表2.1-15抗磨白口鑄鐵牌號(hào)及化學(xué)成分(摘自GB/T8263-1999)

表2.1-16抗磨白口鑄鐵力學(xué)性能及應(yīng)用舉例(摘自GB/T8263-1999)

注：

1.牌號(hào)中的"DT"和" GT"，分別為“低碳"和“高碳"的拼音字母的字母，表示含碳全的高低。

2.鑄鐵的熱處理規(guī)范和金相組織，參見GB/T8263-1999。

3.鑄件在清理鑄件或處理鑄件缺陷過程中，不能采用火焰切割、電弧切割、電焊切割和補(bǔ)焊。

耐磨材料在冶金、礦山、水泥、火力發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域整個(gè)能量消耗和經(jīng)濟(jì)成本中占有相當(dāng)大的比例。2009 年咨詢研究報(bào)告顯示，2006 年全國(guó)消耗在摩擦、磨損和潤(rùn)滑方面的資金為9 500 億元，占國(guó)民生產(chǎn)總值GDP的4.5%。據(jù)不統(tǒng)計(jì)，僅破碎設(shè)備及采掘機(jī)斗齒、渣漿泵等損失，每年不少于70億，其中，磨球不少于40 億，襯板15 億，錘頭8 億，斗齒5 億。按照材料消耗重量講，國(guó)內(nèi)每年消耗金屬耐磨材料約達(dá)300 萬(wàn)噸以上，其中，磨球消耗近180 萬(wàn)噸，而冶金礦山消耗的磨球占各行業(yè)磨球消耗總量的70%；球磨機(jī)和各種破碎機(jī)襯板消耗近30萬(wàn)噸。

為了提高抗磨材料的耐磨性，科學(xué)工作者對(duì)抗磨材料進(jìn)行了大量的研究。耐磨材料發(fā)展可分為三個(gè)階段：為普通白口鑄鐵和高錳鋼，第二為鎳硬鑄鐵，第三為高鉻白口鑄鐵。上述耐磨材料在不同發(fā)展階段對(duì)降低單位材料消耗起到了非常大的作用，但是材料性能也存在某些問題，如普通白口鑄鐵韌性較低，高錳鋼在低沖擊載荷下加工硬化能力差，高鉻鑄鐵在腐蝕性介質(zhì)的濕磨條件下耐磨性優(yōu)勢(shì)不大，同時(shí)韌性也顯不足。由于韌性的不足，常常導(dǎo)致研磨體介質(zhì)破碎和剝落，這使得粉磨工序管磨機(jī)的生產(chǎn)率降低、研磨效率下降、能耗增加以及磨礦閉環(huán)回路的輔助設(shè)備磨損嚴(yán)重。因此，人們希望研制更強(qiáng)韌的抗磨材料。

一般情況下，提高耐磨合金的性能是建立在增加合金元素的基礎(chǔ)上，但目前范圍內(nèi)，各種鐵合金的價(jià)格猛漲，導(dǎo)致耐磨材料制造成本節(jié)節(jié)攀升。目前我國(guó)使用的抗磨材料種類主要是鉻系抗磨材料，如低鉻鑄鐵、高鉻鑄鐵等。而我國(guó)是一個(gè)鉻資源貧窮國(guó)家，90%的鉻鐵需要進(jìn)口，近10 年，高碳鉻鐵價(jià)格翻了4~5 倍。根據(jù)這一現(xiàn)實(shí)，開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的耐磨材料，做到科學(xué)的、合理的利用現(xiàn)有資源，為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，為了子孫后代，應(yīng)該珍惜寶貴的戰(zhàn)略資源，開發(fā)少用鉻或不用鉻的材料，代替鉻系耐磨材料。

一、消失模鑄鋼件含碳量高的原因分析因此，本項(xiàng)目擬采用少量合金化和熱處理改性強(qiáng)化的技術(shù)措施，開發(fā)含碳化物等溫淬火球墨鑄鐵（簡(jiǎn)稱CADI）強(qiáng)韌性耐磨材料，為冶金、礦山、水泥、發(fā)電等行業(yè)提供一種優(yōu)質(zhì)的抗磨材料。

采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)的鑄鋼件表面、體內(nèi)或局部表面碳的含量，因鑄件模樣的材質(zhì)、熔煉配料及澆注造型工藝等原因，會(huì)使含碳量超出鑄件產(chǎn)品質(zhì)量要求的數(shù)值。造成鑄件增碳、滲碳、碳超標(biāo)的鑄造缺陷。仔細(xì)研究分析，在采用消失模鑄造進(jìn)行鑄鋼件的生產(chǎn)過程中，造成鑄件含碳量超標(biāo)的原因主要有以下8點(diǎn)：

1、鑄件的模樣材料選擇不合理。在鑄件白模模樣材料的選擇中，一是含碳量高；二是白模密度太高。從而造成鑄件模樣在澆注過程中的熱分解時(shí)含碳量高，使鑄件在澆注充型過程游離碳含量高，造成鑄鋼件的滲碳機(jī)率增大。

2、在鑄鋼件的生產(chǎn)熔煉配料中碳含量未嚴(yán)格控制。特別是各種廢鋼中的含碳量和各種廢鋼中是否存在有其它合金成份的材料不明，因?yàn)槿绻泻辖痄搹U料混入熔煉的配料中進(jìn)行生產(chǎn)熔煉時(shí)，合金元素將會(huì)促進(jìn)碳化物的形成，從而增加了碳在鐵液中的溶解度，一是將造成鋼液氧化脫碳的困難，二會(huì)產(chǎn)生明顯的增碳效應(yīng)。
3、鑄件的模樣組合粘接面多?；蚰咏M合件質(zhì)量差、組合面不光滑平整，造成模樣在組合粘接時(shí)用膠量增大，則其熱分解產(chǎn)物的含碳量增高。從而促使了鑄件在澆注過程中的滲碳機(jī)率增大。
4、白模粘接劑選擇不合理。一是對(duì)粘接劑的材料質(zhì)量成份含量未做要求，采用了含碳量高的粘接劑；二是所選粘接劑的粘接能力差，造成白模組合粘接時(shí)的用膠量大；增大了澆注過程中粘接劑熱分解產(chǎn)物的含碳量，而增大了鑄鋼件的滲碳機(jī)率。

5、在鑄件的澆注系統(tǒng)設(shè)置中澆注充型設(shè)計(jì)不合理。因在生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件時(shí)，鑄鋼件產(chǎn)品的含碳量低，如果鑄件的澆注充型方式設(shè)計(jì)不合理，則鑄造模樣熱分解產(chǎn)物中碳擴(kuò)散到鑄件里去的機(jī)率增大，而造成滲碳、增碳現(xiàn)象的發(fā)生。

6、鑄造模樣的涂料層及澆注砂箱中的型砂透氣性差。將造成鑄件在生產(chǎn)澆注過程中，模樣及模樣組合粘接劑遇到澆注鋼液進(jìn)行模樣熱分解時(shí)的熱分解產(chǎn)物，不能迅速排出澆注型腔，而創(chuàng)造出滲碳、積碳的不利。
7、鑄鋼件的澆注系統(tǒng)設(shè)置不合理。特別是抽真空系統(tǒng)與澆注砂箱或鑄件澆注工藝造型的配置不合理，造成鑄件在澆注過程中，澆注砂箱內(nèi)的真空度不等、偏差過大，或?qū)嶋H真空度不足，而真空壓力表顯示又是符合技術(shù)參數(shù)要求的錯(cuò)誤數(shù)值，使模樣的熱分解產(chǎn)物無法迅速快捷地排出澆注型腔，造成鑄件的滲碳或積碳。

8、鑄件的澆注條件設(shè)置不合理。如澆注充型的流程設(shè)置過長(zhǎng)，造成澆注過程中澆注鋼液溫度低，特別是對(duì)鑄件壁厚增大位置，澆注鋼液的凝固速度慢，造成液相—固態(tài)停留時(shí)間較長(zhǎng)，促使了鋼液與模樣熱分解產(chǎn)物的作用時(shí)間增長(zhǎng)，加大了鑄鋼件的滲碳與積碳量。

二、生產(chǎn)操作控制要特別要注意以下6個(gè)要點(diǎn)。
1、采用中頻熔煉，要嚴(yán)格控制熔煉碳素鋼的配料計(jì)算和實(shí)際配料、選料、投料的操作。因配料計(jì)算是熔煉出成份合格的鋼水及含有最少氣體與夾雜而鑄出優(yōu)質(zhì)鑄鋼件產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。而配料、選料、投料的準(zhǔn)確，是鑄造出產(chǎn)品質(zhì)量合格與否的根本。因此，對(duì)回爐廢鋼必須進(jìn)行嚴(yán)格的分檢制度。特別是必須將合金鋼廢料和材質(zhì)不清楚的廢料挑除，熔煉配料材質(zhì)的成份符合鑄造工藝技術(shù)參數(shù)的要求，是消失模生產(chǎn)低碳鋼鑄鋼件操作控制中的要?jiǎng)?wù)。

2、選擇適宜的泡沫密度進(jìn)行鑄件模樣的制作。在模樣制作溫度技術(shù)要求和鑄件生產(chǎn)澆注時(shí)不出現(xiàn)因泡沫塑料質(zhì)量引起的其他缺陷時(shí)，制作鑄件模樣的泡沫密度越小、泡沫塑料越少，對(duì)減少鑄件的滲碳積碳現(xiàn)象越好。

3、選用含碳量低或無碳的粘接劑。即應(yīng)采用負(fù)壓鑄造粘接專用膠進(jìn)行模樣的組合粘接，而不使用含碳量高的低質(zhì)普通膠進(jìn)行粘接。并且在模樣組合粘接時(shí)，在膠的粘接溫度及粘接強(qiáng)度時(shí)，要盡量減少粘接劑的用量，從而降低粘接劑的熱分解產(chǎn)物。

4、選擇并確定合理的澆注系統(tǒng)。對(duì)鑄件的澆注工藝設(shè)計(jì)，要盡可能使鑄件在澆注過程中有加速模樣泡沫塑料的氣化作用，盡量減少及錯(cuò)開其熱分解產(chǎn)物中液相與固相接觸和反應(yīng)的時(shí)間，從而減少或避免鑄件的滲碳現(xiàn)象發(fā)生。
5、選擇并確定鑄件適宜的澆注溫度和澆注速度。因相同的鑄件如澆注工藝造型不同，在相同溫度澆注鋼液進(jìn)行鑄件澆注時(shí)其實(shí)際充型溫度是不相同的。如澆注溫度提高，澆注速度也提高，將造成鑄件模樣熱分解加快而不易氣化，使熱分解的產(chǎn)物在液相中的量增加，同時(shí)因鋼液與模樣的間隙較小，液相中的熱分解物常被擠出間隙后，被擠到模樣涂料層和金屬液之間，或鋼液流動(dòng)的冷角、死角，造成接觸面增加，碳濃度增加，滲碳量也將增大。同時(shí)特別要注意，如鑄件澆注工藝造型不合理，鋼液澆注溫度過高且澆注速度太快，將會(huì)造成冒氣、反噴的生產(chǎn)事故發(fā)生。
6、低碳鋼鑄件生產(chǎn)澆注時(shí)，要提高澆注砂箱的真空度。造型砂箱應(yīng)采用箱壁抽真空的結(jié)構(gòu)，在澆注時(shí)箱壁抽真空能加速熱分解物逸出涂層到型腔外，從而減少模樣熱分解產(chǎn)物的濃度和接觸時(shí)間，降低或避免鑄鋼件的滲碳、積碳現(xiàn)象。型砂粒度在20-40目時(shí)，鑄鋼件澆注時(shí)以0.03-0.06MPa為宜。如果負(fù)壓度過大，將會(huì)引起鑄件粘砂及其它缺陷的發(fā)生。