鑄鐵的腐蝕性能

關(guān)于鑄鐵的腐蝕性能普通灰鑄鐵（包括孕育鑄鐵）（片狀石墨）；蠕墨鑄鐵；球墨鑄鐵；可鍛鑄鐵（團(tuán)狀石墨，強(qiáng)度和韌性好，是白口鑄鐵經(jīng)熱處理后得到的）。4.1.1鑄鐵的分類:1、按斷口分：灰口鑄鐵、白口鑄鐵（硬而脆）、麻口鑄鐵2、按合金化程度分：3、按石墨形態(tài)分：普通鑄鐵、合金鑄鐵（特殊性能鑄鐵，耐蝕鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐磨鑄鐵）第2頁,共28頁，星期六，2024年，5月

鑄鐵為鐵、碳、硅三元合金，一般鑄鐵組織主要有鐵素體、滲碳體、石墨三個(gè)相。4.1.2鑄鐵腐蝕的基本原理1、鑄鐵的組織：

在電解質(zhì)溶液中，石墨電極電位最高（+3.7V），滲碳體次之，鐵素體較低（-0.44V）。因此，發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，一般是形成以石墨或滲碳體為陰極，鐵素體為陽極的原電池，造成腐蝕破壞。2、腐蝕原因：第3頁,共28頁，星期六，2024年，5月3、石墨以中等大小，互不相連為好，球狀或團(tuán)絮狀比片狀好。4.1.3提高鑄鐵耐蝕性所希望的組織:1、基體最好是致密均勻的單相組織，如：奧氏體或鐵素體（珠光體不如鐵素體耐蝕）2、碳以碳化物形式存在為好（因?yàn)闈B碳體與鐵素體形成的原電池比石墨與鐵素體形成的原電池的電動(dòng)勢(shì)?。┑?頁,共28頁，星期六，2024年，5月4.2鐵銹的形成

γ-Fe2O3.H2O；α-Fe2O3.H2O；FeOx（OH）3-2x（非晶態(tài)）。4.2.1鐵銹結(jié)構(gòu)

鋼鐵表面上形成銹層時(shí)通常分為內(nèi)外兩層。外層疏松，結(jié)合不牢，內(nèi)層較致密，同基體結(jié)合較牢。

主要由三部分組成：第5頁,共28頁，星期六，2024年，5月2、先生成γ-Fe2O3.H2O，然后再部分或全部地變成α-Fe2O3.H2O，即：Fe（溶解）→Fe2+（經(jīng)水分解）→FeOH+（空氣氧化）→γ-Fe2O3.H2O（溶解、沉積）→FeOx（OH）3-2x（固相轉(zhuǎn)化、老化）→α-Fe2O3.H2O4.2.2形成過程1、鐵銹主要是鐵的三價(jià)氧化物，它不是由鐵一次氧化形成的，而是經(jīng)由二價(jià)鐵離子進(jìn)一步氧化生成的。3、鋼鐵在酸溶液中的腐蝕產(chǎn)物是可溶的，不生成鐵銹，在弱酸性、中性或堿性水溶液中能生成銹層，第6頁,共28頁，星期六，2024年，5月4.3鑄鐵中合金元素對(duì)耐蝕性的影響

3、使鑄鐵表皮層下形成致密而牢固的保護(hù)膜。如形成SiO2，Al2O3，Cr2O3，4.3.1合金元素提高鑄鐵耐蝕性的主要作用：1、改變某些相的電位，降低原電池的電動(dòng)勢(shì)。如Cr，Mo，Cu，Ni，Si等，可提高基體的電極電位。2、改善組織，使電池?cái)?shù)量減少，電動(dòng)勢(shì)變小。如加入硅14～18%，得到單一鐵素體組織，加入錳得到單一奧氏體組織。第7頁,共28頁，星期六，2024年，5月

原因：硅的大量加入，使鐵的表面形成比較致密與完整的Si02保護(hù)膜，這種膜具有很高的電阻率和較高的電化學(xué)穩(wěn)定性。隨著含硅量的增加，使致鈍電流密度和維鈍電流密度都大大降低，提高了鑄鐵的鈍態(tài)穩(wěn)定性。4.3.2鑄鐵中主要合金元素的作用1、Si，是提高鑄鐵耐酸性的主要元素。第8頁,共28頁，星期六，2024年，5月2、Ni：原因：Ni使腐蝕電位向正方向移動(dòng)。主要作用：一方面提高了鐵的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)又促進(jìn)了鐵的鈍化。（高鎳鑄鐵不僅對(duì)氧化性介質(zhì)，而且對(duì)還原性介質(zhì)都有較高的耐蝕性。）第9頁,共28頁，星期六，2024年，5月原因：鉻是一種易鈍化金屬，在氧化性介質(zhì)中能使表面形成牢固而致密氧化膜。3、Cr：主要作用：使合金鑄鐵具有高的耐熱性，而且提高了鑄鐵在氧化性腐蝕環(huán)境中的耐蝕性。第10頁,共28頁，星期六，2024年，5月

4、Mo：主要作用：改善合金鑄鐵在還原性酸及氯化物溶液中的耐蝕性。原因：在酸性氯化物溶液中，表面膜中的MoO3具有很高的穩(wěn)定性。但是，只有在含有硅、鉻、鉬等元素的合金中，多孔的MoO3才能充分發(fā)揮其改進(jìn)合金鑄鐵表面膜性能的作用。第11頁,共28頁，星期六，2024年，5月原因：極易形成保護(hù)性良好的氧化膜。5、Al：主要作用：一定量的鋁，可使鑄鐵具有良好的耐熱性，而且在多種酸性溶液中具有很好的耐蝕性。第12頁,共28頁，星期六，2024年，5月在高硅鐵中作用較為明顯，加入6.5～10%的銅，可以大大改善鑄鐵的耐熱硫酸的腐蝕能力。原因被認(rèn)為是銅在晶界處的析出，成為陰極元素，促進(jìn)了陽極鈍化。6、Cu：Cu在鑄鐵中對(duì)耐蝕性的作用說法不一，與各方面條件有關(guān)。第13頁,共28頁，星期六，2024年，5月

稀土元素對(duì)改善鑄鐵的耐熱性具有良好的作用。例如：稀土鎂球墨鑄鐵不僅具有良好的耐熱性，而且具有優(yōu)異的耐酸性。7、稀土元素原因：稀土具有良好的凈化作用，減少雜質(zhì)，使組織致密。第14頁,共28頁，星期六，2024年，5月

8、其他微量元素銻：對(duì)耐蝕性的作用因腐蝕介質(zhì)不同而不同。在硫酸和硝酸中增加失重，而在鹽酸和堿液中減少失重。鈦：提高組織的致密性，改善鑄鐵的耐酸性。第15頁,共28頁，星期六，2024年，5月對(duì)改善含磷鑄鐵在燃?xì)飧g環(huán)境中的耐腐蝕性有效。砷：可改善鑄鐵的耐酸性。但隨著含砷量的增加在堿中的耐蝕性惡化。釩與硼：鋯：可以改善鑄鐵在5%硫酸和5%硝酸及海水中的耐蝕性。第16頁,共28頁，星期六，2024年，5月4.4常用鑄鐵的耐蝕性與耐熱性

3、對(duì)水的耐蝕性好（長期以來鑄鐵水管被廣泛應(yīng)用，原因就是石墨有促進(jìn)鈍化作用。）4.4.1普通鑄鐵與球墨鑄鐵的耐蝕性2、在堿溶液中的耐蝕性好；1、在大氣中的耐蝕性比碳鋼好，但在亞硫酸氣的工業(yè)大氣或鹽霧大氣中則腐蝕加劇。第17頁,共28頁，星期六，2024年，5月6、在土壤中受腐蝕的因素很復(fù)雜，與土壤的性質(zhì)、環(huán)境和水質(zhì)等有關(guān)，一般情況下不是耐蝕的。4、不耐酸的腐蝕，含有酸性物質(zhì)時(shí)，耐蝕性下降；在氧化性酸中腐蝕速度比碳鋼低；原因：①石墨的鈍化作用消失，腐蝕電位變大。②酸性條件下，腐蝕產(chǎn)物被溶解，不能沉積覆蓋。5、在海水中耐蝕性差；原因是Cl-破壞SiO2鈍化膜。

鑄鐵腐蝕的原因：主要是組織不均勻，特別是大量石墨的存在，形成許多微電池，從而降低了鑄鐵的耐蝕性。第18頁,共28頁，星期六，2024年，5月（2）在磷酸中耐蝕性良好。在98℃以下，各種濃度的磷酸中腐蝕率大多不超過0.1mm/年。原因：有利于形成SiO2的鈍化保護(hù)作用。4.4.2高硅鑄鐵

高硅鑄鐵是以硅為主要合金元素而獲得的Fe-Si-C合金。通常，其成分中硅含量為14.0%～18%，或更高。4-6%的鑄鐵具有耐熱性，大于13%的鑄鐵具有耐酸性。1、特點(diǎn)：（1）這種合金在眾多的化學(xué)介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，主要用于硫酸工業(yè)中。第19頁,共28頁，星期六，2024年，5月（6）高硅鑄鐵的力學(xué)性能，特別是耐熱沖擊和機(jī)械沖擊性很差，因此不能承受較大的壓力和沖擊以及溫度的劇烈變化的環(huán)境中。該材料的鑄鐵加工性能也不好（易產(chǎn)生氣孔和裂紋。）（3）在堿性溶液中的耐蝕性不好，甚至比普通鑄鐵還差。含Cl-的溶液也是這樣。（4）在鹽酸中的耐蝕性不如在硫酸和硝酸中好。這種情況下要提高耐蝕性，要把含硅量提高到18%，并加入Mo。（5）不耐亞硫酸和氫氟酸的腐蝕。（因?yàn)樗鼈儠?huì)溶解鑄鐵表面的硅酸鹽保護(hù)膜。）第20頁,共28頁，星期六，2024年，5月這類鑄鐵組織沒有大的變化，主要是力學(xué)性能有所提高，用于活塞、缸套等。4.4.3鎳鑄鐵1、鎳的作用：

鎳是促進(jìn)石墨化元素（作用不如硅，僅為硅的1/3），在鑄鐵中全部溶入基體形成固溶體，不形成碳化物。2、鎳鑄鐵的種類和特點(diǎn)：（1）含鎳量﹤4%的低鎳鑄鐵第21頁,共28頁，星期六，2024年，5月

組織為奧氏體基體，石墨有片狀和球狀兩種。特點(diǎn)：對(duì)各種無機(jī)和有機(jī)還原性稀酸，以及各類堿性溶液都有很高的耐蝕性，但在氧化性酸中耐蝕性差。由于高鎳鑄鐵特別耐堿腐蝕，故常用來制造蘇打濃縮鍋，同時(shí)因在海水、海洋大氣或中性鹽中具有很高的耐蝕性，所以是海水淡化裝置中的理想原料。組織為馬氏體，硬度高，主要用于耐磨部件。馬氏體鑄鐵中不允許基體有殘余奧氏體，因?yàn)闅堄鄪W氏體在外力作用下會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致體積膨脹而開裂。（2）含鎳量4～6%的中鎳鑄鐵（3）高鎳鑄鐵（含鎳量14～36%）第22頁,共28頁，星期六，2024年，5月

主要適用于600℃以下的的耐熱件，改善鑄鐵對(duì)海水和低濃度酸的耐蝕性，常用于地下管道。4.4.4鉻鑄鐵1、低鉻鑄鐵，含鉻量﹤1.0%特點(diǎn)：主要為了改善灰口鑄鐵或球墨鑄鐵的機(jī)械性能，以及耐熱、耐蝕性和耐磨性。第23頁,共28頁，星期六，2024年，5月⑴特點(diǎn)：為白口鑄鐵，在高溫氧化和腐蝕環(huán)境下具有特別優(yōu)良的耐磨性能。最適用于氧化性腐蝕介質(zhì)2、高鉻鑄鐵，含鉻量13～35%⑵高鉻鑄鐵分類：①馬氏體高鉻鑄鐵（含鉻量12～20%）特點(diǎn)：硬度高（HRC57～58），耐蝕性好。第24頁,共28頁，星期六，2024年，5月②奧氏體型高鉻鑄鐵（含鉻量24～28%）特點(diǎn)：是一種綜合性能非常優(yōu)秀的合金鑄鐵。可在鑄態(tài)下直接使用，不需要熱處理；可承受很大沖擊，發(fā)生加工硬化，內(nèi)部韌性好。③鐵素體高鉻鑄鐵（含鉻量30～35%）含碳量一般低于1.5%。特點(diǎn)：良好的高溫抗氧化能力，在含硫氧化性氣氛中更突出。發(fā)生變形和裂紋的危險(xiǎn)性較少。第25頁,共28頁，星期六，2024年，5月

含鋁8%以上的鑄鐵具有良好的抗氧化性，但機(jī)械性能很差。因此一般將含鋁量降到4～6%，并加入其它元素。4.4.5鋁鑄鐵例如：6%Al-1%Cu的鑄鐵，耐熱性好，高溫強(qiáng)度相當(dāng)高；

4%Al-5%Si的鑄鐵，既耐熱又耐酸。第2