第五节　耐磨灰铸铁与白口铸铁

一、气缸套用的耐磨灰铸铁

动力机械中的发动机中最易损坏的部件就是气缸套和活塞环，气缸套磨损之后引起发动机功率下降，油耗增加。近年来，世界各国发动机向着高速高效方向发展，对气缸套与发动机的寿命要求提出了更高的要求，因此气缸套用的耐磨灰铸铁的研发应运而生。

气缸套的失效主要以磨损失效为主，个别情况下也有发生穴蚀而失效的，而磨损失效常有因道路尘埃和燃烧产物造成磨料磨损，磨料粒子在活塞环的压力下嵌入气缸套基体金属表面而形成犁削的沟槽。另外气缸套中燃烧的气体压力也会引起滑润油膜破裂，造成气缸套与活塞环局部金属接触。在燃烧热和摩擦热的影响下，金属接触面发生氧化而后焊合撕落，即熔着或黏着磨损。

研究结果表明提高气缸套使用寿命的着眼点就是针对以上两类磨损，要求设计材料要有较以往气缸套材料更能抵抗磨料磨损和黏合磨损的物理化学性能和显微组织结构。

化学成分：碳3.0％～3.5％，硅3.0％～3.6％，锰0.4％～0.8％，磷0.25％～0.4％，硫≤0.08％，铬0.5％～0.8％，钒0.30％～0.40％，钛0.15％～0.25％，锑0.04％。其显微组织为：基体为珠光体、钒和钛的小粒子碳化物均匀分布，少许磷共晶。铁素体须限制在3％以下，细小的A型石墨片。力学性能：σ_b≥200MPa，布氏硬度HBN 220～280。

生产工艺为冲天炉或感应炉熔化铁水，微量元素均可炉前冲入，仅硅铁需加入炉内，出炉温度≥1450℃，采用潮砂型浇铸。

二、高铬低合金抗磨白口铸铁

早在20世纪中期，美英等国家就在矿山、发电、冶金工业中广泛使用Cr₁₅Mo₃材料，来制造球磨机中的衬板取代ZGMn₁₃衬板，其使用寿命是ZGMn₁₃的4倍以上。用它制作杂质泵的叶轮、泵体等也是寿命最长的材质。近年来，日本在中国的合资企业（如冀东水泥厂等）都严格要求必须使用Cr₁₅Mo₃；作为衬板、锤头和磨球（尤其生产白水泥必须用它）。但Cr₁₅Mo₃的造价太高，在中国难于广泛应用。

为了降低此材料的生产成本，而综合性能又与Cr₁₅Mo₃基本相当。经研究和试用验证，制定了较适于中国情况的材料。用这种新材料和工艺制造衬板、颚板等抗磨铸件，其使用寿命是高锰钢件的数倍。

化学成分：C 2.4％～2.7％，Cr 14％～16％，Mo 0.9％～1.2％，Cu 0.6％～1.0％，Si 0.9％～1.3％，Mn 1.2％～1.8％，B 0.005％～0.01％，RE 0.05％～0.1％。主要原材料为生铁、废钢及相应的铁合金。生产工艺：中频炉熔化。硼铁、稀土等作变质处理剂，热处理为930℃、保温3～4h后空气中吹风冷却。样品的金相组织为马氏体基体+复合碳化物+奥氏体。测试其性能：HRC55～60，α_k≥40J/cm²。

该铸铁应用实例：在某水泥厂用作球磨机衬板使用对比，运行8045h，高锰钢失重52.35kg，高硬合金白口铸铁失重5.815kg；在某选矿厂用作风扇磨打击板对比，高锰钢使用寿命360h，磨损16.67kg，相对耐磨比率100％。高硬合金白口铸铁使用寿命1080h，磨损4.63kg，相对耐磨比率360％；于某构件厂用作板锤，寿命也是高锰钢的数倍。用作以上三种产品，均无一发生断裂。

三、铬28耐酸耐磨铸铁

当铸铁构件除需耐磨外，还有较强的酸性腐蚀介质时，与耐蚀不锈钢相似，需对铸铁中添加大量的铬元素来提高铸铁的耐蚀性。以铬28耐酸耐磨铸铁（近似ASTM A532第三类型号A）为例，其具体的化学成分为：Cr 26％～28％，C 1.8％～2％，Si 0.4％～0.8％，Mn 0.4％～0.8％，S <0.06％，Mo 0.4％～0.6％，Ni <0.2％，Cu <0.1％。当构件需机加工时，必须作退火处理，机加工之后，必须正火（1050℃空冷，使组织转化为马氏体）和回火（535～435℃），有消除应力和时效强化作用。具体热处理工艺如下。

退火：为保持升温速度<110℃/小时缓慢加热至649℃后再升温至955℃，保温2h之后，以每小时<100℃降温，在炉内冷却至699℃之后在炉内自然冷却。

正火：缓慢加热至649℃，然后升温至1050～1065℃，保温2h（每增大25mm壁厚，增长保温30min）。铸件出炉在空气中冷却至535℃（铸件表面变黑）。

回火：把铸件放入事先预热到535℃的炉中保温1h，缓慢降温（<57℃/h）至93℃，再升温（<83℃/h）至430～450℃，保温6h，之后炉内冷却至90℃以下取出铸件。

该铸铁实测铸态时布氏硬度（HB）为450，显微组织为碳化物+索氏体，经退火后为HB350，正火后为HB 713，显微组织为碳化物+马氏体。