大学化学 第4章 特种性能铸铁
8页1、第四章 特种性能铸铁.1第一节 耐热铸铁(高硅铸铁).1一 铸铁在高温下的氧化.2二 铸铁在高温下的生长.4三 中硅耐热铸铁.5四 中硅耐热铸铁的组织性能、铸造工艺特点及生产技术.5第二节 耐蚀铸铁.6一 提高铸铁耐腐蚀性的途径.6二 高镍耐腐蚀铸铁化学成分、组织性能及生产技术.7第四章第四章 特种性能铸铁特种性能铸铁特种性能铸铁一般指服役过程中能满足特殊使用性能的铸铁,主要包括减摩铸铁、抗摩铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁。本章主要针对新伟祥工业有限公司的铸件,讲述耐热铸铁(高硅铸铁)和耐蚀铸铁(高镍铸铁) 。第一节 耐热铸铁(高硅铸铁)在工业生产中,经常遇到金属零件或设备在高温气氛中工作。当金属在高温下与各种气体接触时,会发生反应,在表面生成化合物固体膜。一般把金属从表面开始逐渐向非金属化合物变化的现象统称为金属的氧化。另一方面,金属在高温下工作,其体积还将发生不可逆胀大,这种现象又称为金属在高温下的生长。铸铁在高温条件下工作,也会发生氧化和生长。耐热铸铁一般按加入合金元素不同而分类,基本可分为三类:含硅耐热铸铁,含铝耐热铸铁和含铬耐热铸铁。耐热铸铁可按其抗氧化和抗生长性予以分级,如表
2、51 所示。表表 5 51 1 耐热铸铁的耐热性分级耐热铸铁的耐热性分级一一 铸铁在高温下的氧化铸铁在高温下的氧化了解铸铁氧化过程的进行、产物、规律及其影响因素,其目的是为防止铸铁氧化提供理论依据和有效措施。(一)氧化过程根据 Fe-O 状态图,Fe 在高温下与氧作用会形成三种不同的产物,即FeO、Fe3O4和 Fe2O3。在低于 570时,FeO 将分解成 FeFe3O4。因此,在不同的温度范围内就有不同的氧化产物。低于 570时,氧化产物为紧靠金属基体的 Fe3O4上覆盖一层很薄的 Fe2O3;高于 570时,氧化产物则为紧靠金属基体的 FeO,中间为较薄的 Fe3O4,表面为一层最薄的 Fe2O3。铁在高温下的氧化过程可分为三个步骤:1) 氧原子在铁表面形成化学吸附。2) Fe-O 化学反应速度控制的氧化过程。吸附在铁表面的氧与铁迅速反应,生成一层紧密的 FeO 膜,温度较低时,氧的供给超出化学反应所需要的氧,此时的氧化过程就受化学反应速度所控制。随着反应过程的持续进行,FeO 膜在整个表面可逐渐增厚。但在高温时,铁的氧化速度便要受到氧的供应速度的控制。3) 受扩散速度控制的氧化
3、过程。FeO 不断增厚到一定程度时,会隔绝氧与金属基体的直接接触,从而减缓了铁的进一步氧化,此时铁的氧化就开始受金属铁离子通过 FeO 膜不断扩散至表面与氧反应,或氧单向通过 FeO 膜扩散至金属/氧化物界面与铁反应的扩散过程所控制。(二)影响铸铁氧化的因素影响铸铁氧化的主要因素有氧化膜的性质、合金元素以及基体和石墨特征。1.氧化膜性质的影响铁氧化时,当氧化膜达到一定的厚度,氧化速度就会减慢,从而对金属产生一定的保护作用,因此氧化膜的性质即氧化膜是否完整将影响铸铁是否继续氧化的重要因素。2.合金元素的影响加入合金元素的目的是为了阻碍主金属铁离子的扩散,防止铁的进一步氧化。合金元素的选择应符合条件:合金元素氧化物的 PB 比大于 1,且具有低的电导率;合金元素对氧的亲和力大于铁,即具有先于主金属氧化或能还原主金属氧化物的条件;合金元素的氧化物与主金属铁的氧化物互不溶解,即合金元素的氧化物能单独存在。3.铸铁组织对铸铁氧化的影响铸铁中的石墨在高温氧化气氛下会发生燃烧。石墨越粗大、越连续、数量越多,氧化气氛沿石墨侵入金属基体内部就越严重,氧化过程自然就更加迅速。二二 铸铁在高温下的生长铸铁在
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