第五節　耐磨灰鑄鐵與白口鑄鐵

一、氣缸套用的耐磨灰鑄鐵

動力機械中的發動機中最易損壞的部件就是氣缸套和活塞環，氣缸套磨損之后引起發動機功率下降，油耗增加。近年來，世界各國發動機向著高速高效方向發展，對氣缸套與發動機的壽命要求提出了更高的要求，因此氣缸套用的耐磨灰鑄鐵的研發應運而生。

氣缸套的失效主要以磨損失效為主，個別情況下也有發生穴蝕而失效的，而磨損失效常有因道路塵埃和燃燒產物造成磨料磨損，磨料粒子在活塞環的壓力下嵌入氣缸套基體金屬表面而形成犁削的溝槽。另外氣缸套中燃燒的氣體壓力也會引起滑潤油膜破裂，造成氣缸套與活塞環局部金屬接觸。在燃燒熱和摩擦熱的影響下，金屬接觸面發生氧化而后焊合撕落，即熔著或黏著磨損。

研究結果表明提高氣缸套使用壽命的著眼點就是針對以上兩類磨損，要求設計材料要有較以往氣缸套材料更能抵抗磨料磨損和黏合磨損的物理化學性能和顯微組織結構。

化學成分：碳3.0％～3.5％，硅3.0％～3.6％，錳0.4％～0.8％，磷0.25％～0.4％，硫≤0.08％，鉻0.5％～0.8％，釩0.30％～0.40％，鈦0.15％～0.25％，銻0.04％。其顯微組織為：基體為珠光體、釩和鈦的小粒子碳化物均勻分布，少許磷共晶。鐵素體須限制在3％以下，細小的A型石墨片。力學性能：σ_b≥200MPa，布氏硬度HBN 220～280。

生產工藝為沖天爐或感應爐熔化鐵水，微量元素均可爐前沖入，僅硅鐵需加入爐內，出爐溫度≥1450℃，采用潮砂型澆鑄。

二、高鉻低合金抗磨白口鑄鐵

早在20世紀中期，美英等國家就在礦山、發電、冶金工業中廣泛使用Cr₁₅Mo₃材料，來制造球磨機中的襯板取代ZGMn₁₃襯板，其使用壽命是ZGMn₁₃的4倍以上。用它制作雜質泵的葉輪、泵體等也是壽命最長的材質。近年來，日本在中國的合資企業（如冀東水泥廠等）都嚴格要求必須使用Cr₁₅Mo₃；作為襯板、錘頭和磨球（尤其生產白水泥必須用它）。但Cr₁₅Mo₃的造價太高，在中國難于廣泛應用。

為了降低此材料的生產成本，而綜合性能又與Cr₁₅Mo₃基本相當。經研究和試用驗證，制定了較適于中國情況的材料。用這種新材料和工藝制造襯板、顎板等抗磨鑄件，其使用壽命是高錳鋼件的數倍。

化學成分：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％。主要原材料為生鐵、廢鋼及相應的鐵合金。生產工藝：中頻爐熔化。硼鐵、稀土等作變質處理劑，熱處理為930℃、保溫3～4h后空氣中吹風冷卻。樣品的金相組織為馬氏體基體+復合碳化物+奧氏體。測試其性能：HRC55～60，α_k≥40J/cm²。

該鑄鐵應用實例：在某水泥廠用作球磨機襯板使用對比，運行8045h，高錳鋼失重52.35kg，高硬合金白口鑄鐵失重5.815kg；在某選礦廠用作風扇磨打擊板對比，高錳鋼使用壽命360h，磨損16.67kg，相對耐磨比率100％。高硬合金白口鑄鐵使用壽命1080h，磨損4.63kg，相對耐磨比率360％；于某構件廠用作板錘，壽命也是高錳鋼的數倍。用作以上三種產品，均無一發生斷裂。

三、鉻28耐酸耐磨鑄鐵

當鑄鐵構件除需耐磨外，還有較強的酸性腐蝕介質時，與耐蝕不銹鋼相似，需對鑄鐵中添加大量的鉻元素來提高鑄鐵的耐蝕性。以鉻28耐酸耐磨鑄鐵（近似ASTM A532第三類型號A）為例，其具體的化學成分為：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％。當構件需機加工時，必須作退火處理，機加工之后，必須正火（1050℃空冷，使組織轉化為馬氏體）和回火（535～435℃），有消除應力和時效強化作用。具體熱處理工藝如下。

退火：為保持升溫速度<110℃/小時緩慢加熱至649℃后再升溫至955℃，保溫2h之后，以每小時<100℃降溫，在爐內冷卻至699℃之后在爐內自然冷卻。

正火：緩慢加熱至649℃，然后升溫至1050～1065℃，保溫2h（每增大25mm壁厚，增長保溫30min）。鑄件出爐在空氣中冷卻至535℃（鑄件表面變黑）。

回火：把鑄件放入事先預熱到535℃的爐中保溫1h，緩慢降溫（<57℃/h）至93℃，再升溫（<83℃/h）至430～450℃，保溫6h，之后爐內冷卻至90℃以下取出鑄件。

該鑄鐵實測鑄態時布氏硬度（HB）為450，顯微組織為碳化物+索氏體，經退火后為HB350，正火后為HB 713，顯微組織為碳化物+馬氏體。