合金铸铁

在普通铸铁中加入合金元素而具有特殊性能的铸铁

合金铸铁（alloy cast iron）是指在普通铸铁中加入合金元素而具有特殊性能的铸铁。通常加入的合金元素有硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、钛、锑、锡等。合金铸铁根据合金元素的加入量分为低合金铸铁（合金元素含量<3%）、中合金铸铁（合金元素含量为>10%）。合金元素能使铸铁基体组织发生变化，从而使铸铁获得特殊的耐热、耐磨、耐腐蚀、无磁和耐低温等物理-化学性能，因此这种铸铁也叫“特殊性能铸铁”。合金铸铁广泛用于机器制造、冶金矿山、化工、仪表工业以及冷冻技术等部门。

简介

随着工业的发展，对铸铁性能的要求愈来愈高，即不但要求它具有更高的力学性能，有时还要求它具有某些特殊的性能，如高耐磨性、耐热及耐蚀等。为此向铸铁（灰口铸铁或球墨铸铁）铁液中加入一些合金元素，可获得具有某些特殊性能的合金铸铁。合金铸铁与相似条件下使用的合金钢相比，熔炼简便、成本低廉，其具有良好的使用性能。但它们大多具有较大的脆性，力学性能较差。

铸铁是由铁、碳和硅等组成的合金。它比碳钢含有较多硫、磷等杂质元素。为了进一步提高铸铁的力学性能或特殊性能，还可以加入合金元素，或提高硅、锰、磷等元素的含量，这种铸铁称为合金铸铁。

合金铸铁光谱

合金铸铁光谱标准样品成分如下：

铸铁中常用的合金元素

合金铸铁分类

常用的合金铸铁分为：耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。

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。

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。

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。

应用

铸铁中加入能形成致密氧化膜的元素，如Si、Cr、Al，等可提高铸铁的抗氧化性能。在500—700℃工作的耐热铸件，常用低铬（Cr：0.5—1.9%）或低铬低铜合金铸铁。在>800℃工作的零件，主要用高硅（Si>5%），高铝（Al：25%）和高铬（Cr：32—36%）的合金铸铁。目前硅和硅铝等合金铸铁应用较广，它们有很好的耐热性和高温强度。

合金铸铁件应用的范围甚为广泛。由于它们在使用中所表现出来的优越性和经济性，因而在某些情况下代替了铸钢件、锻件和可锻铸铁件。在大多数情况下，合金铸铁件且代替了非合金铸铁件。如：动力机、化工设备、泵和压缩机。轧研设备和耐磨铸件、工作母机、金属加工模具等。

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