高鉻鑄鐵、耐磨材料的發(fā)展經(jīng)過了普通白口鑄鐵、高錳鋼、鎳硬鑄鐵、鉻系白口鑄鐵等幾個階段。上述耐磨材料各有利弊，都在不斷完善，但總的趨勢是向著提高材料的性價比方向發(fā)展。鉻系白口鑄鐵源于20世紀(jì)初期，但廣泛使用卻始于20世紀(jì)中后期、電爐普及后。
近幾十年來國內(nèi)外鑄造工作者對鉻在白口鑄鐵中的作用進(jìn)行了大量的實驗研究，使鉻系白口鑄鐵性能得到不斷提高，生產(chǎn)工藝逐漸簡化。目前鉻系白口鑄鐵已在一些領(lǐng)域取代耐磨鍛鋼、中錳球鐵和低合金鋼等材質(zhì)做磨球，在礦山、建筑、冶金、火力發(fā)電等行業(yè)得到應(yīng)用，成為國內(nèi)外公認(rèn)的、優(yōu)良的抗磨材料。
目前，國內(nèi)鑄造工作者關(guān)于鉻系白口鑄鐵的研究主要集中在化學(xué)成分選擇、熱處理工藝確定、變質(zhì)劑選擇、良好碳化物類型的獲得及磨損機(jī)理研究等領(lǐng)域。國外鑄造研究人員更致力于高鉻鑄鐵微觀組織結(jié)構(gòu)、耐磨機(jī)理及新制備工藝開發(fā)的研究，關(guān)于低鉻鑄鐵和中鉻鑄鐵的研究較少。 對高鉻鑄鐵進(jìn)行的熱處理工藝除了常規(guī)淬火處理外，還有很多表面技術(shù)，例如等離子表面重熔技術(shù)。
等離子表面重熔技術(shù)是采用等離子束等這些高密度能量將工件表面層或涂敷在工件表面上的合金化材料熔化后再冷卻凝固成硬化層(涂層)。
由于加熱速度極快, 所以整個基體的溫度在加熱過程中可以不受影響,且由于冷速也較快, 從而又可形成微晶、非晶及其它一些奇特的、 熱平衡相圖上不存在的亞穩(wěn)合金, 從而賦予材料表面特殊的性能和功能。 另外表面重熔還具有無變形、 不影響光潔度、 能直接裝配使用的特點 以、高鉻鑄鐵和各類合金鋼為代表的第三代耐磨材料，為解決材料硬度和韌性相匹配的問題，20世紀(jì)30年代后期，美國對含鉻量10%~30%的合金白口鑄鐵進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)含鉻量大于12%時，碳化物由滲碳體(Fe3C)轉(zhuǎn)變?yōu)镃r7C3型碳化物，它的硬度高，組織形態(tài)為菊花狀、條塊狀，因此韌性大幅度提高。
高鉻板錘高鉻鑄鐵所含主要元素為C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu。碳是影響高鉻白口鑄鐵韌性最大的元素。由于碳與鐵、鉻、鉬等元素形成碳化物為高硬度相,如果它們呈網(wǎng)狀分布,更會加劇脆性, 因此, 高鉻抗磨鑄鐵的韌性主要取決于組織中的碳化物數(shù)量、形態(tài)、分布、大小。增加碳量, 可增加碳化物的數(shù)量,但會降低韌性和淬透性, 熱裂傾向增大。因此碳不能過高,一般認(rèn)為Cr/ C 為4~ 8時, 耐磨性較好。 高鉻板錘高鉻鑄鐵含鉻量大于11%，鉻、碳含量比值超過3.5。在這種條件下，高硬度型M7C3碳化物幾乎全部代替了M3C型碳化物。
型碳化物呈六角形桿狀及曲面板條狀，分布在基體中。相對于普通白口鑄鐵或低鉻鑄鐵而言，可以認(rèn)為高鉻鑄鐵中的碳化物是不連續(xù)相，而基體是連續(xù)相。也就是說碳化物對基體的破壞作用大大減小，因而高鉻板錘高鉻鑄鐵的韌性優(yōu)于普通白口鑄鐵和低鉻鑄鐵。M7C3型碳化物的硬度很高，其顯微硬度HV1300-1800，而M3C型碳化物的顯微硬度只有HV800-1200，因此M7C3型碳化物的形成賦予了鑄鐵以高的硬度。通過添加其他合金元素以及適當(dāng)?shù)臒崽幚?，高鉻鑄鐵可以獲得不同的基體組織，以滿足各種不同工況對抗磨材料提出的性能要求。 高鉻鑄鐵是一種比較復(fù)雜的多元合金。影響其組織與性能的因素很多。采用多元合金化可以改善組織,提高高鉻鑄鐵的硬度和韌性。
鉬可溶于碳化物和基體中, 溶入基體的鉬能極大地提高淬透性,對厚壁鑄件可抑制珠光體的形成。加鉬能增加相當(dāng)數(shù)量的M7C3相, 并形成高硬度的Mo2C。錳既能進(jìn)入碳化物又溶解于金屬基體中。錳、鉬聯(lián)用能改變鉬在碳化物和基體中的分配比,顯著提高淬透性。但錳強(qiáng)烈降低Ms點，穩(wěn)定奧氏體。因此,錳含量不宜過多, 一般小于1%。硅是非碳化物形成元素,它降低淬透性, 有可能出現(xiàn)鐵素相, 過多的硅將使韌性下降,并且在磨損過程中出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。但硅可以提高M(jìn)s點, 減少殘余奧氏體量, 并起到脫氧作用,故硅一般被控制在0.3%~ 0.8%。銅可提高淬透性。特別是當(dāng)銅、鉬共存時,提高淬透性效果更顯著。銅能使碳化物變細(xì)和不連續(xù),使基體的被割裂現(xiàn)象減輕,韌性提高。但銅穩(wěn)定奧氏體, 延遲二次碳化物的析出。由于銅是非碳化物形成元素, 銅的加入量過多時,會在枝晶富集析出,反而對韌性產(chǎn)生不利影響。 此外,硫與磷一般被控制在較低水平。 高鉻鑄鐵在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如球磨機(jī)襯板、磨球、反擊破碎機(jī)板錘等。在高鉻鑄鐵發(fā)展的同時，各類合金鋼由于其高韌性、低成本及良好的耐磨性而得到快速發(fā)展。在低沖擊或無沖擊條件下，高鉻鑄鐵和合金鋼以卓越的性能價格比取代了高錳鋼。
以磨機(jī)襯板為例，20世紀(jì)60年代之前均采用高錳鋼。70年代后即被合金鋼和高鉻鑄鐵所代替。 工業(yè)實踐表明: 煤礦機(jī)械、 電力機(jī)械、 建材機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械中許多易磨損件改用高鉻耐磨鑄鐵后壽命成倍延長， 獲得顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，高鉻鑄鐵已經(jīng)是世所公認(rèn)的優(yōu)良抗磨材料， 在采礦、水泥、 電力、 鐵路機(jī)械、 耐火材料等方面應(yīng)用十分廣泛。高鉻白口鑄鐵具有優(yōu)良的抗磨料磨損能力， 沖擊韌性也優(yōu)于其它合金白口鑄鐵， 這是它成為當(dāng)代最佳抗磨材料的基本原因。它的優(yōu)良抗磨能力和沖擊韌性主要決定于其特有的組織， 高鉻白口鑄鐵含鉻量大于11%， 鉻、 碳含量比值超過3． 5。在這種情況下， 高硬度 M7C3 型碳化物幾乎全部代替了 M3C型碳化物。
M7C3 型碳化物基本上是以孤立的條狀形態(tài)存在， 與呈網(wǎng)狀連續(xù)分布的 M3 C 型碳化物相比，大大增強(qiáng)了基體的連續(xù)性， 因而整體材料的韌性顯著提高。而且由于基體中富含有鉻元素，有較好的淬透性， 經(jīng)過適宜的熱處理可獲得抗磨能力優(yōu)良的金屬組織。 高硬度的不連續(xù)碳化物要與硬的基體配合才能表現(xiàn)出高的耐磨性，高鉻板錘高鉻鑄鐵中各基體組成體的顯微硬度是：鐵素體HV70~200，珠光體HV300~460，奧氏體HV300~600，馬氏體HV500~1000，所以馬氏體高鉻鑄鐵是最常用的高鉻板錘高鉻鑄鐵。并且，M7C3與奧氏體一起形成的共晶組織比萊氏體韌性好，能夠進(jìn)行機(jī)械加工。
近幾十年來國內(nèi)外鑄造工作者對鉻在白口鑄鐵中的作用進(jìn)行了大量的實驗研究，使鉻系白口鑄鐵性能得到不斷提高，生產(chǎn)工藝逐漸簡化。目前鉻系白口鑄鐵已在一些領(lǐng)域取代耐磨鍛鋼、中錳球鐵和低合金鋼等材質(zhì)做磨球，在礦山、建筑、冶金、火力發(fā)電等行業(yè)得到應(yīng)用，成為國內(nèi)外公認(rèn)的、優(yōu)良的抗磨材料。
目前，國內(nèi)鑄造工作者關(guān)于鉻系白口鑄鐵的研究主要集中在化學(xué)成分選擇、熱處理工藝確定、變質(zhì)劑選擇、良好碳化物類型的獲得及磨損機(jī)理研究等領(lǐng)域。國外鑄造研究人員更致力于高鉻鑄鐵微觀組織結(jié)構(gòu)、耐磨機(jī)理及新制備工藝開發(fā)的研究，關(guān)于低鉻鑄鐵和中鉻鑄鐵的研究較少。 對高鉻鑄鐵進(jìn)行的熱處理工藝除了常規(guī)淬火處理外，還有很多表面技術(shù)，例如等離子表面重熔技術(shù)。
等離子表面重熔技術(shù)是采用等離子束等這些高密度能量將工件表面層或涂敷在工件表面上的合金化材料熔化后再冷卻凝固成硬化層(涂層)。
由于加熱速度極快, 所以整個基體的溫度在加熱過程中可以不受影響,且由于冷速也較快, 從而又可形成微晶、非晶及其它一些奇特的、 熱平衡相圖上不存在的亞穩(wěn)合金, 從而賦予材料表面特殊的性能和功能。 另外表面重熔還具有無變形、 不影響光潔度、 能直接裝配使用的特點 以、高鉻鑄鐵和各類合金鋼為代表的第三代耐磨材料，為解決材料硬度和韌性相匹配的問題，20世紀(jì)30年代后期，美國對含鉻量10%~30%的合金白口鑄鐵進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)含鉻量大于12%時，碳化物由滲碳體(Fe3C)轉(zhuǎn)變?yōu)镃r7C3型碳化物，它的硬度高，組織形態(tài)為菊花狀、條塊狀，因此韌性大幅度提高。
高鉻板錘高鉻鑄鐵所含主要元素為C、Si、Mn、S、P、Cr、Ni、Mo、Cu。碳是影響高鉻白口鑄鐵韌性最大的元素。由于碳與鐵、鉻、鉬等元素形成碳化物為高硬度相,如果它們呈網(wǎng)狀分布,更會加劇脆性, 因此, 高鉻抗磨鑄鐵的韌性主要取決于組織中的碳化物數(shù)量、形態(tài)、分布、大小。增加碳量, 可增加碳化物的數(shù)量,但會降低韌性和淬透性, 熱裂傾向增大。因此碳不能過高,一般認(rèn)為Cr/ C 為4~ 8時, 耐磨性較好。 高鉻板錘高鉻鑄鐵含鉻量大于11%，鉻、碳含量比值超過3.5。在這種條件下，高硬度型M7C3碳化物幾乎全部代替了M3C型碳化物。
型碳化物呈六角形桿狀及曲面板條狀，分布在基體中。相對于普通白口鑄鐵或低鉻鑄鐵而言，可以認(rèn)為高鉻鑄鐵中的碳化物是不連續(xù)相，而基體是連續(xù)相。也就是說碳化物對基體的破壞作用大大減小，因而高鉻板錘高鉻鑄鐵的韌性優(yōu)于普通白口鑄鐵和低鉻鑄鐵。M7C3型碳化物的硬度很高，其顯微硬度HV1300-1800，而M3C型碳化物的顯微硬度只有HV800-1200，因此M7C3型碳化物的形成賦予了鑄鐵以高的硬度。通過添加其他合金元素以及適當(dāng)?shù)臒崽幚?，高鉻鑄鐵可以獲得不同的基體組織，以滿足各種不同工況對抗磨材料提出的性能要求。 高鉻鑄鐵是一種比較復(fù)雜的多元合金。影響其組織與性能的因素很多。采用多元合金化可以改善組織,提高高鉻鑄鐵的硬度和韌性。
鉬可溶于碳化物和基體中, 溶入基體的鉬能極大地提高淬透性,對厚壁鑄件可抑制珠光體的形成。加鉬能增加相當(dāng)數(shù)量的M7C3相, 并形成高硬度的Mo2C。錳既能進(jìn)入碳化物又溶解于金屬基體中。錳、鉬聯(lián)用能改變鉬在碳化物和基體中的分配比,顯著提高淬透性。但錳強(qiáng)烈降低Ms點，穩(wěn)定奧氏體。因此,錳含量不宜過多, 一般小于1%。硅是非碳化物形成元素,它降低淬透性, 有可能出現(xiàn)鐵素相, 過多的硅將使韌性下降,并且在磨損過程中出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。但硅可以提高M(jìn)s點, 減少殘余奧氏體量, 并起到脫氧作用,故硅一般被控制在0.3%~ 0.8%。銅可提高淬透性。特別是當(dāng)銅、鉬共存時,提高淬透性效果更顯著。銅能使碳化物變細(xì)和不連續(xù),使基體的被割裂現(xiàn)象減輕,韌性提高。但銅穩(wěn)定奧氏體, 延遲二次碳化物的析出。由于銅是非碳化物形成元素, 銅的加入量過多時,會在枝晶富集析出,反而對韌性產(chǎn)生不利影響。 此外,硫與磷一般被控制在較低水平。 高鉻鑄鐵在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如球磨機(jī)襯板、磨球、反擊破碎機(jī)板錘等。在高鉻鑄鐵發(fā)展的同時，各類合金鋼由于其高韌性、低成本及良好的耐磨性而得到快速發(fā)展。在低沖擊或無沖擊條件下，高鉻鑄鐵和合金鋼以卓越的性能價格比取代了高錳鋼。
以磨機(jī)襯板為例，20世紀(jì)60年代之前均采用高錳鋼。70年代后即被合金鋼和高鉻鑄鐵所代替。 工業(yè)實踐表明: 煤礦機(jī)械、 電力機(jī)械、 建材機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械中許多易磨損件改用高鉻耐磨鑄鐵后壽命成倍延長， 獲得顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前，高鉻鑄鐵已經(jīng)是世所公認(rèn)的優(yōu)良抗磨材料， 在采礦、水泥、 電力、 鐵路機(jī)械、 耐火材料等方面應(yīng)用十分廣泛。高鉻白口鑄鐵具有優(yōu)良的抗磨料磨損能力， 沖擊韌性也優(yōu)于其它合金白口鑄鐵， 這是它成為當(dāng)代最佳抗磨材料的基本原因。它的優(yōu)良抗磨能力和沖擊韌性主要決定于其特有的組織， 高鉻白口鑄鐵含鉻量大于11%， 鉻、 碳含量比值超過3． 5。在這種情況下， 高硬度 M7C3 型碳化物幾乎全部代替了 M3C型碳化物。
M7C3 型碳化物基本上是以孤立的條狀形態(tài)存在， 與呈網(wǎng)狀連續(xù)分布的 M3 C 型碳化物相比，大大增強(qiáng)了基體的連續(xù)性， 因而整體材料的韌性顯著提高。而且由于基體中富含有鉻元素，有較好的淬透性， 經(jīng)過適宜的熱處理可獲得抗磨能力優(yōu)良的金屬組織。 高硬度的不連續(xù)碳化物要與硬的基體配合才能表現(xiàn)出高的耐磨性，高鉻板錘高鉻鑄鐵中各基體組成體的顯微硬度是：鐵素體HV70~200，珠光體HV300~460，奧氏體HV300~600，馬氏體HV500~1000，所以馬氏體高鉻鑄鐵是最常用的高鉻板錘高鉻鑄鐵。并且，M7C3與奧氏體一起形成的共晶組織比萊氏體韌性好，能夠進(jìn)行機(jī)械加工。