摘要：共晶碳化物呈連續(xù)網狀分布是白口鐵脆性的根源。運用稀土變質處理和熱處理相結合的方法可以使共晶體碳化物斷網、團聚化的原因在于變質處理后形成的有利的鑄態(tài)組織更能籍助熱力學與動力學規(guī)律，實現(xiàn)“小粒溶解，大粒團聚”。再加上充分奧氏體化后的二次碳化物彌散析出分布，白口鐵性能得到了根本的改善。用它來制造襯板類零件，材料特性符合工況使用條件，其耐磨性約達高錳鋼的2倍以上。
關鍵詞：稀土白口鐵；襯板；生產工藝
目前水泥、電力、礦山等行業(yè)，多選用滾碾式球磨機做粉磨設備。其襯板多選用高錳鋼制造。由于高錳鋼在球磨機中不具備加工硬化的條件，故發(fā)揮不了它的抗磨性，且需用電爐熔煉和進行水韌處理，致使生產成本較高。稀土白口鑄鐵襯板運用稀土變質處理和熱處理相結合的工藝方法，明顯地提高了白口鐵材料的沖擊韌性、強度和耐磨性，使其材料特性符合工況使用條件，其耐磨性約達高錳鋼的2倍以上。
1 變質處理
良好的變質處理是獲得材料良好性能的前提。變質處理的效果，通常是由變質處理后所獲得的鑄態(tài)組織來檢驗，其優(yōu)劣直接與以下工藝措施所提供的變質條件有關。
1.1 成分設計
(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%。
碳在白口鑄鐵中是決定硬度、耐磨性沖擊韌性的關鍵元素。碳量高，則硬度和耐磨性高而沖擊韌性下降；碳量低，則韌性提高而硬度和耐磨性下降。據(jù)此可根據(jù)鑄件大小，結構及工況條件下受力情況，在可選范圍確定C量。增加珠光體含量，細化組織，促使碳化物斷網的作用。
(2) 為增強鑄態(tài)抗裂能力和進一步細化晶粒，加入某廠加工副產品釩渣(含V2O510%)1.5%～2.0%。
1.2 熔煉要點(以沖天爐熔煉)
(1) 采用鑄造焦，保證鐵液出水溫度大于1 500℃。
(2) 釩渣、錳鐵均隨爐料裝入。
(3) 出鐵時，將電解銅和多元新型變質劑預熱后，隨鐵水沖入鋼包。
1.3 鑄造要點
(1)干、濕砂型均可，濕型應嚴控水份。
(2) 鑄件截面厚大部位，可放置冷鐵，以均勻溫度場。
(3) 采用耐高溫纖維過濾網，以加強對鐵液的撇渣、過濾凈化作用。
1.4 新型變質劑
共晶碳化物的初始形貌對其熱處理時的斷網及粒狀化有重要影響。經稀土變質處理的白口鑄鐵，碳化物從厚度均勻的連續(xù)網狀變?yōu)楹褡儾痪矣性S多縮頸的斷續(xù)網狀，碳化物表面粗糙。這些都有利于在熱處理過程發(fā)生共晶碳化物斷網“裂變”，團聚化及粒子球狀化的形態(tài)變化。
加熱至共析轉變溫度以上時，其珠光體轉變?yōu)閵W氏體，隨著奧氏體中的碳的溶解度增大，滲碳體不斷熔于奧氏體直到建立新的平衡。滲碳體此時的溶解首先發(fā)生在斷網滲碳體凸出部分的棱角處和奧氏體的針狀碳化物中，因為這些區(qū)域中，奧氏體與滲碳體相間界面的自由能比平直主干部分的奧氏體與滲碳體相間界面的自由能大，這些區(qū)域的滲碳體就更不穩(wěn)定，優(yōu)先溶于奧氏體中.奧氏體化過程滲碳的溶化過程(400×)只有當奧氏體平衡碳溶解極限滿足之后，繼續(xù)保溫時，才開始明顯的碳化物團聚化過程，斷網“裂變”主要通過碳化物連接縫隙的擴大及縮頸部位的溶斷和碳化物表面孔洞的擴大。團聚化是小粒子溶解和大粒子長大。球狀化是粒子夾角部及凸起部位的溶解，其發(fā)展過程是熱力學規(guī)律的體現(xiàn)。
在奧氏體化的保溫過程，受鐵液動力學規(guī)律的影響經稀土變質處理的與未經變質處理的白口鐵相比其斷網和團聚進程加快，且碳化物的溶解速率也如圖4所示顯得更高。這與實際中發(fā)現(xiàn)經變質處理后，共晶碳化物量變少，且呈團球狀，二次碳化物析出量增多的現(xiàn)象相符。
稀土變質處理對熱處理的碳化物溶解速率的影響 a—0%RE b—0.02%RE殘由上述分析可見，熱處理工藝應特別重視奧氏體化溫度及保溫時間這兩個工藝參數(shù)的確定。其工藝為：
(1) 950℃保溫1～1.5h后空冷。
(2) 根據(jù)零件使用性能的要求選擇回火參數(shù)。①高溫回火600℃保溫1h空冷，韌性較好。②低溫回火300℃保溫1.5h空冷，硬度較高。600℃回火狀態(tài)下組織為：珠光體+共晶滲碳體+二次滲碳體。
3 裝機對比試驗
裝機試驗在1.8×6.4m水泥球磨機中進行，其運行3 000h，生產水泥27 000噸，對比結果如表2所示。
表2 裝機對比試驗結果
材 料 原平均單重kg 磨后平均單重kg 失重kg 相對耐磨性β
稀土白口鑄件 35.6 32.5 3.1 3.22
高 錳 鋼 34.3 24.3 10 1
4 結論
(1) 稀土白口鐵改變了白口鑄鐵共晶碳化物的網狀分布，使材料脆性發(fā)生很大變化。
(2) 變質處理、熱處理工藝的配合對獲得細的較高硬度的珠光體基體；團球狀化的，量有減少的共晶碳化物；彌散、細小、量有增多的二次碳化物起關鍵性作用。
(3) 稀土白口鑄鐵襯板耐磨性約達高錳鋼的2倍以上，且能用沖天爐熔煉，生產成本較低。
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