中锰白口铸铁的组织对其抗磨性的影响

D0I:10.13374/j.issn1001053x.198M.01.019 北京铜铁学院学报 1984年第1期 中锰白口铸铁的组织 对其抗磨性的影响 铸工敢研室王兆昌 摘 要 中锰白口铸铁是适应我国资源和生产条件而研究发展的抵抗磨料磨损材料。 由于其优异的经济效益和生产便利，已成功地用于制做砂浆泵体和分级机衬铁等 矿山易磨件。 本文根据不同成分及热处理的中锰白口铸铁在各类磨料磨损试验机上测试的 结果讨论组织对抗磨性的影响及此影响与各类磨料磨损的机制的关系。 低应力冲刷磨损的测试是在混砂盘及橡胶轮两种磨损试验机进行。高硬度的 马氏体一碳化物组织最抗磨。脆性相的存在对抗磨性不利。硼加入中锰白口铸铁 能使碳化物显微硬度和宏观硬度增加，但使强度和韧性降低。硼适量加入对抗磨 性有利。这与此类磨损是宏观冲刷磨损机制有关。 高应力限研磨损的测试是用肖盘对磨和三体滚轮挤轧两种磨损方式进行。抗 磨性与硬度和韧性有关，但基体组织的显微硬度时常起决定性影响。中锰白口铸 铁采用Cu Cr Mo综合合金化提高淬透性。残留奥体量大对抗磨性不利。这与此 类磨损是以显微切削磨损机制为主有关。 最后小能量多次冲击磨损的测试是以冲头连续冲撞方式进行。抗磨性与材料 的冲击韧性有很大关系。低碳含量，稀土变质处理改变碳化物为断开分布的板块 状都可起有利影响。这是由于形变磨损机制在这类磨损中起主要作用。 如此可以得出结论，抗磨材料的最合适的组织与磨料磨损的类别和其磨损机 制有关。 前 言 镍铬白口铸铁和高铬白口铸铁目前已经越来越广泛地用于制做各类研磨破碎机械中的 抵抗磨料磨损件，但与我国资源不合，中锰马氏体白口铸铁价廉易得，而且在冲天炉内熔 制，铸态即可使用。提高其抗磨性将是十分重要。 中锰白口铸铁铸态组织的特点为奥氏体存在于马氏体+碳化物。关于残留奥氏体对抗 磨性的影响，根据H.S,Avery〔1)，在马氏体组织中少量残留奥氏体对抗磨性影响不大， 注：本文是在1983年9月中关磨损学术讨论会上报告的中译科， 30

北 京 栩 铁 学 跳 学 报 年 绍 翔 中锰 白口铸铁的组织 对其抗磨性的影响 铸工教研 室 王 兆 昌 摘 要 中锰 白 口 铸铁是适应 我 国资源 和生产条件而研究发展 的抵抗磨料磨损材料 。 由于其优异 的经济效益和生产便利 ， 已成功地用于 制做 砂浆泵体 和分级机衬铁等 矿 山易磨件 。 本文 根据不 同成分 及热处理 的 中锰 白 口 铸铁在各类 磨料磨损试验 机上测试 的 结果讨论 组织 对抗磨性 的影 响及此影响 与各类磨料磨损的机制的关系 。 低应 力 冲刷磨损的测试是在混砂盘及橡胶轮两 种磨损试验机进行 。 高硬度的 马 氏体一碳化物 组 织最抗磨 。 脆性相的存在对抗磨性不 利 。 硼加入中锰 白 口 铸铁 能使碳化物显 微硬度和宏观硬度增加 ， 但使强度和韧性降低 。 硼适量加入对抗磨 性有利 。 这 与此类磨损是宏观冲刷磨损机制有关 。 高应 力碾研磨损的测试 是用 肖盘对磨和三体滚轮挤轧两种磨损方式进行 。 抗 磨性与硬度 和韧性 有关 ， 但基 体组织的显微硬度时常起决定性影响 。 中锰 白 口铸 铁 采用 。 综合合金化提高淬透性 。 残 留奥体量 大对抗磨性不 利 。 这 与此 类磨损是以显 微切削磨损机制为主有关 。 最后 小能量多次冲击磨损的测试是 以冲头连续冲撞方式进行 。 抗磨性与材料 的冲击韧性有很大关系 。 低碳含量 ， 稀土变质处理改变碳化物为断开分 布的板块 状都可 起有利影响 。 这 是由于形变磨损机制在这类磨损中起主要作用 。 如此可 以 得 出结论 ， 抗磨材料 的最合适的组织 与磨料磨损的类别和其磨损机 制 有关 前 言 镍铬 白 口 铸铁 和高铬 白 口 铸铁 目前 已经越来越广泛 地用于制做各类研磨破碎机械 中的 抵抗磨料磨损件 ， 但与我 国资源 不 合 ， 中锰 马 氏体 白 口 铸铁价廉易得 ，而且在冲天 炉 内熔 制 ， 铸态 即可使 用 。 提高其抗磨性将是十 分重要 。 中锰 白 口 铸铁铸态组织 的特点为奥 氏体存在于马 氏体 碳化物 。 关于 残 留奥氏体对抗 磨 性 的影 响 ，根据 〔 〕 在马 氏体组织 中少 量残 留奥 氏体对抗磨性影 响不 大 ， 注 木文是 在 年 月中关磨 损学术讨 论会上 报 告的 中译稿 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1984．01．019

可以在损时加工硬化。N,F,Fiore〔2)得出结论是适当范围的残留奥氏体对镰硬白口 铸铁橡胶轮和肖盘磨损的抗磨性有利，我们的试验结果也表明中锰马氏体白口铸铁有少量 残留奥氏体存在对抗磨性影响不大，甚或有利。 关于钢铁的组织对其抗磨性的影响，D.A,Rigney和W,A.Glaeser在美国金属学手册 〔3〕中做了很好的综述。无论如何金相组织对抗磨性的影响，依照磨料磨损类别和机制而不 同。I.R.Sare〔4)研究了白口铸铁的低应力橡胶轮磨损。为提高中锰白口铸铁件的使用寿 命，本文将讨论在各类磨料磨损时此铸铁的组织对抗磨性的影响及其与磨损机理的关系。 一、组织与铸铁对低应力冲刷磨损的抵抗 低应力冲刷磨损是在混砂盘磨损试验机中进行（图1）。固定在圆盘支撑臂上的八个 试样分别在干石英砂(8.目)和湿砂浆（石英砂+15%粘土+水）中转动，受到冲刷磨 损，砂重量15Kg恒定，旋转半径195mm,转速35.8RP.M.试样中心的线速度41.4M/分， 测试时间为100小时均不改变。磨前与磨后的重量差即磨损失重。 不同硼含量的中锰白口铸铁(C2.84~3.05%,S0.42~0.58%和Mn6.06,42%)在 各种状态和组织下进行混砂盘磨损测试所得结果如表1。金相组织照片见图2。 R195 25×25 (a)试验装置及试样 (b)挂样盘 图1混砂磨损试验机 表1 锰疆白口铸铁的组织与浸砂盘虚损失量 含量% 状态和组织 0 0.1 0.24 0,35 0.52 销态 硬度 HRC 43.53 44.3 45.2 44.4 45,97 千磨损失重 41 50 72 屈氏体 mg 66 5 湿磨损失重 mg 1258 1071 1334 1341 1480 ”中如 正火 硬度 HRC 35.17 37.8 42.37 45.3 47,37 干磨损失 奥氏体 mg 113 99 99 79 79 湿磨损失亚 mg 1226 1151 1124 1270 正火+回火： 硬度 HRC 47,77 53.27 155.6 58.73 干磨损失派 EO 53 51 58 马氏体 mg 湿磨损失近mg 476 385 342 571 31

可 以在磨损时加工硬化 。 。 〔 〕 得出结论是适当范围的残 留奥氏休对镶硬 白 口 铸铁橡胶轮和 肖盘磨损 的抗磨性有利 ， 我们的试验结果也表明中锰马 氏体白 口 铸铁有少 残留奥 氏体存在对抗磨性影响不 大 ， 甚或有利 。 关于钢铁 的组织对其抗磨性的影 响 ， 和 。 。 在美 国金属学手册 〔 〕 中做 了很好 的综述 。 无论如何金相 组织 对抗磨性的影 响 ， 依照磨料磨报类别和机制 而不 同 。 。 〔 〕研究 了 白 口 铸铁的低应力橡胶轮磨损 。 为提高 中锰 白 口铸铁件的使用寿 命 ， 本文将讨论在各类磨料磨损时此 铸铁 的组织对 抗磨性的影 响及其与磨损机理 的关系 。 一 、 组织 与铸铁对低应力冲刷磨损的抵抗 低应 力冲刷磨损是在混砂盘磨损试验 机 中进行 图 。 固定在圆盘支撑嘴上的八 个 试 样分别在 干 石英砂 目 和湿 砂浆 石英砂 粘土 水 中转 动 ， 受 到 冲 刷 磨 损 ， 砂重 量 恒 定 ， 旋转半径 ， 转速 试 样中心 的线速度 分 ， 测 试 时 间为 小时均不 改变 。 磨前与磨后 的重 量差 即磨损失重 。 不 同硼 含量 的中锰 白 口 铸铁 ， 和 在 各种状态 和组 织 下进行混 砂盘磨损测试 所得结果如表 。 金相组织 照 片见图 。 表 试验装置及试样 挂样盘 图 混砂磨损试验机 锰翻 白口 镇铁的组组与沮砂盘 扭失， 状态和一组织 厂一 一 一 一 栩 含 一 一 铸 态 屈 氏 ‘本 正 火 奥 氏 体 正 火 回火 马 氏休 硬 度 干 磨损失重 湿 磨 损 失 重 硬 度 干 名损 失重 湿 磨损失 重 ， 硬 度 干 磨损 失 重 湿 磨 损 失重 一 。 。 。 。 马 。 。 。 、 。 峨 ‘

从表1可见，抵抗干砂冲刷磨损时，屈氏体组织比奥氏体组织更好，但比马氏体组织 差。这与它们之间的硬度差一致。砂浆冲刷磨损时，腐蚀与磨损同时作用，由磨损面的特 征可以证明（图3），因此磨损失重达干砂磨损失重的10~20倍。此时回火马氏体显著抗 磨则不仅与其抗磨性而且与其良好的抗腐性有关。 三种组织的锰卿白口铸铁的硬度均随翻含量增加而增加，硼溶入碳化物，置换碳原 子，使碳化物显微硬度提高和白口铸铁中碳化物含量增加。适量翻含量还可以使中锰白口 锦铁结晶组织细化和抗弯强度提高（表2），因此对其抗磨性有利。 表2 钠态锰逼白口钟铁的碳化物含量及其性能 翻含盘% 0.14 0.24 0.35 0.52 碳化物含量%* 23.55 28.31 37.66 43.20 48.67 宏观硬度HRC 43.53 44.3 45.2 44.2 45.87 抗弯强度N/mm 470 490 460 440 370 相对韧性** 53.41 510,3 436.0 293,.1 319.9 率Leitz T.A.S分折仪测定 ◆*抗弯强度(N/mm')+挠度(mm) 不同成份的稀土变质处理锰铜铬钼霸白口铸铁在混砂盘中进行八小时湿砂浆磨损(8 目石英砂+水)的测试结果（表3）也表明抗磨性主要与硬度有关，以马氏体组织最好（图4）。 残留奥氏体对马氏体白口铸铁的抵抗冲刷磨损不利。 (a)屈氏体组织 (b)奥氏体组织 图2混沙避损测试用MB白口铸铁 袅3 铸态锰铜铬组白口铸铁的组织性能及混砂盘磨损抗磨性 碳化物显微秘度 硬度 神击划性 相对抗弯避度 相对抗磨性 HV 50 HRC Nm/cm 1346 60.5 4,6 1.04 1008 57.5 3.5 100 1.02 954 55,5 4.6 93,86 0,84 1346 56.5 3.4 75.00 0,79 1197 55 5.1 78.30 0,64 32

从表 可见 ， 抵执干砂冲刷磨报时 ， 屈 氏体组织比奥 氏体组织更好 ， 但比马民体组 织 差 。 这与它们之 间的硬度差一致 。 砂浆冲刷磨损时 ， 腐蚀与磨损同时作用 ， 由磨损面的特 征可 以证 明 图 ， 因此磨损失重达干砂磨损失重 的 倍 。 此 时回火马氏体显若抗 磨则不 仅与其抗磨性而且与其 良好的抗腐性有关 。 三种组织 的锰翻 白口 铸铁的硬度均随砚含量增加而增加 ， 硼溶入 碳化 物 ， 置 换 碳 原 子 ， 使 碳化物显微硬度提高和 白 口铸铁中碳化物含量增加 。 适量 硼含量还 可 以使 中锰 白 口 铸铁结晶组织细化和抗弯强度提高 表 ， 因此对其杭磨性有利 。 衰 幼态住日 白口铆候的曦化物含 及其性能 砚 含 盘 。 。 七︸﹃ ︺丹 几甘 碳化物含盆 脸叹性 口门了亡性叹 宏 观硬度 抗奄强度 相对韧性 。 人 分析仪测 定 抗弯强度 挠度 不 同成份的稀土变质处理锰铜铬铂 翻 白 口 铸铁在混砂盘 中进行八 小时湿 砂浆 磨 损 目石英 砂 水 的测试结果 表 也表 明抗磨性主要 与硬度有关 ， 以马 氏体组织最好 图 。 残 留奥 氏体对马 氏体 白 口 铸铁的抵抗冲刷磨损不 利 。 屈 氏体组织 奥氏 体组 织 混沙磨损测试用 白口 铸铁 表 碳化物显微砂度 铸态锰铜格相 白口 幼铁的组报性能及混砂盘磨损杭磨性 匀 冲 击韧性 ‘ 七 资 对 杭 膺 性 。 一 一 。 相对抗 弯强度 。 。 。 。 。 犷 。 。 。 。 一 一 ，一 一 一 一 一 一 · 一

将两组不同含碳量的珠光体白口铸铁加l入不同数量的硼在Frgo橡胶轮磨损试验机上 用40~70H石英砂做磨料，测得磨损失重结果如表4。 (a) 15 (b)11 (c)18 图3砂浆冲蚀睡损试样表而 图4不同奥氏体量的马氏体白口铸铁 亵4 不同碳化物含量的珠光体瑞白口铸铁的性能和橡胶轮密损失震 损 含量 碳化物含量： 硬 相对韧性 % 房枫失重平均值g 5 % HRC 0 37.93 45 93.88 0.03887 低盥组 0,15 40.09 44 61.28 0.04190 (3.02一3.3%) 0.31 40.24 43 36.98 0.04225 0.33 42.08 46 33.25 0,05420 0.54 45.04 48 22,01 0.04775 0 42.40 43 56.60 0.0325 商碳组 0.14 44.68 46 38,52 0.03392 (3.40~3.56%) 0.30 48.62 46 24.29 0.04065 0.40 50.25 54 15,79 0.03840 0.55 53.34 53 12,51 0,03362 高碳组比低碳组碳化物含量及硬度均更高，因此抗磨性也更高。但在低碳组内随霸含 量增加，碳化物含量和硬度增加不明显，且相对韧性显著降低，因此抗磨性随斑含量增加 趋于降低。在高碳组内当卿含量>0.4%后，碳化物含量及硬度明显提高，因此抗磨性又 重新提高。虽然由于韧性低，抗磨性仍不如高碳低翻的。 低应力冲刷蘑损是磨粒冲刷滑过材料表面侵入很浅，仅对材料薄层划伤。因磨粒未被 破碎，对材料施加的应力低，所以未产生显微切削和很少引起明显的软组成物的优先磨 损。材料的抗磨性首先依赖高宏观硬度。白口铸铁含碳量高及具有高显微硬度的马氏体和 碳化物的组织将更抗磨。 高碳低硼中锰马氏体白口铸铁的抗冲刷磨损性最好。 33

将两 组不 同含碳量的珠光体 白 口 铸铁加入 不 同数量 的硼在 橡胶轮磨损试 验 机 用 。 日石 英 砂做磨料 ， 测 得磨损失重结果如 表 。 图 砂浆冲蚀 磨损试样表而 不 同 奥氏体量的 马氏体白口 铸铁 表 不 同碳化物含皿的珠光体 白口 铸铁的性能和梅胶轮启摄失孟 硼 含 最 碳化物含觅 夕‘ 硬 。 。 度 。 韧性 房损失重 平均值 含 低 不明 夕 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 高 碳 组 。 一 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 高碳组比低碳组碳化物含量及硬度均更 高 ， 因此 抗磨性 也更 高 。 但在低碳组 内随翻含 量增加 ， 碳化物含量 和硬 度增加不 明显 ， 且 相对 韧性显 著 降低 ， 因此抗磨性 随硼 含量增加 趋 于降低 。 在高碳组 内当珊 含量 。 后 ， 碳化物含最 及 硬度 明显 提 高 ， 因此 抗磨 性 又 贡 新 提 高 。 虽然 由于 韧性低 ， 抗磨性仍不 如高碳低硼 的 。 低应 力 冲刷磨损是磨粒 冲刷滑过 材料表面 侵入很 浅 ， 仅 对材料 薄层 划 伤 。 因磨粒未被 破碎 ， 对材 料施 加 的应 力低 ， 所 以未 产 生显微切 削和很 少 引起明显 的软组成物 的 优 先 磨 损 。 材 料的抗磨性首先依 赖 高宏观硬度 。 白 口 铸铁 含碳量 高及 具有高显 微硬度 的马 氏体和 碳化物的组织 将更 抗磨 。 高碳低硼 中锰马 氏体 白 口铸铁的抗冲刷磨损性最好

二、组织与铸铁对高应力碾研磨损的抵抗 高应力限研磨损测试分别在国产ML-10肖盘式磨损试验机和以三体滚轮碾研的方式在 国产MLD-10动态负荷磨损试验机上进行。 肖盘磨损测试是肖形试样在砂纸上滑动螺旋轨迹时的磨损失重的比较（图5），在肖盘 磨损试验机上测试之前，首先确定改变各个试验参数对磨 损失重和测试结果的重复性的影响。肖形试样在刚玉砂纸 上的行程100mm,和每转的进程4mm恒定不变。改变砂 纸粒度、负荷和转速三个试验参数。试验合金采用不同 翩含量的稀土锰硼白口铸铁(C3.4~3.5%,Si0.35~ R 0.68%,Mn5.32~6.83%,RE0.01~0.02%)。用带 橡皮吸球的中2.5mm石英管从铁水中抽吸取磨损试样。 1.陆码2.支架3.试样4.园盘 验结果见表5。 5.砂纸6，陆码盘和夹头 从测验结果的误差分析看，（4)方式所得结果重复性 图5肖盘磨损试睑机 最好，误差范围是+8.4%和-6.6%，（以后经常磨损测试 时不超过土5%)。砂纸粒度粗和转速增加皆可使磨损加剧，然而增加负荷的影响最大。 表5中测试结果表明磨损失重皆随硼含量增加而增加。此时硬度变化很小。脆性的含试 硼碳化物量增加，对材料抵抗高应力碾研磨损更为不利。 表5 尚壹摩损测试时试验参数对测试结果量复性的形响 测 试 式 (1) (2) (3) (4) 砂纸粒度目 150 150 60 150 试验参数 负荷幸公斤 0.4 0.4 0.4 0.6 转速 RPM 60 120 06 60 0.0%B(HRC60.8) 1,330 1,430 1,480 1.738 0,07%B(HRC54.4) 1.218 1.593 1.523 1.750 材料的离损失重值 0.19%B(HRC57.0) 1,231 1,573 1,547 1.869 mg/mm 6.24%B(HRC58,4) 1.335 1.545 1,442 1.773 0.29%B(HRC59.3) 1,198 1.699 1.561 1.909 镍硬Ⅱ铸铁(HRC58) 1.154 1.564 1,607 1.804 以后稀土锰铜铬钼白口铸铁，组织为马氏体+奥氏体+渗碳体（见图4)以上述(4) 方式进行肖盘磨损测试。得出结果如表6。 肖盘磨损抗磨性主要和硬度有关而韧性居于次要地位。各炉号的碳化物的显微硬度均 较高，则与铬含量有关，但并未对抗磨性起主要影响。反而是更软的基体组织的显微硬度 对抗磨性起影响。表6中后三炉即由Mn+Cu含量高，残留奥氏体量大而不抗磨， 34

二 、 组织 与铸铁对高应力碾研磨损的抵抗 高应力碾研磨损测试分别在国产 一 肖盘式磨损试验 机 和 以三体 滚轮碾研 的方式在 国产 一 动态 负荷磨损试验机上进行 。 肖盘磨损测试是 肖形试样在砂纸上滑动螺旋轨迹 时的磨损失重 的比 较 图 ， 在 肖盘 川 二 珐码 。 支架 。 试样 。 回 盘 砂纸 硅码盘 和夹 头 图 肖盘磨损试验 机 磨损试验 机上测试 之 前 ， 首先确 定改变各个试验参数 对磨 损失重 和测试结果 的重复性 的影响 。 肖形试样在 刚玉 砂纸 上 的行程 ， 和每转的进程 恒 定不 变 。 改变砂 纸粒度 、 负 荷 和 转 速三个试 验参数 。 试验合金采用不 同 ‘ 翻含量的稀土 锰 硼 白 口 铸铁 ， ， ， 。 用带有 橡皮 吸 球 的小 。 石英管从 铁水中 抽吸 取磨损试 样 。 验结果见表 。 从测验结果 的误差分析看 ， 方式所得结果重复性 最好 ， 误差范围是 和 一 ， 以后 经常磨 损测试 时不超过 士 。 砂纸粒度粗和转速 增加 皆可使磨损加剧 ， 然而增加 负荷的影 响 最 大 。 表 中测试结果 表明磨损失重 皆随硼含量增加而增加 。 此 时硬度变化很小 。 脆性的含试 硼 碳化物量增加 ， 对材料抵抗高应力碾研磨损更 为不 利 。 衰 肖盘 报阅试时试脸，橄对洲试结 盆性的形晌 一牛 一 一 二一…一竺 一匕望一…一生 一 …一 一 · … … 转 器 速 嘿 默 默 嵘 。 。 。 。 。 。 。 〔 。 镍硬 铸铁 · 百户 一 …。 。 。 。 。 。 。 材料的磨损失重值 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 。 以后稀土锰铜铬钥 白 口 铸铁 ， 组 织为 马 氏体 奥 氏体 十 渗碳体 见图 以上述 方式进行 肖盘磨损测 试 。 得 出结果如表 。 肖盘磨损抗磨性主 要和硬度有关而韧性居于 次要地位 。 各炉号 的碳化物的显 微硬度 均 较高 ， 则与铬含量有关 ， 但并未对抗磨性起主要影 响 。 反而是更 软的基体组织 的显 微硬度 对抗磨性起 影 响 。 表 中后 三炉 即 由 含量 高 ， 残留奥氏体量 大而不 抹磨 ， 雄