高铬耐磨铸铁辊套的研制

闫金顺，贺全智，李 辉，马利云，刘 丽

（吕梁学院，山西 吕梁 033000）

1 铸造成分的选择

Cr元素与C元素是高铬耐磨铸铁中的重要元素，这两种元素很大程度上决定了铸铁的性质。这主要是由于这两种元素决定了碳化物的类型和数量，影响着铸铁的耐磨性能。且这两种元素的含量会影响到材质的冲击韧度，对材质的整体性能影响较大。综合考虑之下，将Cr元素的比例定为18%至19%，将C元素的比例定为2.7%至2.95%，如此不仅能够保证铸铁的性能，也能降低合金的使用成本。如果铸铁的碳值偏低，则其硬度得不到保障，如果碳值过高，则铸铁易出现裂纹，因此可将Cr与C的比值控制在6.8至7左右。

Si作为促石墨化原料，对铸铁的基本组织有着一定的影响。如果铸铁中的硅含量过高，其淬透性就会相应的降低，因此在铸造时要严格控制Si的量，保证热处理后铸铁的硬度达到要求。在一般情况下，Si的含量可保证在0.7%左右。但Si具有改变碳化物形态的能力，在实际研制中可将其含量控制在1.0以下。

Mn能够稳定奥氏体，起到扩大奥氏体相区的作用，但Mn也会在一定程度上降低Ms点，使铸铁在淬火后剩余较多的奥氏体，影响了铸铁的抗磨性。在研制中，可根据Mn的特点和作用机理将其应用量控制在0.5%至1.0%。

Ni能够提高铸铁的淬透性，也会形成碳化物，其能够全部进入到基体中，但是在生产过程中，Ni会降低Ms点，有损铸铁的抗磨性。在综合考虑之下，可将Ni的使用量控制在0.5%至1.2%。

Mo会在一定程度上影响铸铁的硬度和性能，如果含量过低，则铸铁的硬度得不到保障，因此可将其使用量控制在1.7%至1.8%左右。

P、S会造成基体的割裂，属于有害性元素，在用量上应做以严格的控制。经综合分析，可将P、S的使用量定为0.04%以下。

2 铸造工艺的设计

（1）Cr20材质的缩尺。高铬耐磨铸铁具有硬度大、打磨困难的特点，如果缩尺把握不够准确，很容易对整体的装配造成影响，在设计制造上，可将高铬耐磨铸铁辊套的缩尺控制在2.0%左右。

（2）涂料及型、芯的选择。为了避免辊套产生裂纹、降低制造的生本，在涂料及型、芯的选择上要注意以下几点内容。一是要选择树脂砂来完成制芯，树脂的加入量必须控制在1.2%~1.4%之间，固化物的加入量则要保持在0.6%~1.0%，以此来保证型芯的强度。二是要严格控制铸型的吃砂量，吃砂量要尽量保持在200mm左右。由于吃砂量与铸铁的硬有很大的关系，因此上箱冒口的箱带设计要合理，避免其对冒口收缩造成影响。三是要合理控制芯子的紧实度，使其吃砂量保持在180mm以上。将芯设计成中空状，在组箱时完成砂的填充，避免砂芯收缩对退让性造成影响。四是要合理选择涂料，尽量将锆英粉用作主要原料，避免粘砂现象的出现。

（3）浇注系统的设计。在浇注系统的设计上，可采用陶瓷管来完成直浇工作。在浇筑工作开始之前，要在直浇管道的底部铺设具有耐火性能的砖石，以此来防止冲砂现象的发生。以手工开设的方式在内浇道上设置分型面，内浇道可看做是8个扁形梯，其上下尺寸分别为50mm和60mm，高度分别为10mm和20mm。内浇道要将辊套的1/4~1/6圆周覆盖，以此来防止局部过热现象的发生。在浇注过程中，如果浇道开设不合理很容易引起铸铁开裂，为防止这一现象，可将F直、F横、F内的比规定为 1.8：1.8：2.0。

（4）冒口的设计。为了提升铸铁的性能，要按照顺序凝固的原则完成顶部冒口的设计。冒口要具备一定的保温性能，以此来提高其补缩的效果。在冒口位置的选择上，要尽量避开铸件的热节和内腔的加强筋。选择较小的冒口补贴，保证打磨工作能够顺利的进行，采用圆角过度的方式来完成冒口的根部和铸件间的连接。

3 辊套的质量控制

（1）原料的选择。原料的合理选择是保证质量的关键步骤，在具体选择上，可选用含碳量在8%以上，含硅量在2%左右的高鉻品，使用低碳铬来调整碳的含量，使用高碳锰（65%以上）来增加碳的含量。在炉料的配比上，可将高碳铬铁的含量控制在33%，镍含量在1%，钼铁含量在3%，锰铁含量在0.6%，其余皆为废铁材料。

（2）熔点的控制。熔点的控制工作可以通过控制加料的顺序来完成，根据原料的性质将加料的顺序定为先加入废钢再加入合金最后加入钼铁和镍。在熔清结束后进行取样分析，根据实际情况调整成分，对进炉的原材料进行严格的控制。

（3）浇注。高铬铸铁受温度的影响较大，如果温度过高很容易出现粘砂和缩孔等现象。一旦发生粘砂，清理工作量将会大大增加。为了创造良好的浇注条件，必须严格控制浇注的温度。浇注的温度可控制在1300℃至1330℃之间，最高不可超过1340℃。在浇筑的高度达到冒口高度的一半时，可以将浇筑的方式更改为点浇，在浇注达到冒口后立刻加入保温剂，做好铸铁的保温工作，提高补缩的效果。

（4）打箱控制。由于高铬耐磨铸铁的导热性能较差，因此打箱的温度不宜过高，一般控制在150℃左右，避免裂纹的产生。打箱的时间要根据季节来确定，冬季可控制在8天，夏季则控制在12天。由于打箱时间过长会引起铸件退火，降低铸件的硬度，因此必须按照规定的打箱时间完成打箱工作。

（5）铸铁辊套热处理。热处理工作采用空气淬火与回火工艺来完成，在1000℃的温度下对铸铁进行加热，加热时间为4小时，冷却后将其投入到500℃的炉中加热7小时。经热处理后，铸态组织变为马氏体、碳化物与少量奥氏体的结合体。

4 结语

高铬耐磨铸铁辊套研制，要注意铸造成分选择及合理配比材料成分，从根本上保证铸铁的性能。铸造工艺要严格控制Cr20材质的缩尺、涂料的选择以及浇注系统的尺寸。质量控制方面，要合理把握浇注的温度、熔点和打箱的时间，以保证高铬耐磨铸铁辊套的性能。

［1］孙鑫志，苏文生，陈淑平，谭平.高铬耐磨铸铁辊套的研制［J］.铸造技术，2012，（6）.

［2］王文韶，刘俊友，刘杰.钛强化中铬铸铁显微组织和耐磨性能研究［J］.铸造技术,2012，（12）.