镍含量对高铬铸铁组织结构及耐热性能的影响

利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、高温抗氧化试验以及高温热疲劳试验等研究了3种镍含量不同(0.65%、1.5%和3.05%)的高铬铸铁组织结构以及耐热性能。结果表明:3种高铬铸铁的物相均为奥氏体、马氏体和(Cr,Fe)_(7)C_(3)碳化物,镍含量的增加使得奥氏体含量增加,马氏体含量减少。高铬铸铁组织结构均由先共晶树枝晶以及枝晶间的共晶组织构成,镍含量的增加使得树枝晶粗化,共晶组织得到了细化。在高温抗氧化试验中,随着镍含量的增加,高铬铸铁的氧化增重减少,氧化层厚度减薄。3种高铬铸铁的氧化层都有内外两层,含0.65%和1.5%镍的高铬铸铁的外层主要元素是O和Fe,内层主要元素是O和Cr;含3.05%镍的高铬铸铁的外层主要元素是O和Cr,内层主要元素是O和Fe。高温热疲劳试验中,3种高铬铸铁的主裂纹均沿着V型缺口延展而出,随着镍含量的增加,主裂纹的长度减少。含3.05%镍的高铬铸铁的抗热疲劳性能比含0.65%镍的高铬铸铁提高了36%。

铌对渣浆泵高铬铸铁组织和性能影响

采用对比试验,分析讨论了铌对一种渣浆泵用高铬铸铁性能的影响。分别测量了材料的力学性能、硬度和耐磨性,并对组织进行了分析。结果表明,加入铌对高铬铸铁碳化物形态有明显的改变,这种改变提高了力学性能,同时也提高了材料耐磨性。

ICP-OES法测定高镍合金铸铁中锰铬镍铜

高镍合金铸铁已广泛用于制造耐高温的反应器、换热器等设备和构件以及高强度、高韧性的机械零件,先行国家标准方法对铸铁中高含量元素的测定都有局限性。本实验建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICPOES)同时测定高镍铸铁中锰、铬、镍、铜元素的方法。试验探讨了不同溶解方法对分析结果的影响,优选出最佳溶样方法:先加(1+1)硝酸溶解样品至剧烈反应后滴加浓盐酸和氢氟酸,最后加入高氯酸加热至冒烟,定容后测定。将该法应用于实际样品测定,测定结果锰的质量分数在0.05%~4%,镍的质量分数在0.05%~40%,铬的质量分数在0.05%~5%,铜的质量分数在0.05%~10%范围内。在选定的仪器工作条件下,各元素的校准曲线线性相关系数均大于0.999,方法中各元素的回收率为98.0%~105.6%,实际样品分析相对标准偏差RSD≤2.00%(n=11),将本方法应用于高镍铸铁标准物质中锰、铬、镍、铜元素的测定,结果与证书标称值吻合。

基于振动条件下高铬铸铁组织和性能的变化

高铬铸铁在凝固过程中,易形成粗大的初生碳化物,降低了材料的冲击韧性。通过在高铬铸铁凝固过程中外加机械振动处理,探究了振动工艺参数对碳化物形态、冲击韧性及耐磨性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜观察高铬铸铁显微组织的变化;利用X射线衍射和电子探针分析了物相组成。结果表明:与未经过振动处理的高铬铸铁相比,振动处理的高铬铸铁中M_(7)C_(3)型碳化物得到了细化,其冲击韧性较未处理高铬铸铁提高了16.36%;耐磨性提高了2.9倍。

不同热处理对一种高铬铸铁组织的影响

用X射线衍射(XRD)、磁性法和透射电镜(TEM)等方法研究了不同热处理对一种含Mo、Cu高铬铸铁的组织的影响。结果表明:高铬铸铁亚临界处理和去稳处理中,基体会以二次碳化物的形式析出过饱和的碳和合金元素,残余奥氏体发生马氏体转变。在亚临界处理中,处理温度越高,马氏体转变越快;在去稳处理过程中,当温度为1000℃时残余奥氏体量最少,随着处理温度的提高,残余奥氏体反而增多。二次碳化物析出的顺序是首先析出颗粒状的(Fe,Cr)23C6,然后随着保温时间的延长(Fe,Cr)23C6发生原位转变为M3C,基体部分转变为珠光体。

脉冲电流作用下高铬铸铁中碳化物形貌变化

借助金相显微镜、SEM、XRD、EDS对凝固过程中的30 mm×150 mm过共晶高铬铸铁试样通以电流强度为2000 A、频率为20 Hz的脉冲电流,对碳化物的形态、尺寸和种类进行分析研究。结果表明,脉冲电流作用下,高铬铸铁中碳化物尺寸显著减小,一部分杆状初生碳化物完全分解小片状,一部分初生碳化物局部溶解成2～3μm细小球状和絮状碳化物。剩余液相共晶反应获得的共晶团较常规铸态时的更加细密。脉冲电流作用下铸铁中碳化物不再为单一的M7C3型,同时出现了MC型、M7C0.45型、M23C6型等新类型的碳化物。

稀土对高铬铸铁碳化物形态及相变动力学的影响

研究了稀土元素对高铬铸铁中碳化物的影响，并对加稀土、不加稀土的高铬铸铁试样的连续冷却转变（ＣＣＴ）曲线进行了测定。结果表明，稀土元素能破碎高铬铸铁中的碳化物，使碳化物由网状、长条状向岛状、块状过渡。同时，稀土元素提高了高铬铸铁的固态相变温度并缩短了贝氏体的孕育期。

Nb在高铬铸铁型堆焊金属中的作用

在高铬铸铁型堆焊金属中,用7%的铌元素取代相同摩尔数的铬元素,制成含铌的明弧自保护药芯焊丝。运用彩色金相分析、扫描电镜及能谱分析、X射线物相分析、洛氏硬度测试等技术,研究了铌在高铬铸铁型堆焊金属中的作用,分析了线能量对高铬铸铁型堆焊金属组织和硬度的影响。结果表明:铌元素能够优先与碳结合,形成弥散分布的碳化铌结晶核心,阻止初生碳化物的生长,具有明显的细化晶粒作用。不论是否添加铌元素,同种堆焊金属线能量越小,碳化物尺寸越细小;裂纹数量越多,裂纹分布越均匀,且裂缝间隙越小。可以通过控制线能量来控制焊缝的裂纹分布,防止堆焊层脱落。改变线能量以及用7%的铌元素取代相同摩尔数的铬元素,其洛氏硬度值基本保持不变,均在60HRC左右。

过共晶高铬白口铸铁碳化物生长机制及影响因素分析

采用Mg基复合变质处理的方法,研究了过共晶高铬白口铸铁凝固过程中碳化物的生长机理及尺寸形态的变化特性。研究结果表明:在过共晶高铬白口铸铁结晶过程中,变质元素Mg不仅造成热力学过冷,而且Mg可能吸附于碳化物择优长大的晶面上,起到阻碍碳化物片状长大的作用,使碳化物趋于细小、孤立,且边部钝化,使冲击韧度显著提高。

Cr20高铬铸铁的摩擦磨损及高温抗氧化性能

以Cr20高铬铸铁作为垃圾焚烧炉排片材质,结合工况条件考察其摩擦磨损及高温抗氧化性能。利用销盘式摩擦磨损试验机研究了合金在260℃下的磨损特性,采用增重法研究了Cr20高铬铸铁在800～1000℃下的氧化动力学,并利用X射线(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)分析其恒温氧化后的微观形貌、相组成及其抗氧化机理。结果表明:Cr20高铬铸铁在0～30 h处于快速磨损阶段,磨损量大,之后趋于平缓,磨损机制由磨粒磨损逐渐转变为磨粒磨损+轻微氧化磨损,表面形成的氧化膜在一定程度上起到抗磨作用;当在900℃氧化时,合金表面形成完整的保护膜,无剥落,氧化速度低,抗氧化性能好,随温度继续升高,氧化速度加剧且氧化膜层状剥落,不抗氧化。

高铬铸铁腐蚀磨损特性的研究

在二体冲蚀磨损试验机及三体腐蚀磨损试验机上,对24%Cr高铬铸铁腐蚀磨损特性进行了试验研究。着重研究了化学成分碳、铜及稀土元素;基体组织状态,淬火马氏体及铸态奥氏体;介质条件,pH值,酸根,酸根浓度,磨料硬度、粒度及介质浓度对24%Cr高铬铸铁腐蚀磨损特性的影响。

利用EET理论预测Fe-C-Cr系高铬铸铁的淬硬性

为了揭示高铬铸铁组织的微观本质并利用其分析结果预测合金的淬硬性,利用余瑞璜的固体与分子经验电子理论(EET)和Fe C Cr三元系平衡相图对Fe C Cr三元系高铬铸铁合金奥氏体的价电子结构进行了分析。结果表明,在工业应用的成分范围内C Cr键是合金奥氏体所有键中的最强键,形成C Cr偏聚单元。wCr/wC≥6时,含C Cr结构单元的权重会大大提高,促进了奥氏体的陈留,可以获得奥氏体基体组织。当wCr/wC=5.5～6.5时,Fe C Cr三元系高铬铸铁可获得最佳的淬硬性。

含钼镍高铬铸铁中温三体磨损性能研究

在中温三体磨损工况下,研究了含钼镍高铬铸铁的磨损性能以及钼对高铬铸铁组织、结构和力学性能的影响规律。实验表明,含钼镍高铬铸铁的磨损方式主要为显微切削、犁沟及部分塑性变形引起的剥落和碳化物断裂。钼含量为1.27%试样的显微组织中碳化物细小且分布较为均匀致密,对基体有很好的保护作用,硬度达64.4 HRC,具有最佳的中温三体磨损性能。

脉冲电流处理对过共晶高铬铸铁凝固组织的影响

采用光学显微镜、XRD等手段研究了脉冲电流处理对过共晶高铬铸铁凝固过程中初生碳化物的尺寸、形态和种类的影响。结果表明：脉冲电流能够细化过共晶高铬铸铁中初生碳化物和共晶碳化物,初生碳化物由长杆状转化成规则的块状。不同温度区间内脉冲电流对初生碳化物影响效果不同,合金液相线以上（1360~1337℃）脉冲电流处理更有利于细化初生碳化物,细化效果最好,凝固全过程处理次之（1360~1276℃）,液固区间处理效果最差（1337~1276℃）。

铸铁快速凝固条件下共晶生长

采用激光快速熔凝和深腐蚀技术,对快速凝固过程中铸铁的共晶生长进行了研究。结果发现,在快速凝固条件下,共晶莱氏体除按普通条件下的蜂窝伏和层片状生长外,还存在一种新的共晶生长方式,即蘑菇状共晶生长,最终形成带有大量分枝的层片分枝结构。

原始基体含铬量对高铬铸铁抗氧化性能的影响

研究了三种不同原始基体含铬量的高铬铸法在950℃和800℃的氧化行为,分析了氧化物的类型、形貌及亚表层成分.结果表明:在高格铸铁中原始基体含铬量决定了氧化过程中所形成氧化物类型.因而也决定了合金总体抗氧化性能.基体合铬在15%左右的高铬铸铁具有最优的抗氧化性能.

冲击磨损条件下残留奥氏体的作用

在冲击磨损条件下 ,关于高铬铸铁中的残留奥氏体的作用 ,在国内及国外都有不同的看法。为此进行了MLD 10的冲击磨损试验、单点冲击试验和落球试验。试验结果表明 ,残留奥氏体均不利于各种条件下的磨损 ,探讨了消除残留奥氏体的措施。

Fe-C-Cr-Ni亚稳奥氏体基合金的摩擦磨损表层特性

对Fe－1．9C－16．5Cr－2．6Ni亚稳奥氏体基合金在不同试验条件下的摩擦磨损表层研究表明，在较低的摩擦应力作用下，表层即可应变诱发α’和ε马氏体。马氏体转变量随原奥氏体形变量增加而增大，硬度也增高。由原奥氏体引起的表面硬度提高的原因：（1）α’和ε马氏体的形成；（2）产生大量的位错和层错。在滑动磨损试验时，该合金的耐磨性高于25％Cr马氏体基白口铸铁。

高铬铸铁的氧化行为

从基体含Cr量及碳化物数量两方面考察了高Cr铸铁在950℃和800℃的氧化行为,分析了氧化后的氧化物类型、形貌及亚表层微区成分结果表明基体原始含Cr量决定了形成氧化物的类型,是决定高Cr铸铁抗氧化性的重要因素;950℃氧化时由于碳化物分解使合金抗氧化性随碳化物量增加而提高,而800℃氧化时由于碳化物未分解。

多元微合金化对高铬铸铁凝固组织及冲击磨损性能的影响

通过在2.85C-31Cr合金中加入多元微量合金元素V、Ti、Nb、Mo制备多元铬系合金,研究多元微合金化对高铬铸铁的凝固组织和冲击磨损性能的影响。结果表明:铁液中部分C与强碳化物形成元素结合生成碳化物或合金碳化物;随合金元素加入量的增加,高铬铸铁凝固组织从稍微过共晶转变成共晶、亚共晶组织;相同成分的合金质量损失率随冲击磨损载荷(2.0、2.5、3.0、3.5 J)的增加呈先增加后减小、再增大的变化规律,这与材料在冲击磨损过程中的硬化行为有关;凝固组织中奥氏体数量越多,磨损质量损失率越大,尺寸细小和分布均匀的凝固组织能减小磨损质量损失率;在同一冲击载荷下,共晶成分的合金质量损失率最小,亚共晶成分的质量损失率最大。