-8h,緩冷至700-750℃保溫4-8h,冷至600℃以下出爐空冷或爐冷 920-980℃保溫2-6h，出爐空冷 200-300℃保溫2-8h，出爐空冷或爐冷
KmTBCr15Mo 920-960℃保溫1-8h,緩冷至700-750℃保溫4-8h,緩冷至600℃以下出爐空冷或爐冷 920-980℃保溫2-6h，出爐空冷 200-300℃保溫2-8h，出爐空冷或爐冷
KmTBCr20Mo 960-1000℃保溫1-8h,緩冷至700-750℃保溫4-10h,緩冷至600℃以下出爐空冷或爐冷 960-1020℃保溫2-6h，出爐空冷 200-300℃保溫2-8h，出爐空冷或爐冷
KmTBCr26 960-1060℃保溫2-6h，出爐空冷

美國高鉻鑄鐵執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為ASTMA532M，英國為BS4844，德國為DIN1695，法國為NFA32401。俄羅斯在前蘇聯(lián)時期曾研制了12-15%Cr、3-5.5%Mn，壁厚達(dá)200mm的球磨機(jī)襯板，現(xiàn)執(zhí)行?OCT7769標(biāo)準(zhǔn)。特別值得一提的是在近一個世紀(jì)里，曾為抗磨白口鑄鐵做出了卓越貢獻(xiàn)的美國克萊梅克斯（Climax）鉬業(yè)公司。1928年該公司首先發(fā)明了鎳硬鑄鐵，把抗磨鑄鐵科技推向了一個空前高度。1974年為紀(jì)念國際GIFA，在杜賽爾多夫展覽會上展示了名為“神秘1號”和“神秘2號”。即經(jīng)典的高鉻抗磨鑄鐵153（Cr15Mo3）和1521（Cr15Mo2Cu），現(xiàn)如今克萊梅克斯公司執(zhí)行高鉻鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)如下，
 
表4    美國Climax鉬公司規(guī)定的高鉻鑄鐵成分（質(zhì)量分子數(shù)）%
成分
牌號 12-1 15-3 15-2-1 20-2-1
超高碳 高碳 中碳 低碳
C 3.0-3.5 3.6-4.3 3.2-3.6 2.8-3.2 2.4-2.8 2.8-3.5 2.6-2.9
Cr 11-14 14-16 14-16 14-16 14-16 14-16 18-21
Mo 0.5-1.0 2.5-3.0 2.5-3.0 2.5-3.0 2.4-2.8 1.9-2.2 1.4-2.0
Cu <1.0 - - - - 0.5-1.2 0.5-1.2
Mn 0.5-0.8 0.7-1.0 0.7-1.0 0.5-0.8 0.5-0.8 0.6-0.9 0.6-0.9
Si 0.5-0.8 0.3-0.8 0.53-0.8 0.3-0.8 0.3-0.8 0.4-0.8 0.4-0.9
S <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05
P <0.10 <0.10 <0.10 <0.10 <0.10 <0.06 <0.06
空冷時不出現(xiàn)珠光體的大斷面(mm) ? - 70 90 120 200① >200
硬度HRC 鑄態(tài) 60-67 51-56 50-54 44-48 50-55 50-54
淬火 62-67 60-65 58-63 60-67 60-67
退火 40-44 36-42 35-40 40-44 38-43

注：①碳含量為下限時，大斷面中可能出現(xiàn)貝氏體。
用途
在采礦、水泥、電力、筑路機(jī)械、耐火材料等方面應(yīng)用十分廣泛，常見于襯板，錘頭，磨球材質(zhì)。
80年代以后更被廣泛用于拋丸清理機(jī)的室體制作和拋丸器葉片、襯板的制作上，能非常有效防止高速密集的彈丸束擊穿鋼板殼體。
高鉻鑄鐵 熔煉工藝要求
  
 (1) 出爐溫度高鉻鑄鐵的熔點比一般鑄鐵高，約為1200 ℃， 出爐溫度約為1500 ℃，熔煉選用中頻感應(yīng)電爐。 
 (2) 爐襯 采用酸性或堿性爐襯均可，爐襯的配比、打結(jié)、烘干和燒結(jié)均按常規(guī)工藝進(jìn)行。
 (3) 裝料 一般按正常順序加料，先將灰生鐵、鉬鐵等難熔鐵合金裝入爐底， 而后將廢鋼等按照下緊上松的原則裝填(有助于塌料) 。   
(4) 送電熔化 將電爐功率調(diào)至大進(jìn)行熔化， 由于Cr 的熔煉損耗較大( 約5 % ～15 %) ，故鉻鐵應(yīng)在后加入， 通常是待廢鋼全部熔化后加入烤紅的鉻鐵。   
(5) 脫氧 待金屬爐料全部熔化并提溫至1480 ℃后， 再加入錳鐵、硅鐵及鋁進(jìn)行脫氧。   
(6) 澆注 在中頻感應(yīng)爐中熔化，溫度不必太高，溫度達(dá)到1480 ℃時即可出爐， 鐵液在包內(nèi)應(yīng)停留一段時間進(jìn)行鎮(zhèn)靜， 視工件大小不同可在1380 ～1410 ℃之間進(jìn)行澆注。  
 
 高鉻鑄鐵研制工藝要點   
(1) 高鉻鑄鐵鑄造性能較差， 其熱導(dǎo)率低， 塑性差， 收縮量大， 且有大的熱裂和冷裂傾向， 在鑄造工藝上要將鑄鋼和鑄鐵的特點結(jié)合起來考慮， 必須充分注意鑄件的補(bǔ)縮問題， 其原則與鑄鋼件相同( 采用冒口和冷鐵， 且遵循順序凝固原理) 。由于合金中鉻含量高， 易在鐵液表面結(jié)膜，所以看起來鐵液流動性差， 但實際上流動性較好。   
(2) 造型宜采用水玻璃硅砂等強(qiáng)度高且透氣性好的砂型， 涂料應(yīng)采用耐火度高的高鋁粉或鎂粉與酒精混合拌制。另外， 為獲得細(xì)晶粒組織和好的表面質(zhì)量， 在鑄件外形不太復(fù)雜的情況下， 金屬型鑄造也被廣泛采用。   
(3) 高鉻鑄鐵的收縮量與鑄鋼相近， 模樣制作上其線收縮率可按1. 8 % ～2 % 進(jìn)行計算。在砂型制作上， 其冒口大小可按碳鋼的規(guī)定進(jìn)行計算， 而澆注系統(tǒng)則按灰鑄鐵計算， 但需把各截面積增加20 % ～30 % 。澆冒口的選擇應(yīng)注意兩個方面: 一是要保證鑄件工作帶( 使用部位) 的質(zhì)量; 二是要盡量提高鑄件的成品率。   
(4) 由于高鉻鑄件的冒口不易切除， 因此造型時在冒口形式上宜采用側(cè)冒口或易割冒口。   
(5) 在具體零件的鑄造工藝設(shè)計上， 要注意不能讓鑄件出現(xiàn)受阻收縮， 以免造成開裂。另外， 澆注后開箱溫度過高也極易造成鑄件開裂， 540 ℃以下的緩冷是十分必要的， 應(yīng)使鑄件在鑄型中充分冷卻， 然后再開箱清砂， 或開箱后先勿清砂而堆在一起( 鑄件、澆冒系統(tǒng)等) 圍干砂緩冷。開箱周圍環(huán)境必須保持干燥， 不得潮濕有水， 否則極易造成鑄件裂紋。   
(6) 澆注溫度要低， 有利于細(xì)化樹枝晶和共晶組織， 而且可避免出現(xiàn)因溫度過高而造成的收縮過大及表面粘砂等缺陷。澆注溫度一般比其液相線( 1290 ～1350 ℃) 高55 ℃左右， 輕小件一般控制在1380 ～1420 ℃，壁厚100mm以上的厚重件控制在1350 ～1400 ℃。