钢铁/粉末冶金 |
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含硫、氧的球墨铸铁孕育剂 |
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作者:挪威 T. Skaland |
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常规的球墨铸铁生产中,铁中能否有硫化物和氧化物作为石墨结晶的核心,取决于原铁水的纯度和添加剂、保持时间和温度以及冶金处理工艺和添加剂。
生产中通用的孕育剂是硅铁,其中还含有钙、钡、锶、锰和锆等金属元素。加入上述有反应能力的元素,目的是使其与铁中的硫和氧结合,为石墨提供有效的非均质结晶核心。但是,铁水中能起作用的硫和氧是有限的,孕育剂中的添加元素的作用,因而也是有限的。处理后可能形成的有效晶核的数量将制约孕育的效果。
为了增强孕育效果,推出了一种新型孕育剂,其中含有铈(Ce)、钙(Ca)、硫(S)和氧(O),见表I。已经证实,采用这种孕育剂,能使球墨铸铁的显微组织,更为均匀,缩孔倾向较小,从而有较好的加工性能。表1 新型孕育剂的化学成分(%)
| Si | Ca | Ce | Al | S | O | 规格要求 | 70-76 | 0.75-1.25 | 1.5-2.0 | 0.75-1.25 | ≤1.0 | ≤1.0 | 典型实例 | 73 | 1 | 1.75 | 1 | 微量 | 微量 | 1.Ca- Ce -S –O的配合作用
孕育剂中的Ca和Ce,其含量已经调定到能使铸铁的白口倾向最小,并能中和阻碍形成球状石墨的微量元素的作用。孕育剂中含有少量的S和O,加入铁水后,可以和Ca和Ce反应。
新型孕育剂的主要作用是:在加入金属元素的同时,引进一定浓度的非金属元素(S和O)。孕育剂中反应能力强的Ca和Ce与硫、氧作用后,就会产生较多的石墨晶核。硫有利于形成石墨晶核,氧则对孕育过程有重要的作用。
通过瞬时孕育处理,石墨生核过程中,将同时受益于钙、铈、硫、氧的协同作用。孕育处理时,钙是首要反应元素,对共晶石墨生核有决定性的作用。均衡含量的铈,可以中和有害元素的作用,产生稳定的金属间化合物,且对硫和氧有强亲和力,从而生成高度稳定的氧化物、硫化物和硫氧化物。在整个凝固区间内,此类含铈的化合物都有助于改善生核条件,有益于孕育处理过程。
在球化剂、孕育剂和原铁水之间反应并产生晶核的同时,上述晶核也一并起作用。
孕育剂成分的拟定,是要使球墨铸铁在减轻白口倾向和缩孔倾向的同时,还能强化石墨的生核条件。这种孕育的理念是新的,体现在加入硅铁的同时还加入非金属粉末,以使其有特殊的性能。
制造对韧性和冲击性能要求较高的铁素体球墨铸铁时,适于采用此种新型孕育剂。对于含硫量低的球墨铸铁,在转包中用镁处理的球墨铸铁或用喂线法处理的球墨铸铁,这种孕育剂特别有效。
2.石墨球数增多
用含钙、铈、硫、氧的新型孕育剂,能使球墨铸铁中的石墨球数增多,并可改善各种性能,如:
◆ 因避免了形成硬质碳化物,加工性能改善;
◆ 促进石墨和铁素体形成;
◆ 减轻合金元素和微量元素的偏析;
◆ 减少凝固过程中的收缩;
◆ 提高韧性;
◆ 形成复杂的铸件,不同部位的组织和性能比较均一。
大家都知道,瞬时孕育前保持了较长时间的原铁水或加镁处理过的铁水,其生核能力会大为减弱。此种情况下,采用新型孕育剂能有效地提供新的晶核。
生产铸态铁素体球墨铸铁件时,强生核作用和石墨球数增多是使铁素体含量最多的前提条件。采用新型孕育剂,可使石墨球的尺寸有大、小二种,呈双峰分布,这有助于减少收缩,并可在富含珠光体促进元素的偏析区沉积碳,以产生较多的铁素体。这种情况,间接地使铸件的加工性能改善。
3.铸造厂的实际用例
这里,简略地举四个现场用例,供参考。
(1)铸造厂A
A厂用感应电炉熔化,用盖包法进行球化处理。原先用含锆、锰、钙的孕育剂随流瞬时孕育。常遇到的问题是:在薄壁的复杂铸件上出现碳化物和收缩过多。
改用亲型孕育剂随流孕育后,薄壁处的碳化物消除了,肥厚部位钻孔后,微观缩松也大为改善。
用原先的孕育剂时,球墨铸铁件2-3毫米截面上石墨球数为315个/mm2,改用新型孕育剂后则为602个/mm2。
改用新型孕育剂后,铸件质量改善,废品率显著降低,孕育剂用量也比原先减少了25%。
(2)铸造厂B
B厂用感应电炉熔化,用夹心法进行了球化处理,将孕育剂用于该厂的自动浇注系统,随流孕育。
分别铸造了5、10、20和40毫米厚的板状铸件,比较其石墨球数。采用新型孕育剂时,石墨球数比用含锶(Sr)的孕育剂时多。
用新型孕育时,40毫米厚的铸件上石墨球数为340个mm2,比5毫米厚的铸件上的石墨球数(312个/mm2)还多。这说明在稍后的冷却过程中,有二次生核作用,这对铸件的厚壁部位特别有益。
采用新型孕育剂后,产生缩孔缺陷的情况减少,孕育剂的加入量也减到了最低值。
(3)铸造厂C
C厂生产厚截面球墨铸铁件,用感应电炉熔化,用盖包法进行球化处理。制造厚大铸件,有石墨漂浮、偏析、缩孔和球化不良等问题。用新型孕育剂和含钡的孕育剂进行了试验,在浇包中加入。
试验结果表明:用新型孕育剂时,石墨球数为357 个/mm2,用含钡孕育剂时则为187 个/mm2。用新型孕育剂时,铸件金相组织中石墨球径的变化范围较宽,呈双峰分布,使缩孔减少。
用新型孕育剂,石墨球径较小,球化率提高了10%。还使晶胞间珠光体由25%减少到13%,相连的珠光体网(占25%以上)破碎成小片分散在铁素体基体中。
总体上说,生产的铸件拉伸性能和冲击性能都较好,石墨球分布均匀。还使铸件的加工性能改善,刀具寿命提高了50%。
(4)铸造厂D
D厂用感应电炉熔化,用夹心法加镁进行球化处理。生产的铸件有缩孔问题,在关键截面处有大缩孔。
用新型孕育剂试验时,试样为立方体,连在一大冒口上。浇注后将立方体和冒口切开,评定其疏松程度和缩孔的分布。
结果是:铸体内疏松很小。于是D厂改用新型孕育剂以解决收缩缺陷问题。(end)
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文章内容仅供参考
(投稿)
(2/20/2005) |
文章点评
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投稿
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佳工网友 孙先生
于8/14/2014 10:05:00 AM评论说:
我要买硫氧孕育剂,有哪个公司生产,请与我联系(电话:013861807811)
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对 钢铁/粉末冶金 有何见解?请到 钢铁/粉末冶金论坛 畅所欲言吧!
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