我们的目的是要获得铸态马氏体组织,即奥氏体要发生马氏体转变,不能残留过多的奥氏体。添加不同的合金元素,可以满足LPT=5.0~5.25,但是Mn、Ni、Mo和Cu对残余奥氏体的影响是不同的。各合金元素对奥氏体的作用如下。
我们的目的是要获得铸态马氏体组织,即奥氏体要发生马氏体转变,不能残留过多的奥氏体。添加不同的合金元素,可以满足LPT=5.0~5.25,但是Mn、Ni、Mo和Cu对残余奥氏体的影响是不同的。各合金元素对奥氏体的作用如下。
Mo①提高高铬铸铁基体淬透性的作用,拟制奥氏体向珠光体转变;②降低马氏体转变点的作用不太大,具有促进奥氏体向马氏体转变的作用,提高马氏体转变的体积量,降低残余奥氏体的体积量;③原子半径比Fe原子半径大9.8%,Mo原子体积比Fe原子体积大32.37VO1%,所以Si和Mo原子是对奥氏体产生畸变结构强烈的原子,这种畸变结构,在奥氏体向马氏体的转变过程中具有应力催化作用。这种催化奥氏体向马氏体的作用,会降低残余奥氏体量。根据Mo的这些特性,为了降低残余奥氏体量和提高合金的硬度,在成本允许的范围内可以多加入一些Mo。
Cu①具有稳定奥氏体的作用;②Cu元素随着温度的降低,其在奥氏体中的含量降低,其固溶强化能力提高;③当Cu与Mo复合加入时,能显著增强Mo提高淬透性和合金的硬度;④显著降低合金的韧性,这是因为Cu在奥氏体中固溶量大,但不太固溶于α一Fe,最大固溶量1.5%。当温度下降时,急剧减少,析出二次Cu和叫做E相(Fe4%)[4]。笔者认为,应用金属电子理论,溶解度随奥氏体温度下降急剧减少原因,也是因为在含碳量高的奥氏体中,C-Cu的nA值下降,即铜碳原之间的结合力下降所致。这可能是产生E相的原因。基于Cu降低高铬铸铁的韧性,故宜不添加可少添加。由于挖泥泵叶轮合金的韧性是很重要的技术指标,所以我们尽管在合金中加入过约1%Cu,硬度也提高了2HRC,但为保持合金的韧性,最后仍然不加入Cu。
Mn①锰对奥氏体的稳定作用基本与镍相同,只是其作用比镍的能力低一些。由于Mn的价格比Ni便宜,所以在工艺允许的条件下,可以将Mn的加入量提高到上限。
Ni①具有奥氏体稳定性,是因为Ni在高温阶段晶界的偏聚,提高晶界C活度;奥氏体晶体中N i原子d层电子与Fe原子d层电子的杂化,增加Fe原子周围的自由电子数量,从而既降低Fe原子的迁移速率,又增加了Fe原子与C原子的结合能,则降低晶体中C原子的活度;这样N i原子的降低Fe、C原子迁移速率的双重作用,稳定了奥氏体基体。②提高高温的强度,偏聚于晶界的Ni原子,增加晶界的厚度,提高了晶界强度。Ni在晶界的偏聚,随着温度而降低,在高温Ni原子晶界的偏聚,提高了高铬铸铁高温的强度。③阻碍位错运动,偏聚于位错的Ni原子,产生铃木气团,铃木气团的钉扎作用,能够阻碍位错的运动,从而提高强度。Ni的加入量范围是比较宽的,日本的研究资料表明,当在15%Cr的高铬铸铁中加入3%时,具有很好的耐冲蚀磨损性能。