隨著合金價(jià)格的提高,生產(chǎn)成本不斷增加。為降低生產(chǎn)成本,本課題在HT250材質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用氮、鈦、鈮對(duì)鐵液進(jìn)行合金化,通過金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗(yàn)和硬度試驗(yàn),研究了氮、鈦、鈮對(duì)灰鑄鐵組織及性能的影響規(guī)律。 試驗(yàn)結(jié)果表明,含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時(shí),試樣的金相組織為A型石墨+細(xì)片狀珠光體+少量鐵素體。隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長度變短、寬度稍有增加,彎曲程度加大,石墨端部鈍化,對(duì)基體的割裂作用減弱；細(xì)片狀珠光體含量略有增加,珠光體層片間距減??；試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度逐漸增大,當(dāng)含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時(shí),試樣的抗拉強(qiáng)度和硬度達(dá)到大值,分別為395MPa和260HBW。當(dāng)鐵液中含氮量≥0.011%時(shí),鑄件表面下開始出現(xiàn)氣孔缺陷。 在適當(dāng)含氮量(0.0080%左右)基礎(chǔ)上,含鈦量在0.055%-0.149%范圍內(nèi)時(shí),試樣的金相組織為A型和D型石墨+珠光體+少量鐵素體。隨著含鈦量的增加：A型石墨減少,D型石墨增多；鐵素體的含量增多,珠光體的含量減少。
試樣的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),當(dāng)含鈦量為0.149%時(shí),試樣的抗拉強(qiáng)度小,為230MPa；而試樣的布氏硬度略有增加,當(dāng)含鈦量為0.149%時(shí),試樣的布氏硬度大,為219HBW。鈦在含氮灰鑄鐵中的存在形式有以下兩種：少部分固溶于基體中,呈均勻分布；大部分與鐵液中的碳、氮形成鈦的碳氮化物,并多以三角形、四邊形及帶棱角的不規(guī)則塊狀鑲嵌于基體之中,呈彌散分布。

通過對(duì)高鉻鑄鐵沖擊斷口形貌及磨損表面形貌的觀察分析發(fā)現(xiàn),高鉻鑄鐵的斷裂屬于脆性斷裂,磨損機(jī)制以磨粒磨損為主。等溫淬火處理后的高鉻鑄鐵試樣磨損性能明顯優(yōu)于常規(guī)熱處理后的試樣,具有較好的耐磨性能。
加氮后的高鉻鑄鐵性能有了明顯的。其中在熱處理制度為1020℃空淬+510℃回火時(shí)，加氮量0.07%的高鉻鑄鐵韌性可達(dá)6.4J/cm硬度為61.5HRC。當(dāng)加氮量增加時(shí)韌性會(huì)相應(yīng)降低，硬度提高。通過Factsage軟件模擬相圖得知，氮能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，加氮量越多常溫下組織中殘留的奧氏體量越多。用Image-Pro Plus軟件對(duì)碳化物形貌分析得出氮能夠降低碳化物尺寸，同時(shí)增加碳化物數(shù)量，當(dāng)加入過多的氮時(shí)碳化物反而變得粗大。 改變回火溫度會(huì)對(duì)高鉻鑄鐵的性能產(chǎn)生影響。當(dāng)回火溫度提高時(shí)高鉻鑄鐵的韌性上升，硬度下降?；鼗饻囟忍岣叩?30℃時(shí)，加氮量為0.07%的高鉻鑄鐵韌性為6.6J/cm硬度降低到55HRC。降低淬火溫度可以提高高鉻鑄鐵的韌性，當(dāng)淬火溫度為980℃時(shí)，加氮量為0.07%的高鉻鑄鐵韌性達(dá)到高7.2J/cm硬度保持在60.5HRC，此時(shí)的綜合性能佳。
高鉻鑄鐵是高鉻白口抗磨鑄鐵的簡稱，是一種性能優(yōu)良而受到特別重視的抗磨材料。它以比合金鋼高得多的耐磨性，和比一般白口鑄鐵高得多的韌性、強(qiáng)度，同時(shí)它還兼有良好的抗高溫和抗腐蝕性能，加之生產(chǎn)便捷、成本適中，而被譽(yù)為當(dāng)代優(yōu)良的抗磨料磨損材料之高鉻鑄鐵屬金屬耐磨材料、抗磨鑄鐵類鉻系抗磨鑄鐵的一個(gè)重要分支，是繼普通白口鑄鐵、鎳硬鑄鐵而發(fā)展起來的第三代白口鑄鐵。早在1917年就出現(xiàn)了個(gè)高鉻鑄鐵。