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孕育剂石墨化

孕育剂石墨化

最常用的石墨化孕育剂是w(Si)为75%的工业硅铁、含有钡、锶等元素的复合硅铁以及硅钙合金。

工业硅铁一般都含有少量铝和钙。国家标准《硅铁>(GB2272)规定:75硅铁牌号中有几个是按含铝S划分档次的,w,(Al)分别是0.5%、1.0%、1.5%、2.0%;w(Ca)为1%。作为孕育剂的硅铁,其促进石墨化的能力和硅、钙、铝三兀素的含量密切相关。

在铝、钙含量相同、孕育处理条件近似情况下,硅铁的石墨化能力随硅含量增加而提髙。u;(Ca)不低于0.5%时,钙比铝表现出更强的促进石墨化能力,孕育后的铸铁中,过冷石墨随钙量增加而减少,同时又能显著增加石塵共晶团数,生成较细小的A型石墨。

当硅铁中钙含量低时,铝的作用能够充分显示出来。桂铁中w(Al)为1.0% ~ 1.5%比较合适,过多的铝易使铁水中产生较多氧化铝夹杂5虽然75硅铁价格便宜、来源广泛,适于用作铸铁孕育剂,但其最主要的不足之处是在铁水中的有效作用时间短,抗衰退能力较5.2.1石墨化孕育剂最常用的石墨化孕育剂是w(Si)为75%的工业硅铁、含有钡、锶等元素的复合硅铁以及硅钙合金。

工业硅铁一般都含有少量铝和钙。国家标准《硅铁>(GB2272)规定:75硅铁牌号中有几个是按含铝S划分档次的,w,(Al)分别是0.5%、1.0%、1.5%、2.0%;w(Ca)为1%。作为孕育剂的硅铁,其促进石墨化的能力和硅、钙、铝三兀素的含量密切相关。

在铝、钙含量相同、孕育处理条件近似情况下,硅铁的石墨化能力随硅含量增加而提髙。u;(Ca)不低于0.5%时,钙比铝表现出更强的促进石墨化能力,孕育后的铸铁中,过冷石墨随钙量增加而减少,同时又能显著增加石塵共晶团数,生成较细小的A型石墨。

当硅铁中钙含量低时,铝的作用能够充分显示出来。桂铁中w(Al)为1.0% ~ 1.5%比较合适,过多的铝易使铁水中产生较多氧化铝夹杂5虽然75硅铁价格便宜、来源广泛,适于用作铸铁孕育剂,但其最主要的不足之处是在铁水中的有效作用时间短,抗衰退能力较差,为了改善硅铁的抗衰退能力,新型石墨化孕育剂中加入了钡元素。钡有抑制硅原子和碳原子在铁水中扩散的作用,使石墨形核位置周围的高硅区浓度能保持较长时间。这种作用在硅铁中含钡2.0%?3.5%时最为明显,超过此量以后,钡提高孕育剂抗衰退能力的作用并不随穴钡量的增加而增强。

钡是在冶炼时加人硅铁。常称含钡的硅铁为钡硅铁。考虑到孕育剂的加人置不同,钡在硅铁中的含量范围很宽,而最常用的钡硅铁中uKBa)为2.5%?4.5%。

硅铁中的钙对钡的抗衰退作用有明显帮助,其中钡硅铁的xt.(Ca)为 1.0% ?2.0%。

链能增强硅系孕育剂的石墨化能力。w(Sr)为0.6% ~1.0%的75硅铁(锶硅铁)抑制薄壁铸铁件(3mm左右)产生白口的能力髙于不含锶的75硅铁30%?50%,而li也有抗衰退的作用。锶硅铁的另一特点是强烈促进石墨化的同时并不明显增加共晶团数。由于共晶团界面是产生显微疏松的主要部位,减少共晶团数有利于减少晶间疏松缺陷。因此,锶硅铁适用于气密性铸铁件的孕育剂。

钙和铝能增强锶的作用。当75硅铁中u>(Ca)>1.0%、tr(Al)>0.5%时,徳改善石墨化的作用才能充分发挥。硅钙合金是较早用于灰铸铁的孕育剂。合金通常含w(Ca)为 24%~31%、u,(S)为 55%?65%、w(Al)小于 2.5%。灰铸铁经硅钙合金处理后,石墨片体增厚、变短,共晶团数增加,抗拉强度显著提高。但是硅钙合金不宜作为球墨铸铁孕育剂,这是因为钙与氧、硫的亲和力大于镁与氧、硫的亲和力,MgS与MgO在钙参与下转换为CaSXaO,使铁水中游离镁量增加,铁水过冷倾向增强,部分抵消了孕育作用。

高纯石墨晶体微粒与硅铁颗粒混匀后压制成块可制成碳硅孕育剂。这种孕育剂在铁水中产生大量石墨微粒,这些微粒既可直接成为石墨晶核,也能附着于形核基质形成石墨晶核,因而其石墨化能力优于硅铁。碳硅孕育剂的加入a:为0.10% ~0.20%,远低于75硅铁加人量。其石鋈化作用不低于锶硅铁,抗衰退作用不低于钡硅铁。

最适用于感应炉或电弧熔炼的低碳髙温铁水。处理后铸铁拉伸强度提高约20%?30%。

硅系石墨化孕育剂中加人3% ~5%稀土元素也能改善孕育效果,特别是处理较高碳当量铁水的效果较为明显。这类孕育剂中需要加入钡和钙,以改善抗衰退能力,细化共晶团,提高铸铁力学性能,这是一种高效孕育剂。例如,以t(RE)为3%?5%、w(Ca)为 l%~3%、tc(Ba)为 1.5% ?4%、w(Al)<3%、ty(Si)为46%?54%的稀土钡钙硅铁处理高碳当最冲天炉铁水,浇注壁厚很不均匀(最薄4?5 mm,最厚50~60 _)的铸件,未出现白口,95%以上石墨为A型。

使用含稀土孕育剂时应考虑铸铁中浠土元素残留量。此量一般应在0.03%~0.06%范围内,低于0.03%石墨化可能不充分,高于上限将促进渗碳体生成。对于低碳当量铸铁,稀土残余最应接近下限,即0.03% ~0.04%。加人孕育剂的适宜铁水温度为1400t:±20C。处理电炉铁水的稀土元素回收率比处理冲天炉铁水时高,一般在50%左右。更确切的回收率应该参照测试结果而定。

厲元素琉和氧。这种孕育剂主要用于球墨铸铁生产。因为经过高温熔炼和球化处理,铁水中硫和氧已经降低很多,残余硫、氧含量已不足以提供足够的形核基质,因此由孕育剂补充硫和氧,增加钙、铈、硅、镁与硫、氧形成的化合物,作为石墨形核基质,将会改善孕育效果。

资料[3]介绍这种孕f剂的成分是:tt,(Si>为70%~76%,u;(Ca〉为 0.75% -1.25%,w(Ce)为 1.5% ?2.0%,zt, (A1)为0.75%?1.25%,另有微量硫和氧。一些工厂使用这种孕育剂的结果表明:球墨铸铁的石墨球数和铁素体量显著增加,白口倾向、收缩倾向以及断面敏感性显著降低。例如,与含有钙、锆、锰的硅铁孕育剂比较,石墨球数由315个/mm增加到602个/_。与锶硅铁孕育效果比较,随铸件断面厚度增加,球数增加愈益明显。40mm断面的球数相差可达1倍以上。由于球数增加,铁素体量相应增加,材料的塑韧性提高。