◆碳与合金元素在白口铸铁中有什么作用?
　　碳与合金元素各自在白口铸铁中的主要作用如下：
　　(1)碳 增加白口铸铁的碳含量，硬度、耐磨性随之上升。但碳减少横向断裂韧度，增加脆性。碳含量越高，冲击韧度越低。碳含量增多，脆硬的共晶碳化物数量增多。此外，碳还降低淬透性，故选择碳含量时应综合考虑。
　　(2)铬 铬在白口铸铁中的主要作用是形成碳化物，提高耐蚀性，稳定高温下的组织。提高铬和碳的含量将增加碳化物数量，从而提高耐磨性，但同时降低韧性。随着铬含量的提高，合金白口铸铁的组织与性能要发生重要变化，碳化物由(Fe，Cr)3C转变成(Fe，Cr)7C3，使碳化物的硬度显著提高，同时，韧性也得到改善。所以，高铬白口铸铁除具有较高的耐磨性外，还具有优于低合金白口铸铁的韧性及强度。
　　(3)钼 在白口铸铁中，钼含量的50％消耗于形成Mo2C，25％进入铁碳化物，还有25％的钼溶人金属基体。进入基体的钼提高铸铁的淬透性，随其含量提高，淬透性得到改善。
　　(4)镍 镍不溶于碳化物而全部进人奥氏体，它提高淬透性的作用因此得以充分发挥。在低铬白口铸铁中加入质量分数约2.5％的镍，可促使组织中得到硬而细的珠光体。当ω(Ni)>4.5％可阻止珠光体形成。更高的镍量(ω(Ni)>6.5％)可使奥氏体稳定，在低温或在铸态下发生马氏体转变。
　　(5)铜 在低铬与高铬马氏体白口铸铁中，铜有抑制珠光体形成的作用。由于铜在奥氏体中的溶解度有限，所以不能添加得太多，以ω(Cu)<2.5%为宜，故铜在镍硬铸铁中不能取代镍。当铜、镍联合添加时，可显著提高淬透性。
　　(6)钒 钒是强碳化物形成元素，铸态下形成初生碳化物，或二次碳化物，增加激冷程度。钒在薄壁铸件中产生的强烈激冷作用可借助镍、铜或增加碳、硅含量给予平衡。此外，少量的钒，如ω(V)=0.l％～0.5％可使粗大的粗壮晶细化。由于钒与熔液中的碳结合，导致基体碳量降低，从而提高马氏体转化温度，促使在铸造条件下完全转变成马氏体。
　　(7)硅 在白口铸铁中硅是被限制的元素，因为硅增加碳的活性，容易促使石墨的形成，阻止白口产生。另外，硅降低淬透性，容易促使形成珠光体，影响材料的耐磨性。
　　(8)锰 一种弱碳化物形成元素，溶于基体，可以明显提高奥氏体稳定性，提高铸铁淬透性。但锰加入量过多，铸铁中奥氏体过多，耐磨性下降。
　　◆铋对冷硬耐磨铸铁的组织和力学性能有什么影响?
　　冷硬铸铁的耐磨性与白口层密切相关，一般来说，白口层的硬度越高，深度越大，抗磨铸件的耐磨性越好，使用寿命越长。普通冷硬铸铁无论怎样调配化学成分，白口层的硬度总不是太高(≤50HRC)，且硬度提高白口层深度则减小。研究发现，在化学成分(质量分数)为3.92C、1.35%Si、0.92Mn、0.102%P和0.04％S的冷硬铸铁中加入微量铋元素，铋加入的质量分数为0.01％～0.09％，既可提高白口层的硬度，又能合理控制白口层的深度，对推广使用冷硬耐磨铸铁是十分重要的。随着加铋的质量分数从0到0.09％，铸铁白口层的平均深度从1.5mm单调地增加到11mm，激冷面的平均硬度从49.0HRC增到54.8HRC，但耐磨性并未单调变化，在加铋的质量分数0.03％处，耐磨性出现最佳值。把三者联系起来不难看出，仅向铁水中加入微量的铋，白口层深度、硬度和耐磨性同时都有所提高。当加ω(Bi)=0.03％时，除耐磨性比未加铋的提高35％外，白口深度可达5mm,硬度也有54.0HRC。
　　◆硼含量对Fe-Cr-B耐磨合金的硬度有什么影响?
　　硼含量对Fe-Cr-B合金的宏观硬度的影响如图4-6la所示。由于马氏体和(Cr，Fe)7C3都具有很高的显微硬度，所以在未添加硼的情况下，1号样品宏观硬度达到59.2HRC。加入硼元素后，由于形成了Fe2B(硬度为1430～1480HV)及(Cr，Fe)7(C，B)3硬质相，硬度较l号有明显的提升。当硼的质量分数小于1.4％时，随着硼含量的增加硬度明显增大，分别为62.6HRC、63.3HRC、65.7HRC。这是由于随着硼含量的增加，形成的Fe2B以及(Cr，Fe)7(C，B)，硬质相数量随之增加，硼含量并未饱和，不会从与基体中的碳元素亲和而影响基体的硬度，所以在此硼含量的范围内，硬度随着硼含量的提高而增大。但是当硼的质量分数超过1.4％增至2.0％时，硬度值不但没有上升反而略微下降至65.0HRC。这是因为当硼的质量分数在低于2.0％时的某个含量时已经处于饱和的状态，过饱和的硼元素会导致共晶相组织粗大、显微硬度下降；在图4-59中5号试样共晶相数量明显高于正常比例，
　　说明过饱和的硼元素从基体中析出碳元素形成碳硼化合物进入共晶相，导致基体的显微硬度有所下降，如图4-6lb所示，综合表现为宏观硬度的下降。
　　图4-61 硼含量Fe-Cr-B合金铸态宏观硬度和显微镜硬度的影响
　　a)对宏观硬度的影响 b)对显微镜硬度的影响
　　◆硼系耐磨白口铸铁的主要特点是什么?
　　由于硼的价格低廉，资源丰富，吉林工业大学在国内率先开展了硼系合金白口抗磨铸铁的研究，在成分为ω(C)=2.93％～3.19％、ω（Si）=1.20％～1.75％和ω(Mn)=0.55％～0.65％的普通铸铁中加硼溪。硼的质量分数在0.25％以下时强度和韧性变化不大，当硼的质量分数超过0.28％时强度和韧性则急剧降低。另外，随着硼加入量增加，铸铁硬度增加，硼的质量分数超过0.28％后硬度增加不明显。因为硼在白口铸铁中主要溶于碳化物中，形成Fe3(C，B)和Fe23(C，B)6型碳化物。这种复合碳化物的显徽硬度可以从900HV左右上升到1300HV左右，同时这种碳化物的数量剧增，从而使其宏观硬度上升，图4-62显示了硼对铸态硼系白口铸铁抗弯强度和硬度的影响。
　　硼系耐磨白口铸铁的主要特点如下：
　　1)硼绝大部分分布在碳化物中，它代替碳化物中的部分碳而形成Fe3(C，B)和
　　Fe23(C，B)6，从而提高碳化物的硬度及增加铸铁中碳化物的体积分数。
　　2)为保证硬度和韧性的综合指标，需控制铸铁中碳化物的体积分数，这就要合适地选定碳和硼的含量，可选择高碳低硼的成分，也可选择低碳高硼的成分。在碳化物的体
　　图4-62 硼对普通硼白口铸铁力学性能的影响
　　积分数相同时，与低碳高硼的铸铁相比，高碳低硼的强度和韧性较高，但碳化物的显微硬度较低(高碳低硼时碳化物的显微硬度为946HV，低碳高硼时为1100HV)。
　　3)由碳化物的相结构来看，高碳低硼时是以Fe3(C，B)为主，仅有少量Fe23(C，B)6，而低碳高硼时，Fe23(C，B)6较多。
　　4)硼并不能改变碳化物的形貌，碳化物仍然呈网状分布。为了提高材料的淬透性，经热处理后能得到所需的基体组织，故需加入适量的钼和铜。这类铸铁的韧性较差，常需采用变质处理以改善韧性。