稀土的加入对金相组织最显著的影响就是细化晶粒,使碳化物颗粒变得细小、分布变得均匀;由于碳化物晶粒细化和分布均匀,提高了耐磨性。在共晶凝固时,稀土元素有选择性地偏聚于碳化物择优长大方向的液相铁水中,阻止液相中的铁、铬和碳原子进入碳化物晶体,因而降低了碳化物在择优方向上的长大速度;同时共晶奥氏体伸入液相中的过冷区生长,并逐渐形成包围碳化物的外壳,限制并降低了碳化物的增长速度,使碳化物的分布得均匀。稀土对组织的细化机理是因为稀土元素与碳、氮、氧、硫等反应,生成大量细小的高熔点的稳定化合物。这些化合物质点作为微小的异质晶核,而且多余的稀土原子吸附在初生奥氏体枝晶表面,阻碍枝晶长大,细化奥氏体枝晶。细化的奥氏体枝晶使残余的液相成孤立分散状,故在共晶转变时得到细化的碳化物。
当磨粒切削形成的刻痕或沟槽比较大时,以至一次滑动通过时,就可以把那些小的碳化物颗粒犁出去,这时碳化物颗粒没有起到硬质质点阻止磨粒切削的作用。只有当碳化物颗粒尺寸要大于切削痕截面尺寸,或碳化物尺寸大到足以阻碍磨粒的压入和切削,或当碳化物颗粒至少有一个方向的尺寸大于磨粒压入深度时,碳化物颗粒对提高材料的耐磨性才是有贡献的。因此,在泥沙磨粒磨损条件下太细小的碳化物对提高材料的耐磨性是不利的。
(1)碳化物的形态和分布对高铬铸铁材料的耐磨性有很大影响。块状或短杆状且分布均匀的碳化物对提高材料的耐磨性有利;网状或长针状碳化物对耐磨性不利。
(2)在泥沙磨损试验条件下,提高高铬铸铁中基体组织的显微硬度和基体组织与碳化物的结合强度有利于提高高铬铸铁材料的耐磨性。
(3)稀土使高铬铸铁的晶粒细化,碳化物颗粒变得细小,分布更为均匀,有利于提高高铬铸铁在泥沙磨损条件下的耐磨性。
(4)提高高铬铸铁材料在泥沙磨损条件下的耐磨性主要是提高基体组织本身的强度和硬度,碳化物的形态尽可能呈块状材料或短杆状,避免出现网状或非常大的棱角比较尖锐的长针状,且分布要均匀。