碳:增加白口鑄鐵含碳量,硬度、耐磨性隨之上升。但碳減少橫向斷裂韌度,增加脆性。碳量越高,沖擊韌度越低,線性關(guān)系見圖1所示。碳量增多,脆硬的共晶碳化物數(shù)量增多,此外,還降低淬透性,故選擇碳量時應(yīng)綜合考慮。
鉻:Cr在白口鑄鐵中的主要作用是:形成碳化物、提高耐蝕性以及穩(wěn)定高溫下的組織。提高鉻和碳的含量將增加碳化物數(shù)量,從而提高耐磨性,但同時降低韌性。隨鉻量提高,合金白口鑄鐵的組織與性能要發(fā)生重要變化,碳化物由(Fe,Cr)3C轉(zhuǎn)變成(Fe,Cr)7C3;碳化物的硬度顯著提高,同時,韌性也得到改善。所以,高鉻白口鑄鐵除具有較高的耐磨性外,還具有優(yōu)于低合金白口鑄鐵的韌性及強度。圖2示出鉻與白口鑄鐵力學性能的關(guān)系,隨Cr量增加,強度、撓度均發(fā)生明顯變化。Cr的質(zhì)量分數(shù)低于7%時,組織中存在連續(xù)M3C型碳化物,使強度、撓度均降低。Cr的質(zhì)量分數(shù)從9%開始,由于形成不連續(xù)的M7C3型碳化物,強度、撓度得到提高;當Cr的質(zhì)量分數(shù)增加到12%~19%時,性能達最高值。如果Cr的質(zhì)量分數(shù)高于25%,斷口變成粗針狀,生成過共晶碳化物,性能下降。此外,高的鉻量使鑄鐵的抗蝕性能和抗高溫氧化性能增加。多數(shù)高鉻鑄鐵Cr的質(zhì)量分數(shù)在11%~23%之間,鉻碳比為4~8。
鉬:Mo在白口鑄鐵中,質(zhì)量分數(shù)的50%消耗于形成Mo2C,質(zhì)量分數(shù)25%進入碳化物,質(zhì)量分數(shù)25%的Mo溶入金屬基體。進入基體的鉬提高鑄鐵的淬透性,隨Mo量提高,淬透性改善。Mo提高高鉻白口鑄鐵淬透性的能力與鉻碳比有緊密關(guān)系,見圖3所示。當Mo與Cu、Ni、Cr任一元素或與Cr+Ni二元素同時添加時,提高淬透性的作用更加明顯。另外,Mo在Ni–Cr型馬氏體白口鑄鐵中有替代Ni的能力。
鉬:Mo在白口鑄鐵中,質(zhì)量分數(shù)的50%消耗于形成Mo2C,質(zhì)量分數(shù)25%進入碳化物,質(zhì)量分數(shù)25%的Mo溶入金屬基體。進入基體的鉬提高鑄鐵的淬透性,隨Mo量提高,淬透性改善。Mo提高高鉻白口鑄鐵淬透性的能力與鉻碳比有緊密關(guān)系,見圖3所示。當Mo與Cu、Ni、Cr任一元素或與Cr+Ni二元素同時添加時,提高淬透性的作用更加明顯。另外,Mo在Ni–Cr型馬氏體白口鑄鐵中有替代Ni的能力。
鎳:Ni不溶于碳化物而全部進入奧氏體,因此,它提高淬透性的作用得以充分發(fā)揮。在低鉻白口鑄鐵中加入質(zhì)量分數(shù)約2.5%的Ni,可促使組織中得到硬而細的珠光體。當w(Ni)>4.5%可阻止珠光體形成。更高的鎳量(w(Ni)>6.5%)可使奧氏體穩(wěn)定,在低溫或在鑄態(tài)下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。如鎳硬白口鑄鐵在鑄態(tài)條件下就可得到馬氏體基體+M7C3共晶碳化物的組織。對于大截面高鉻白口鑄鐵,添加w(Ni)=0.2%~1.5%能抑制珠光體形成,若Ni與Mo同時添加,抑制作用更明顯。
銅:在低鉻與高鉻馬氏體白口鑄鐵中,銅有抑制珠光體形成的作用。由于Cu在奧氏體中的溶解度有限,所以不能添加太多,以w(Cu)<2.5%為宜,故Cu在鎳硬鑄鐵中不能取代Ni。當Cu、Mo聯(lián)合添加時,可顯著提高淬透性。但是過量的Cu會引起殘留奧氏體增多,影響材料耐磨性。減少鑄鐵中的碳、鉻量可降低奧氏體穩(wěn)定性,但同時將使馬氏體量減少,引起硬度降低。
釩:V是強烈的碳化物形成元素,鑄態(tài)下形成初生碳化物,或二次碳化物,增加激冷程度。釩在薄壁鑄件中產(chǎn)生的強烈激冷作用可借助Ni、Cu或增加C、Si含量給與平衡。此外,少量的釩,如w(V)=0.1%~0.5%可使粗大的柱狀晶細化。由于釩與熔液中的碳結(jié)合,導致基體碳量降低,從而提高馬氏體轉(zhuǎn)化溫度,促使在鑄造條件下完全轉(zhuǎn)成馬氏體。
硅:Si在白口鑄鐵中是被限制的元素,因為Si增加碳的活性,容易促使石墨形成,阻止白口產(chǎn)生。另外,硅降低淬透性,容易促使形成珠光體,影響材料耐磨性。低合金白口鑄鐵中w(Si)=1%左右;高鉻白口鑄鐵含硅量??刂圃趙(Si)=0.4%~0.7%。Si量過低(如w(Si)<0.4%)對脫氧不利。與一般結(jié)論不同,Si在中鉻白口鑄鐵中,有使(Fe、Cr)7C3碳化物量增加的趨勢。