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　　态不但有利于提高铸铁的机械性能, 而且可 大大提高高磷铸铁的摩擦磨损性能, [ 1] 使高磷铸铁的应用领域大大拓宽, 可有效地应用于摩擦 磨损领域。

　　根据上述变质高磷合金铸铁的组织、性能特点, 以及参考国外的研究应用情况, 用本研 究的变质高磷合金铸铁铸造了适合于高速、重载机车车辆闸瓦, 并进行了摩擦特性测试 ( 见 图 2) 。由图可见, 高磷合金铸铁与普通铸铁相比, 整个制动过程的摩擦系数较高, 并且在制 动过程中还能抑制摩擦系数下降 , 因而具有高的制动性能。磷含量越高, 摩擦系数越大, 这 主要是由于 P 的加入, 使珠光体基体中分散析出 Fe -P 三元共晶体之故。该相的维氏硬度高 ( HV 600～700) , 不但磨损性能好, 而且摩擦系数高[ 1] , 摩擦性能优良。 P 含量也不能太高, 但 否则, 合金铸铁的组织中 F e-P 共晶过多, 综合性能下降, 而且在高速制动时, 瞬间摩擦系数 变化大, 车轮振动的可能性加大, 乘车舒适度恶化。 同时, 这种闸瓦同合成闸瓦及烧结闸瓦相比, 其性能基本相同, 但价格仅是其 2/ 3～1/ 2, 且更适合于高速重载机车车辆 ( 合成闸瓦、烧结闸瓦不适合高速、重载场合) 。由此可见, 高 磷合金铸铁闸瓦将会得到十分广泛的应用, 产生较大的经济效益。

　　a. 高磷 ( ≥0. 5% ) 生铁经有效的变质处理与合金化处理, 可使其磷共晶形态由连续网状 变为均匀分布的块状或点状, 使高磷铸铁的综合机械性能明显提高, 工业应用前景看好;

　　b. 变质合金化高磷铸铁适合于制作高速、重载机车 车辆闸瓦, P 含量在 1. 5% ～3% 之间时, 这种闸瓦摩擦性 能优良; c. 变质合金化高磷铸铁的应用, 将会给生产高磷生 铁的地区经济带来生机。

　　含磷、 硫量较高的生铁, 是一种劣质生铁。 由于其 S, P 含量较高, 而使其冷热脆性增加。 所以在机械制造行业中, 这种生铁的应用范围有限, 仅用于一些要求不高的零件。 我省晋东南地区和运城部分地区生产的生铁就属这种高磷、硫生铁, 这种生铁的 P ≥ 0. 5% , S≥0. 4% , 远远高于生铁国家标准中 S, P 的最高限量 ( S≤0. 2% , P≤0. 1% ) 。 晋城、 阳城等地区的生铁甚至高于 1% P 和 0. 6% S , 这种生铁在机械制造行业中应用的很少, 严重地 影响了地方资源的利用和经济的发展。 根据高磷、硫生铁的成份特点, 如能利用这种生铁开发一种具有广阔市场的新产品, 将 会产生较大的经济效益。工业发达国家, 尤其是日本、德国, 80 代初已开始利用高磷铸铁研 制与应用具有高的摩擦系数和耐磨性的高速、重载机车车辆闸瓦。其成份特点是, 在普通灰 铁的基础上, 添加大量的 P 和其它合金元素 ( M e) , 合金元素的添加原则是多元少量, 总量不 超过 M e 4% , 以使高摩擦系数与耐磨性相配合。 根据特殊合金铸铁闸瓦的成份特点, 高磷 生铁能适用于这种闸瓦。铸铁中的高磷, 不但不是有害的, 反而成为有益的合金元素, 使在 熔炼生产新型闸瓦时, 少加 P , 而大大降低新型闸瓦的成本, 增加其市场竞争力。 目前这种特殊铸铁闸瓦已成功地应用于日本北海道铁路客运公司的特快列车和东海道山 阳干线 型电力机车等高速、重载机车上 , 德国的电力机车和内燃

　　由于高磷铸铁的磷含量一般都超过 0. 5% , 所以组织中存在大量的 -Fe Fe 3P 二元磷共 晶与 -Fe Fe 3P F e3 C 三元磷共晶。 磷共晶的性质硬而脆, 如在铸铁组织中呈弧立、 细小、 均 匀分布时, 可以提高铸件的耐磨性。如果它呈粗大连续网状分布时, 将降低强度, 提高铸件 的脆性, 并且由于过分硬脆而易于剥落而成为磨料, 反而加速磨损 [ 2] 。 为了改变高磷铸铁的组 织形态, 尤其是磷共晶的网状组织形态, 提高其综合性能, 笔者采用了变质处理与合金化双 重处理工艺。 本研究采用自行研制的稀土复合变质剂对高磷铸铁进行变质处理, 并用 0. 6% Cr 0. 3% Sb 合金化, 所获得的高磷铸铁的组 织形态和性能如图 1 和表 1 所示。由图及表 可见, 在变质处理之前, 磷共晶呈连续粗大 网状, 将铸铁的基体严重割裂, 基体中的石 墨较粗, 铸铁的强度较低, 塑韧性接近零, 综 合性能较差。经变质与合金化处理后的高磷 合金铸铁, 组织中磷共晶基本成为均匀分布 的块状或点状。 P 含量为 0. 8% 时, P 共晶 当 占到 8% 左右, 当 P 含量为 2. 6% 时, 磷共晶 占到 21% 左右; 石墨也较细小。这种组织形

　　机车、客车、货车上, 也都在推广应用这种高磷、硫特殊合金铸铁闸瓦。 利用高磷、硫生铁开发特殊性能合金铸铁闸瓦, 同目前我国正在推行的铁路、公路的高 速化相适应, 开发使用前景十分广阔。

　　( 机械电子工程系) 摘要介绍了高磷铸铁的国内外研究应用现状, 以及高磷铸铁经变质合金化 处理后的组织与性能; 比较研究了高、中磷合金铸铁与普通灰铸铁的摩擦性能。研 究认为, 经变质处理后的高、 中磷合金铸铁适合于制作高速机车车辆的专用闸瓦, 且 性能优良。 关键词高磷铸铁; 变质处理; 合金化处理; 摩擦性能 中图分类号 TG143. 9

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　　1-e未变质合金化 1. 1% P1-f 变质合金化处理 1. 1% P 图 1变质合金化处理前后, 不同磷含量的铸铁磷共晶形态及石墨形态