加铌高铸铁中的少量铌对基体的转变行为

铌与碳有很强的亲和力，是一种碳化物形成元素。铸态高铬铸铁中的铌大部分与碳结合，以碳化物形式存在。这种碳化物的形成温度远高于高铬铸铁的液相线温度，优先消耗铁水中的碳与铌结合，形成显微硬度高达HV2400的碳化铌（NbC）。 NbC 以各种形式分散在基体中。随后在共晶反应过程中形成了 NbC+y-Fe 共晶结构。加铌高铬铸铁中的M7C3相应减少。当铌含量小于0.5%时，形成的NbC有限，对材料耐磨性的影响不是很明显。

高铬铸铁中加入铌后，共晶团组织细化，共晶团尺寸减小，共晶团数相应增加。这些都有助于抵抗磨料的冲击和切削作用，提高高铬铸铁的耐磨性。

添加铌对过共晶高铬铸铁组织的影响更为显着。例如：在铬=17%、碳=3.9%的高铬铸铁中，一次碳化物尺寸为50微米，共晶尺寸为100微米；添加铌1.4%后，一次碳化物尺寸变为20微米，共晶团簇尺寸变为70微米。细化程度随着铌的添加而增加。

铌将共晶点移向更高的碳。例如，铬=16.25%，碳=3.80%加0.17%Nb的过共晶高铬铸铁，微铸件中充满共晶碳化物，而碳化物量增加高铬高硬度，硬度增加。从这一点来看，加入铌比加入硼使共晶点向左移动要好。在碳含量相同的情况下，添加硼减少了共晶碳化物。

使用铌和硼对高铬铸铁进行复合变质处理，可以进一步细化组织。改善了铸态母材的硬化性能。如铸件经失稳处理后空冷，基本硬度由无铌的HV700提高到复合改性后的HV900左右。

亚共晶高铬铸铁凝固时高铬高硬度，只有百分之几的铌溶入初生奥氏体，其余进入碳化物。但考虑到少量溶解在奥氏体中的铌对基体的相变行为有显着影响，它阻止了奥氏体晶粒的长大，延缓了奥氏体向珠光体相变的潜伏期，这与钼类似。因此，希望尽可能多的铌能进入基质。为了使铌进入基体，需要在1150~1200摄氏度的温度下进行高温固溶处理。在固溶温度下长时间保持时，大部分NbC分解并溶解成奥氏体。在快速冷却（空气或强制空气，取决于铸造模量）之后，铌将固定在固溶体中。最后在450~480摄氏度回火。对于中厚（50~100mm）的含铌高铬铸铁件，硬度可达HRC52，基体也具有良好的强韧性组织。

铌是一种珍贵稀缺的元素。只有充分发挥其性能，才能获得更好的经济效益。高铬铸铁中铌的添加量一般不需要超过1%。如果热处理得当，铌的添加量在0.5%以内就可以显示出铌的有效性。

在高铬铸铁中添加铌，或者同时添加铌，确实可以提高材料的耐磨性。主要原因是结构中加入了硬度高、分散分布、与基体贴合牢固的NbC；此外，碳化物的硬度也因铌的夹杂而提高；铌对提高高铬铸铁的耐磨性非常有效。有国外资料公布了以下两种铌在高铬铸铁中的应用实例：（1）在碳=3%，铬=18%的高铬铸铁中加铌，加钼或加铌，钼在同时'用于制造抛丸机叶片。抛丸机每分钟抛掷60公斤直径1.2mm线段。图4-42显示铌和钼（0.2% Nb+0. 5% Mo)和无铌钼的刀片磨损率。该图表明，当钼或铌单独添加约2%或更少时，铌比钼能更有效地提高零件的耐磨性。当单独添加铌，铌中含有铌，当磨损率在0.8%~1.0%左右时，磨损率低，当铌超过1%时，磨损速度加快. 电子显微镜下检查磨损表面，发现子部件有很多裂纹rface层，所以判断磨损率增加的原因可能是：铌在奥氏体中固定了过多的碳，降低了热处理后基体的硬度；同时，过多的碳化物增加了材料脆性断裂的概率。0.2%Nb+0.5%Mo化合物添加，刀片的抗磨性能最好。

(2）高铬铸铁泥浆机壳和叶轮加铌提高耐磨性是铌成功应用的又一例证。泥浆pH=7，含25%~30%的固体物质，固体粒径0.074~12mm，多边形。原碳=3.9%，铬=17%，钼=3.1%高铬铸铁（死火状态）至制作外壳，工作寿命194h，合金中加入1.4%Nb后，工作条件不变，使用寿命延长至283h，提高47%。叶轮也由相同材料，无铌工作寿命212h，加铌。1.工作寿命75%后延长至355h，提高67%。