含硫、氧的球墨铸铁孕育剂

2017-06-08

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、?#21462;?#38192;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(%) 


SiCaCeAlSO
规格要求70-760.75-1.251.5-2.00.75-1.25≤1.0≤1.0
典型实例7311.751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?#20445;?#24341;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?#20445;?#38041;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?#20445;?#19978;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?#20445;?#36824;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?#21248;?#24615;和冲击性能要求较高的铁素体球墨铸铁?#20445;?#36866;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?#20013;?#33021;,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?#20445;可?#26680;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?#23548;?#29992;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?#21069;?#27861;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?#20204;?#22411;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?#20445;?#29699;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?#24120;?#38543;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?#20445;?#30707;墨球数比用含锶(Sr)的孕育剂时多。 

用新型孕育?#20445;?0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?#21069;?#27861;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?#20445;?#30707;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?#20445;?#38136;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?#21462;?#36824;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?#20445;?#35797;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。

 来源:挪威 T. Skaland

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