主题：【分享】合金元素在白口铸铁中的作用

白口铸铁是指化学成分中的碳以碳化物形式存在，铸态组织不含石墨、断口呈白色的铸铁。
白口铸铁凝固组织中含有大量的碳化物，性能硬而脆，难以机械加工。因硬度高故而耐磨，在抗磨零件上得到广泛应用。
碳：增加白口铸铁含碳量，硬度、耐磨性随之上升。但碳减少横向断裂韧度，增加脆性。碳量越高，冲击韧度越低。碳量增多，脆硬的共晶碳化物数量增多，此外，还降低淬透性，故选择碳量时应综合考虑。
铬：Cr在白口铸铁中的主要作用是：形成碳化物、提高耐蚀性以及稳定高温下的组织。提高铬和碳的含量将增加碳化物数量，从而提高耐磨性，但同时降低韧性。碳化物数量由下式估算：
碳化物的质量分数=w(C)12.33%+ w(Cr)0.55%-15.2%
计算时，如w(C)=3.0%，则带入3.0，Cr也类同。从公式看出，铬增加碳化物的作用没有碳大，因此，通常用提高碳量的办法去增加碳化物数量。在Cr-Mo系白口铸铁中碳化物所占的体积分数约为20%~40%。铬一部分用去形成碳化物，另一部分溶入基体，提高铸铁淬透性。溶于基体的铬量为
基体内铬的质量分数=1.95×(Cr/ C)%－2.47%
随铬量提高，合金白口铸铁的组织与性能要发生重要变化，碳化物由（Fe,Cr）3C转变成（Fe,Cr）7C3；碳化物的硬度显著提高，同时韧性也得到改善。所以，高铬白口铸铁除具有较高的耐磨性外，还具有优于低合金白口铸铁的韧性和强度。图5-2示出铬与白口铸铁力学性能的关系，随铬量增加，强度、挠度均发生明显变化。Cr的质量分数低于7%时，组织中存在连续M3C型碳化物，使强度、挠度均降低。Cr的质量分数从9%开始，由于形成不连续的M7C3型碳化物，强度、挠度得到提高；当Cr的质量分数增加到12%～19%时,性能达最高值。如果Cr的质量分数高于25%时，断口变成粗针状，生成过共晶碳化物，性能下降。此外，高的铬量使铸铁的抗蚀性能和抗高温氧化性能增加。多数高铬铸铁Cr的质量分数在11%～23%之间，铬碳比为4～8。
钼：Mo在白口铸铁中，质量分数的50%消耗于形成Mo2C,质量分数25%进入碳化物，质量分数25%的Mo溶入金属集体。进入基体的Mo提高铸铁的淬透性，随Mo量提高，淬透性改善。Mo提高高铬白口铸铁淬透性的能力与铬碳比有紧密关系。当Mo与Cu、Ni、Cr任一元素或与Cr+Ni二元素同时添加时，提高淬透性的作用更加明显。另外，Mo在Ni-Cr型马氏体白口铸铁中有替代Ni的能力。
镍：Ni不溶于碳化物而全部进入奥氏体，因此，它提高淬透性的作用得以充分发挥。在低铬白口铸铁中加入质量分数约2.5%的镍，可促使组织中得到硬而细的珠光体。当w（Ni）>4.5%可阻止珠光体形成。更高的镍量（w（Ni）>6.5%）可使奥氏体稳定，在低温或在铸态下发生马氏体转变。如镍硬白口铸铁在铸态条件下就可得到马氏体基体+M7C3共晶碳化物的组织。对于大截面高铬白口铸铁，添加w(Ni)=0.2%~1.5%能抑制珠光体形成，若Ni与Mo同时添加，抑制作用更明显。
铜：在低铬与高铬马氏体白口铸铁中，铜能抑制珠光体形成的作用。由于铜在奥氏体中的溶解度有限，所以不能添加太多，以w(Cu)<2.5%为宜，故Cu在镍硬铸铁中不能取代Ni。当Cu、Mo联合添加时，可显著提高淬透性。但是过量的铜会引起残余奥氏体增多，影响材料耐磨性。减少铸铁中的碳、铬量可降低奥氏体稳定性，但同时将使马氏体量减少，引起硬度降低。
钒：V是强烈的碳化物形成元素，铸态下形成初生碳化物，或二次碳化物，增加激冷程度。钒在薄壁铸件中产生的强烈激冷作用可借助Ni、Cu或增加C、Si含量给与平衡。此外，少量的钒，如w(V)=0.1%~0.5%可使粗大的柱状晶细化。由于钒与溶液中的碳结合，导致基体碳量降低，从而提高马氏体转化温度，促使在铸造条件下完全转成马氏体。
硅：Si在白口铸铁中是被限制的元素，因为Si增加碳的活性，容易促使石墨形成，阻止白口产生。另外，硅降低淬透性，容易促使形成珠光体，影响材料耐磨性。低合金白口铸铁中w(Si)=1%左右，高铬白口铸铁含硅量常控制在w(Si)=0.4%~0.7%。Si量过低（如w(Si)<0.4%）对脱氧不利。与一般结论不同，有文献报道，Si在中铬白口铸铁中，有使(Fe、Cr)7C3碳化物量增加的趋势。