合金元素在钢中的作用
合金元素 作用

C和Cr
铬和碳是高铬铸铁中两种重要的合金元素。提高铬含量和碳含量有助于增加碳化数量，这将使高铬
铸铁的耐磨性提高而韧性降低。碳化物的体积分数φ(碳化物)(%)可用下式估算：
φ
(碳化物)=12.33ɯ(C)+0.55ɯ(Cr)-15.2%

其中铬增加碳化物的效果远比碳差，因此工艺上常常用调整碳含量来达到改变碳化物数量的目的。
另一方面，铬碳比(质量比，下同)影响铸铁中M7C3型碳化物与总碳化物的相对数量。一般铬碳比大
于5就能获得大部分的M7C3型碳化物；同时铬碳比越高，铸铁的淬透性也越好，铬对淬透性的影响主要是
固溶在基体中的铬，基体中固溶的铬含量(质量分数)可用下式估算：
ɯ(Cr)=1.95×铬碳比-2.47

多数高铬铸铁中铬的质量分数在13%～20%范围内，碳的质量分数在2.5%～3.3%范围内，铬碳比大约
为4～8。不含其他合金元素的高铬铸铁，空淬能淬透的最大直径为Φ20mm左右，要提高淬透性，必须加
入其他合金元素。
此外，铬含量对相图中共晶点碳含量有很大影响，随铬含量增加，共晶点碳含量下降。共晶点碳含
量[质量分数，ɯ(CE)]随铬的变化可参考下式计算：
ɯ(C
E
)=4.40-0.054ɯ(Cr)

生产中一般采用亚共晶高铬铸铁，因此共晶点碳含量随铬含量的增加而下降，应在成分设计时引起
足够的重视。

Mo 钼元素具有明显的提高淬透性作用，特别在钼的质量分数较高(超过2%以上)时，作用更明显。钼元素在各相中的分配是这样的：约有50%进入Mo2C中，约有25%进入M7C3型碳化物中，溶入基体的钼含量可从下式估算：溶入基体的钼含量(质量分数)=0.23×总的钼含量(质量分数)-0.029
略去常数项，基体中的钼含量大约占高铬铸铁中钼含量的23%左右，这部分能直接起到提高淬透性
的作用。钼对马氏体开始转变温度Ms影响不大。钼若能与铜、锰联合应用时，其提高淬透性的效果更好
。

Ni和Cu
镍不溶于碳化物而完全溶入基体中，因此可充分发挥它提高淬透性的作用。但镍降低Ms点的作用大
于钼，会造成淬火后残留奥氏体增多。
铜的作用与镍相同，但效果没有镍大，亦不溶于碳化物，完全溶于金属基体中，因此可以充分发挥
它提高淬透性的作用。但铜降低Ms温度，会造成较多的残留奥氏体，且铜在奥氏体中的溶解度也不高
(大约在2%左右)，一般添加量在1.5%(质量分数)以下。

含镍、铜较高的高铬铸铁在热处理后常存在较多的奥氏体。这些残留奥氏体在磨损过程的反复冲击
应力作用下会产生相变，在磨损面表层产生压应力，最终导致表层材料的层片状剥落。残留奥氏体的数
量可采用改变淬火温度和保湿时间的方法(使之析出较多的二次碳化物)来降低。这是因为镍和铜全部溶
于奥氏体中，热处理不可能降低其含量，故降低奥氏体稳定性的唯一方法是尽可能减少奥氏体中的碳和
铬，但此时获得的马氏体中的碳含量较低，硬度也随之降低。

Mn 锰既进入碳化物又溶解于基体。锰能扩大γ相区，对稳定奥氏体很有效。由于锰剧烈地降低Ms，会使高铬铸铁在淬火后有较多的残留奥氏体，故一般控制其质量分数在1.0%以下。锰和钼联合使用时对提
高淬透性非常有效。

Si
硅与氧的亲和力大于锰和铬，是熔炼过程中不可缺少的脱氧元素。硅对于基体有较高的固溶强化作
用(大于锰、铬、镍、钨和钒)。由于在凝固过程中，硅有富集在碳化物结晶前沿的倾向，因此有一定的
改变共晶碳化物形态的作用。硅在高铬铸铁中具有提高Ms点，减少残留奥氏体的作用，同时也是降低淬
透性的元素，一般应注意控制其含量，以免在淬火时出现珠光体。

V 钒与碳结合既能生成初生碳化物，又可生成二次碳化物，使基体中固溶的碳含量有所下降，提高Ms点，易于获得铸态马氏体组织。一定含量(质量分数为0.5～1.0%)的钒在凝固时可使组织细化，对于消
除粗大的柱状晶组织有较好的作用。此外，钒还具有促使碳化物团球化的作用。

B
硼能提高碳化物的硬度，且能产生硬度较高的化合物，从而提高高铬铸铁的耐磨性。溶入基体的硼
能有效地提高基体的硬度，从而增强基体对碳化物的支撑作用。硼对高铬铸铁的基体及碳化物硬度的影
响见下表。硼对高铬铸铁Ms点的影响很小，从而使薄壁铸件在铸造态也可获得马氏体基体。但硼的添加
通常使得断裂韧度和冲击韧度下降。

组织
硬度 HV50
ɯ(B)=0.11%ɯ(B)=0.35%ɯ(B)=0.57%ɯ(B)=0.89%ɯ(B)=1.26%

奥氏体478481467——
马氏体——751862950
共晶碳化物156515701788～21351600～22001891～2688
初生碳化物————1953