铬系白口铸铁腐蚀磨损行为的研究

沈剑峰

（中信重工机械股份有限公司，洛阳市 471039）

铬系白口铸铁腐蚀磨损行为的研究

沈剑峰

（中信重工机械股份有限公司，洛阳市 471039）

研究表明：在弱酸性工况下，Cr27Cu2的耐磨性最好；而在中性和弱碱性的工况下，Cr15Mo1Cu1表现出了很好的耐磨性。在高铬铸铁中，基体组织和碳化物的相互保护对材料耐磨性的提高起到了不可忽视的作用。

高铬铸铁；耐磨性

铬系白口铸铁经过合适的热处理而具有合理的组织和性能，正以其优良的耐磨性得到越来越广泛的应用。在湿式矿用磨机中，衬板在承受矿浆介质腐蚀作用的同时，还承受着研磨物料的冲蚀磨损作用，即合金衬板的磨损是腐蚀磨损和冲蚀磨损共同作用的结果。而在某些工况下，尤以矿浆介质的腐蚀磨损作用更为严重。

本文对Cr15Mo1Cu1、Cr20Mo1Cu1Ni1以及Gr27Cu2在不同酸碱度介质中的腐蚀磨损特性进行了研究，以期得到铬系白口铸铁适用的工况条件，为其实际应用提供理论依据。

1 试验方案

1.1 试验用材料

试验用材料采用中频感应电炉熔炼制得，浇注温度为1450℃左右。材料的成分以及热处理工艺见表1。

1.2 腐蚀磨损试验

表1 试验用材料成分及热处理工艺

腐蚀磨损试验在腐蚀磨损试验机上进行。腐蚀磨损试验机的结构如图1所示。试样的安装方向为平行于轴向，试验机的转速为200r/min。试样经线切割加工，尺寸为10mm×10mm×55mm。介质的水砂比为1∶1，各为15kg。磨料选用12—20目的硅砂。介质的pH值通过酸、碱的加入进行调整。具体的试验方案见表2。

表2 腐蚀磨损试验方案

本研究以Cr15Mo1Cu1作为标准材料，采用相对耐磨性β来衡量 Cr20Mo1Cu1Ni1及Cr27Cu2耐磨性的高低，相对耐磨性β按下式计算：

β=标准材料的总失重/试验材料的总失重

1.3 力学性能测试

对所试验的材料分别进行硬度和冲击韧性的检测。

2 试验结果

腐蚀磨损试验结果见表3，力学性能检测结果见表4。

表3 各工况的试验结果

3 试验结果分析

从表3中可以看到，在弱酸性工况下，Cr27Cu2的耐磨性最好；而在中性和弱碱性的工况下，Cr15Mo1Cu1表现出了很好的耐磨性。

在湿式磨机中，合金衬板的磨损是腐蚀磨损和冲蚀磨损共同作用的结果。文献[1]指出，铁在不同pH值介质中的腐蚀情况存在着很大的差别。在酸性介质中，铁不易钝化，腐蚀速度很大，而这时通过加入铬等合金元素来提高铁的电极电位，并促使其迅速钝化，对铁的耐蚀性能提高是有利的。但铬提高基体电极电位及增强钝化的能力不是渐变的，而是按n/8的规律发生突变的，即材料耐蚀性出现第一次飞跃的基体溶铬量约为11.7%。而在碱性介质中，特别是在当pH值约为13时，由于铁本身就具有良好的钝化倾向而使其腐蚀速度很小，此时，通过加入Cr等合金元素来提高材料抗蚀性的作用就不大了，此时失重量主要决定于材料抵抗冲蚀磨损的能力。Cr27Cu2在弱酸介质中表现出良好的耐磨性，其原因如下：①对高铬铸铁来讲，其基体中铬的平均含量可按照Maratary的经验公式[2]来计算：Crm%=1.95Cr/C－2.47。Cr27Cu2由于其基体中的含铬量为18.9，超过了n/8的规律第一个突变点所需的含铬量，耐蚀型经过了一次飞跃，因而其基体具有了良好的耐蚀性。②组织中的M23C6型碳化物与基体的电极电位大致相等[3]。③Cu元素的加入可在一定程度上避免相界腐蚀的产生。西安交通大学曾采用电子探针对Cr27Cu2类高铬铸铁进行微区成分分析[4]，发现铜在基体中的分布趋势恰与铬相反，在碳化物附近偏高。由于Cu溶入基体中可提高基体的电极电位，这样在碳化物附近富集的Cu就能部分地弥补该区域由于贫铬而造成腐蚀性能的降低，从而在一定程度上抑制相界腐蚀的发生。④由于Cr27Cu2基体具有良好的耐蚀性，良好地支撑了碳化物，从而使碳化物的抗磨作用得到了很好的发挥。于是Cr27Cu2表现出了较好的耐磨性。从图3中可以观察到在磨损试样的磨面上浮凸着呈块状、杆状分布的碳化物，基体除局部地方存在少量浅的腐蚀坑外，大部分仍保持连续均匀的状况。这说明具有好耐蚀性的基体可有效地支撑高硬度的碳化物，使其耐磨性得到充分的发挥。

在中性和弱碱性的工况下，Cr15Mo1Cu1Ni1高铬铸铁具有马氏体基体上分布、镶嵌着M7C3硬质点的理想的抗冲蚀磨损组织，其宏观硬度高达HRC61，使其保持了较高的耐磨性。在磨损过程中，组织中的碳化物成为抗磨骨干，并对基体提供保护。而马氏体基体对磨料的冲蚀抗力较高，又避免了碳化物的过度突出，对碳化物起到了很好的支撑作用。马氏体基体和M7C3碳化物硬质点的共同作用，使Cr15Mo1 Cu1Ni1表现出了良好的耐磨性。观察图2SEM照片可以看到，在Cr15Mo1Cu1Ni1的磨面上浮凸着大量的呈花状、块状或杆状分布的碳化物硬质点。

表4 力学性能

4 结论

（1）在弱酸性工况下，Cr27Cu2的耐磨性最好；而在中性和弱碱性的工况下，Cr15Mo1Cu1表现出了很好的耐磨性。

（2）在高铬铸铁中，基体组织和碳化物的相互保护对材料耐磨性的提高起到了不可忽视的作用。

[1]徐坚，等.腐蚀金属及耐腐蚀金属材料.杭州：浙江科学技术出版社，1981：129.

[2]F.Maratray，et al.：Factors Affecting the Structure of Chromium and Chromium-Molgbedeum White Irons，Climax Molybdenum Co.，1970.

[3]陆文华.铸铁及其熔炼.机械工业出版社.

[4]周庆德，等，耐磨损及腐蚀的28Cr白口铸铁.见：第三届金属耐磨材料学术会议论文选集.电力机械编辑部，1987：78～80.

Study on Abrasion Behavior of White Cr Cast Iron

SHEN JianFeng
（Zhongxin Heavy Industry Machinery Co.Ltd.,Luoyang 471039,Henan China）

The investigation has indicated that the peak value of abrasion resistance was with Cr27Cu2 under work condition of weak acidity while good abrasion resistance with Cr15Mo1Cu1 under work condition of weak alkalinity.The protection one another between base microstructure and carbide has played an important role in improvement on abrasion resistance of high Cr cast iron.

High Cr cast iron；Abrasion resistance

TG143．1;

B；

1006－9658（2010）04－3

2010－02－09

2010－022