中硅铸铁

这种铸铁在高温环境中形成一种稳定而致密的氧化物薄膜，能阻止铸铁的进一步氧化，同时，硅使铸铁形成的单一铁素体基体也使铸铁具有抗氧化性和杭生长性 。

由于铁素体中溶解了大量的过饱和硅，铸铁的硬度较高，韧性和导热性较差，铸造时内应力大，易于碎裂，因此需要进行时效处理，有时加入Ni、Cr、Mo，以提高其力学性能。

中硅铸铁是指含硅量4~6%的铸铁，是耐热铸铁的一种 。

基体组织为铁素体或铁素体加少量珠光体，石墨呈片状。耐热温度550~900℃。因硅含量很高，使共晶点左移，故铸铁碳含量一般为2.2~2.6%，以免初生石墨太多，降低铸铁力学性能及抗氧化性。

中硅耐热铸铁只适合于载荷小，不受冲击的零件，如锅炉部件、换热器等 。

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。

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2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。低铬铸铁的铸态组织通常为共晶碳化物 珠光体。

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4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。因此，低铬铸铁主要应用于球磨机磨球。

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。

铬铸铁是继普通白口铸铁、镍硬铸铁发展起来的第三代白口铸铁。高铬白口铸铁含铬量大于11%，铬、碳含量比值介于4~8之间。在这种条件下，高硬度的M7C3型碳化物几乎全部代替了M3C型碳化物。M7C3型碳化物基本上是以孤立的中空六角形存在，与呈网状连续分布的M3C型碳化物相比，大大增强了基体的连续性，因而整体材料的韧性显著提高。高铬铸铁已经是世所公认的优良的耐磨材料，在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面应用十分广泛。

常用的合金铸铁分为：耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。

合金铸铁耐磨铸铁

耐磨铸铁按其工作条件大致可分为两类：一种是在有润滑条件下工作的减摩铸铁，如机床导轨、气缸套、环和轴承等；另一种是在无润滑、受磨料磨损条件下工作的抗磨铸铁，如犁铧、轧辊及球磨机零件等。

1）减摩铸铁

减摩铸铁在有润滑、受黏着磨损条件下工作，如机床导轨、发动机缸套、活塞环、轴承等。减摩铸铁的组织通常是在软基体上牢固地嵌有坚硬的强化相。

一般珠光体灰铸铁能满足这一要求，铁素体是软基体，磨损后形成沟槽，可储存润滑油，以降低磨损；渗碳体是硬质相，起耐磨作用；片状石墨可起储油润滑作用。在普通灰铸铁中加入适量的磷、钒、铬、钼、稀土等元素，可增加珠光体，细化珠光体和石墨，进一步提高硬度和耐磨性。

在普通灰铸铁基础上，将磷含量提高到0.4%～0.6%，即形成高磷铸铁。磷可与铁素体或珠光体形成磷共晶（F Fe₃P，P Fe₃P或F P Fe₃P），呈断续网状分布在基体上，形成在软基体上分布着硬质相，显著提高了铸铁的耐磨性。由于普通高磷铸铁的强度和韧性较差，常加入铬、钼、钨、铜等合金元素，使其组织细化，进一步提高机械性能和耐磨性。

2）抗磨铸铁

抗磨铸铁在干摩擦及磨粒磨损条件下工作．如轧辊、犁铧、磨球等。这类铸铁不仅受到严重的磨损，而且承受很大的负荷，应具有高而均匀的硬度。

白口铸铁就属于这类铸铁。但其脆性大，不能承受冲击荷载，只能用于制造犁铧、泵体、研磨机械的衬板、磨球等。

生产中常用激冷方法来获得冷硬铸铁，即将铁液注入放有冷铁的金属模成型，铸件表层因冷速快得到一定深度的白口层而获得高硬度、高耐磨性，而心部为灰口铸铁，具有一定的强度和韧性。广泛用来制造轧辊、车轮等耐磨件。

在白口铸铁的基础上加入14%～20%的铬和少量的钼、镍、铜等元素形成的高铬铸铁，组织中存在大量富铬的M₇C₃型碳化物，其硬度极高，且分布不连续，使铸铁既具有很高的耐磨性，其韧性也得到改善：可用于制造大型球磨机的衬板和破碎机的锤头等零件。

ω（Mn）=5.0%～9.5%，ω（Si）=3.3%～5.0%的中锰合金球磨铸铁，组织为马氏体、残余奥氏体、碳化物和球状石墨，具有较高的强度、硬度和冲击韧性，适于制造在冲击载荷和磨损条件下工作的零件，如犁铧、磨球及拖拉机履带板等。可代替部分高锰钢和锻钢。

合金铸铁耐热铸铁

耐热铸铁指在高温下具有良好的抗氧化和抗生长能力的铸铁。氧化是铸铁在高温下与周围气氛接触使表层发生化学腐蚀的现象。生长是铸铁在反复加热冷却时产生的不可逆体积长大的现象：铸件“生长”的原因是氧化性气体沿石墨片边界或裂纹渗入铸铁内部发生内氧化；铸件中的渗碳体在高温下分解成密度小的石墨及在加热冷却过程中铸铁基体组织发生相变引起体积的不可逆膨胀。结果将使铸件失去精度和产生微裂纹。

因此，制造高温铸铁件，如加热炉炉底板、换热器、坩埚、废气管道及压铸模等，必须使用耐热铸铁制造。

通常在铸铁中加入铝、硅、铬等合金元素提高铸铁的临界温度，得到单相铁素体基体，消除渗碳体分解造成的生长现象；通常还能形成致密稳定的氧化膜，具有良好的保护作用，阻止铸铁继续氧化和生长。通过加入球化剂和铬、镍等合金元素，促使石墨细化和球化，球状石墨互不连通可防止或减少氧化性气体渗入铸铁内部。

耐热铸铁按其成分可分为硅系、铝系、硅铝系及铬系等。

合金铸铁耐蚀铸铁

在石油化工、造船等工业中，阀门、管道、泵体、容器等各种铸铁件经常在大气、海水及酸、碱、盐等介质中工作，要求具有较高的耐蚀性能。普通铸铁通常是由石墨、渗碳体和铁素体组成的多相合金在电解质溶液中，石墨的电极电位最高，渗碳体次之，铁素体最低。因此，铁素体将不断被溶解，产生严重的电化学腐蚀。为了提高铸铁基体的电极电位，并使铸铁表面形成一层致密的钝化膜，需加入大量的硅、铝、铬、镍、铜等合金元素，同时应尽量降低耐蚀铸铁中的渗碳体和石墨含量，且组织最好为铁素体加上孤立分布的球状石墨组织。

耐蚀铸铁分为高硅、高铝、高铬耐蚀铸铁等，其中以高硅耐蚀铸铁应用最广。