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摘要：共晶碳化物呈连续网状分布是白口铁脆性的根源。运用稀土变质处理和热处理相结合的方法可以使共晶体碳化物断网、团聚化的原因在于变质处理后形成的有利的铸态组织更能籍助热力学与动力学规律，实现“小粒溶解，大粒团聚”。再加上充分奥氏体化后的二次碳化物弥散析出分布，白口铁性能得到了根本的改善。用它来制造衬板类零件，材料特性符合工况使用条件，其耐磨性约达高锰钢的2倍以上。
关键词：稀土白口铁；衬板；生产工艺
目前水泥、电力、矿山等行业，多选用滚碾式球磨机做粉磨设备。其衬板多选用高锰钢制造。由于高锰钢在球磨机中不具备加工硬化的条件，故发挥不了它的抗磨性，且需用电炉熔炼和进行水韧处理，致使生产成本较高。稀土白口铸铁衬板运用稀土变质处理和热处理相结合的工艺方法，明显地提高了白口铁材料的冲击韧性、强度和耐磨性，使其材料特性符合工况使用条件，其耐磨性约达高锰钢的2倍以上。
1变质处理
良好的变质处理是获得材料良好性能的前提。变质处理的效果，通常是由变质处理后所获得的铸态组织来检验，其优劣直接与以下工艺措施所提供的变质条件有关。
1.1 成分设计
(1) 基本成份：C 2.8%～3.2%,Si 0.6%～1.0%,Cu 0.5%～0.8%,Mn 0.8%～1.2,S、P≤0.08%。
碳在白口铸铁中是决定硬度、耐磨性冲击韧性的关键元素。碳量高，则硬度和耐磨性高而冲击韧性下降；碳量低，则韧性提高而硬度和耐磨性下降。据此可根据铸件大小，结构及工况条件下受力情况，在可选范围确定C量。冲击韧性与含碳量关系见图1所示。
（图片）
图1冲击韧性与含碳量关系 铜具有强化铸铁基体的作用，增加珠光体含量，细化组织，促使碳化物断网的作用。
(2) 为增强铸态抗裂能力和进一步细化晶粒，加入某厂加工副产品钒渣(含V2O510%)1.5%～2.0%。
1.2 熔炼要点(以冲天炉熔炼)
(1) 采用铸造焦，保证铁液出水温度大于1 500℃。
(2) 钒渣、锰铁均随炉料装入。
(3) 出铁时，将电解铜和多元新型变质剂预热后，随铁水冲入钢包。
1.3 铸造要点
(1)干、湿砂型均可，湿型应严控水份。
(2) 铸件截面厚大部位，可放置冷铁，以均匀温度场。
(3) 采用耐高温纤维过滤网，以加强对铁液的撇渣、过滤净化作用。
1.4 新型变质剂
合金配比如表1所示，加入量(wt%)0.5～0.7。变质处理后组织如图2所示：细片状珠光体+共晶渗碳体+二次渗碳体。
表1变质剂合金配料成份(wt%)
炉料 1#稀土硅铁 铝锭 铋锭 镁锭
比例 90 3 2 5
（图片）
图2变质处理后组织(100×) 2热处理
共晶碳化物的初始形貌对其热处理时的断网及粒状化有重要影响。经稀土变质处理的白口铸铁，碳化物从厚度均匀的连续网状变为厚变不均且有许多缩颈的断续网状，碳化物表面粗糙。这些都有利于在热处理过程发生共晶碳化物断网“裂变”，团聚化及粒子球状化的形态变化。
加热至共析转变温度以上时，其珠光体转变为奥氏体，随着奥氏体中的碳的溶解度增大，渗碳体不断熔于奥氏体直到建立新的平衡。渗碳体此时的溶解首先发生在断网渗碳体凸出部分的棱角处和奥氏体的针状碳化物中，因为这些区域中，奥氏体与渗碳体相间界面的自由能比平直主干部分的奥氏体与渗碳体相间界面的自由能大，这些区域的渗碳体就更不稳定，优先溶于奥氏体中〔1〕。这点被如图3所示金相检验而证实。
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图3奥氏体化过程渗碳的溶化过程(400×) 只有当奥氏体平衡碳溶解极限满足之后，继续保温时，才开始明显的碳化物团聚化过程，断网“裂变”主要通过碳化物连接缝隙的扩大及缩颈部位的溶断和碳化物表面孔洞的扩大。团聚化是小粒子溶解和大粒子长大。球状化是粒子夹角部及凸起部位的溶解，其发展过程是热力学规律的体现。
在奥氏体化的保温过程，受铁液动力学规律的影响经稀土变质处理的与未经变质处理的白口铁相比其断网和团聚进程加快，且碳化物的溶解速率也如图4所示显得更高。这与实际中发现经变质处理后，共晶碳化物量变少，且呈团球状，二次碳化物析出量增多的现象相符。
（图片）
图4稀土变质处理对热处理的碳化物溶解速率的影响a—0%RE b—0.02%RE残 由上述分析可见，热处理工艺应特别重视奥氏体化温度及保温时间这两个工艺参数的确定。其工艺为：
(1) 950℃保温1～1.5h后空冷。
(2) 根据零件使用性能的要求选择回火参数。①高温回火600℃保温1h空冷，韧性较好。②低温回火300℃保温1.5h空冷，硬度较高。600℃回火状态下组织为：珠光体+共晶渗碳体+二次渗碳体。
3装机对比试验
装机试验在1.8×6.4m水泥球磨机中进行，其运行3 000h，生产水泥27 000吨，对比结果如表2所示。
表2装机对比试验结果
材 料 原平均单重kg 磨后平均单重kg 失重kg 相对耐磨性β
稀土白口铸件 35.6 32.5 3.1 3.22
高锰钢 34.3 24.3 10 1
4结论
(1) 稀土白口铁改变了白口铸铁共晶碳化物的网状分布，使材料脆性发生很大变化。
(2) 变质处理、热处理工艺的配合对获得细的较高硬度的珠光体基体；团球状化的，量有减少的共晶碳化物；弥散、细小、量有增多的二次碳化物起关键性作用。
(3) 稀土白口铸铁衬板耐磨性约达高锰钢的2倍以上，且能用冲天炉熔炼，生产成本较低。
6/3/2004
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