高鉻鑄鐵，又稱高鉻白口抗磨鑄鐵，是一種性能優異且備受關注的抗磨材料。它以其高于合金鋼的耐磨性，以及優于一般白口鑄鐵的韌性和強度，同時還具備良好的抗高溫和抗腐蝕性能，因其生產便捷、成本適宜，被譽為當今最優秀的抗磨料磨損材料之一。
物理性質
組織特征
高鉻鑄鐵是繼普通白口鑄鐵、鎳硬鑄鐵之后發展的第三代耐磨材料。其獨特的組織結構使其具有更高的韌性、高溫強度、耐熱性和耐磨性。高鉻鑄鐵常呈現出以奧氏體為主的多相組織，這一組織結構在高溫環境下能夠更好地發揮材質本身的能力。
化學組成
高鉻鑄鐵是由鐵、鉻、碳為主要成分的多元合金。初始凝固狀態下，其基體為奧氏體，這種奧氏體在較高溫度下穩定，并由C、Cr等元素飽和。隨著溫度下降，奧氏體會發生變化。通常情況下，高鉻鑄鐵顯示出以奧氏體為主的多相組織，這種組織結構的鑄鐵在高溫下使用，能夠更有效地發揮材質潛力。
耐磨機制
高鉻鑄鐵的良好耐磨性主要歸功于其基體組織和碳化物的類型及其分布特點。高鉻鑄鐵中含有12%至28%的鉻，這導致白口鐵中的M3C型碳化物轉變為M7C3型碳化物。這種合金碳化物非常堅硬，賦予了高鉻鑄鐵出色的耐磨性。此外，在凝固過程中，M7C3型碳化物呈桿狀獨立分布，從而提升了高鉻鑄鐵的韌性。
標準規范
抗磨白口鑄鐵國家標準
中國的抗磨白口鑄鐵國家標準（GB/T8263）規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。其中，典型的成分及工藝見下表：
其他國家的標準
除了中國的國家標準外，其他國家也有相應的高鉻鑄鐵執行標準，包括美國的ASTMA532M、英國的BS4844、德國的DIN1695和法國的NFA32401。俄羅斯在蘇聯時期研發了含有12-15%鉻、3-5.5%錳的球磨機襯板，目前執行的標準為?OCT7769。美國克萊梅克斯（Climax）鉬業公司在抗磨白口鑄鐵領域有著杰出的貢獻，他們曾在1928年發明了鎳硬鑄鐵，并在1974年的國際GIFA展會上展示了一系列經典產品，其中包括高鉻抗磨鑄鐵153（Cr15Mo3）和1521（Cr15Mo2Cu）。目前，克萊梅克斯公司執行的高鉻鑄鐵標準如下所示：
應用實例
在球磨機中的應用
高鉻鑄鐵磨球在水泥、電力、礦山等行業使用的球磨機中扮演著重要角色。作為球磨機的主要易損件之一，磨球需要兼具高耐磨性和高韌性。長治鋼鐵（集團）公司通過添加ree，改善了鑄鐵球的化學成分和均勻性，顯著提高了磨球的耐磨性。中國鋁業廣西分公司的研究人員也成功研制出一種磨球，其由特高鉻耐磨合金鑄鐵制成，具有良好的耐磨性和韌性，在氧化鋁廠原料車間球磨機上取得了顯著成效。安徽理工大學與淮化集團公司熱電廠的合作項目中，生產的高鉻鑄鐵磨球在淮化集團熱電廠Φ3.2m球磨機上使用，表現良好，破碎率低于0.5%。
在渣漿泵上的應用
渣漿泵在多個工業領域中廣泛使用，其過流部件如蝸殼、葉輪、前護板和后護板等在工作中不僅要承受物料的沖刷磨損，還要承受漿料的腐蝕作用。高鉻鑄鐵是渣漿泵過流件的理想材料，通過調整碳、鉻含量或選擇合適的工藝，可以獲得適應不同工況的最優效果。研究表明，鑄態和熱處理態的Cr28高鉻鑄鐵均顯示出了優越的耐腐蝕磨損性能。西安交通大學的研究成果表明，Cr28%左右的高鉻鑄鐵和經過稀土變質處理的高鉻鑄鐵具有良好的耐沖刷腐蝕性能，有望成為渣漿泵過流件的新材料。
在水泥磨上的應用
錳鋁復合高鉻鑄鐵的水泥磨磨輥襯板適用于有效截面較小的鑄件。對于厚大截面的磨輥襯板，需要具有一定抗沖擊性的高鉻鑄鐵品種。沈陽重型機械集團有限責任公司開發的高鉻鑄鐵襯板已在多種系列立磨、中速磨上投入使用。
在破碎機顎板上的應用
隨著破碎機規格的擴大和自動化程度的提升，顎板的耐磨性問題愈發凸顯。北京冶金設備研究院為河南黃河金礦生產的高鉻鑄鐵顎板，使用壽命遠超高錳鋼。江西科學研究所研制的高鉻鑄鐵顎板在滸坑鎢礦試用期間，其耐磨性較之高錳鋼有了顯著提升。
鑄造工藝
錘頭高鉻鑄鐵鑄造工藝
高鉻鑄鐵的化學成分設計通常采用亞共晶高鉻鑄鐵。在工藝上，可以通過調整碳含量來改變碳化物的數量。不含其他合金元素的高鉻鑄鐵，空淬最大直徑可達20mm，若要提高淬透性，則需加入合金元素。錳和銅都會降低Ms，可能導致殘留奧氏體量過多，因此分別控制在1.0%和1.5%以下。釩的價格較高，通常僅適用于不易熱處理的鑄件。硅會提高Ms，減少殘留奧氏體，但也降低淬透性，因此應加以控制。高鉻鑄鐵感應爐熔煉溫度為1480℃，足以滿足需求。澆注溫度不宜過高，以防收縮過大和粘砂。厚大件澆注溫度為1350-1400℃，一般件為1380-1420℃。高澆注溫度會導致冒口下方的縮孔增多，顯微縮松密集，晶粒組織粗大。模型收縮率為2%。冒口尺寸按照碳鋼設計，澆注系統參照灰鑄鐵設計。采用氣割法切割澆冒口易產生熱裂紋，宜采用易割冒口或側冒口，采用敲擊法去除。高鉻鑄鐵壽命短的主要原因是鑄件內部存在的縮孔、氣孔、夾雜等鑄造缺陷，因此必須高度重視鑄造工藝。高鉻鑄鐵易開裂，鑄造工藝設計應注意避免收縮受阻。鑄件應在鑄型中充分冷卻后再開箱，開箱過早或溫度過高易導致開裂。金屬型鑄造時，澆注溫度應保持在150℃以上，以防止鑄件冷卻過快開裂。采用高溫空淬，中低溫回火的熱處理，獲得高硬度的馬氏體基體。熱處理前的鑄態基體組織取決于鑄態冷卻速度。冷卻速度快時通常為奧氏體基體，隨冷卻速度降低，開始析出部分馬氏體、珠光體和奧氏體的混合物。冷卻速度繼續降低，可能獲得珠光體基體的組織。根據鉻含量和零件壁厚選擇最佳淬火溫度。Cr15高鉻鑄鐵的淬火溫度為940-970℃，Cr20高鉻鑄鐵的淬火溫度為960-1010℃。保溫時間根據壁厚選擇，一般2-4h，壁厚零件4-6h。空淬后的高鉻鑄鐵存在較大內應力，應及時進行回火熱處理。形狀復雜、壁厚懸殊的鑄件應嚴格控制升溫溫度，以免開裂。有時采用階梯式升溫更為安全。保溫時間應視鑄件壁厚、裝爐量、狀態和升溫速度等因素綜合考慮，以免因保溫時間不足而導致淬不透。高鉻鑄鐵出爐應進行脫氧處理。通常在爐中加0.5%錳鐵進行預脫氧，在爐中加0.25%硅鐵進行初脫氧，在包中加0.05%鋁進行終脫氧。熔煉過程中的溫度控制在1450℃，最后快速升溫至1480℃脫氧出爐。
參考資料 >
改善高鉻鑄鐵力學性能的研究方法.鑄鐵雜志社.2024-09-25