影響鑄鐵組織和性能的關(guān)鍵是碳在鑄鐵中存在的形式、形態(tài)、大小和分布。鑄鐵的發(fā)展，主要是圍繞如何改變石墨的數(shù)量、大小、形狀和分布這一中心問題進(jìn)行的。因此，首先應(yīng)研究鑄鐵中石墨的形成過程及其影響因素。鑄鐵中石墨的形成過程稱為石墨化。在鑄鐵中，碳能以化合態(tài)的滲碳體和游離狀態(tài)的石墨兩種形式存在，游離狀態(tài)的石墨容易形成片狀結(jié)構(gòu)。這是由于石墨的晶格為簡單六方晶格，基面中的原子間距142nm，原子間結(jié)合力較強(qiáng)；而兩基面間的面間距340nm，因基面間距較大，原子間結(jié)合力較弱，故結(jié)晶時易形成片狀結(jié)構(gòu)，且強(qiáng)度、塑性和韌性極低，接近于零，硬度僅為3HBS。另外，在碳原子的四個價電子中，只有一個價電子參加到電子氣中去，這便是石墨具有某些不太明顯的金屬性能(如導(dǎo)電性)的原因。 
前面我們已討論過化合態(tài)的滲碳體，它若加熱到高溫，便會分解為鐵和碳(Fe2C→3Fe。所以化合態(tài)的滲碳體只是一種亞穩(wěn)定相，而游離態(tài)的石墨則是一種穩(wěn)定相。一般，在鐵碳合金的結(jié)晶過程中，因?yàn)闈B碳體的含碳量69％)比石墨的含碳量(100％)更接近于合金成分的含碳量5％o％)，析出滲碳體時所需的原子擴(kuò)散量較小，滲碳體的晶核易形成，所以自合金液體或奧氏體中析出的是滲碳體而不是石墨。但在擴(kuò)散時間足夠的條件下，或在合金中含有可促進(jìn)石 墨形成的元素(如硅等)時，在合金中便會直接自液體或奧氏體中析出石墨。實(shí)踐證明，成分相同的合金在冷卻時，冷卻速度愈快，析出滲碳體的可能性愈大；冷卻速度愈慢，析出石墨的可能性愈大。

為了提高爐篦條的強(qiáng)度和耐蝕性能, 對其成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。高鉻鑄鐵中加入適量的Al和Si,以提高其抗氧化性,此外還加入適量Zr使其組織細(xì)化,有利于高鉻鑄鐵力學(xué)性能的大幅度提高,終提高高鉻鑄鐵篦條使用性能。此外,篦條制造中還采用了過濾處理工藝,以減少鑄造組織中的夾雜物數(shù)量,提高鑄鐵的強(qiáng)度、韌性和抗氧化性。國產(chǎn)改進(jìn)型高鉻鑄鐵篦條在450 m2大型燒結(jié)機(jī)臺車上使用,篦條消耗9-12 g使用壽命超過3年。
隨著工業(yè)的發(fā)展,耐磨金屬的需求量越來越大,同時對耐磨金屬的性能也提出了新的要求。但是一種材料同時具有高韌性和度的性能很難實(shí)現(xiàn),而雙金屬復(fù)合材料正好滿足這些要求。雙金屬復(fù)合材料可用于表面要求良好的耐磨性、整體要求具有很高的韌性、而采用單一材料無法滿足的重要部件。 針對球磨機(jī)用襯板的工況要求,選取高鉻鑄鐵與ZG230-450鋼進(jìn)行復(fù)合鑄造,以達(dá)到抗磨損性、抗腐蝕性良好的目的,同時復(fù)合的雙金屬應(yīng)具有優(yōu)異的性、強(qiáng)度、延展性和斷裂韌性等綜合的機(jī)械性能。 本文以球磨機(jī)復(fù)合襯板為研發(fā)目標(biāo),主要針對復(fù)合鑄造工藝以及高鉻鑄鐵的冶煉和熱處理工藝進(jìn)行研究。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室中試和大生產(chǎn)試制研究,采用金相組織觀察和力學(xué)性能測試等方法,對復(fù)合襯板進(jìn)行了研究,得到以下主要結(jié)論: 選擇Cr15型高鉻鑄鐵作為復(fù)合襯板耐磨層,其鑄態(tài)組織為:基體為枝晶奧氏體,枝晶間為M_7C_3型共晶碳化物,有少量萊氏體共晶組織(M_3C型碳化物+奧氏體),具有良好的耐磨性.
當(dāng)采用等溫淬火熱處理時,通過等溫淬火熱處理工藝可使高鉻鑄鐵得到馬氏體與針狀下貝氏體為主的基體組織,下貝氏的硬度接近馬氏體,而韌性優(yōu)于馬氏體,從而使得高鉻鑄鐵獲得較好的沖擊韌性。