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技術論壇
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對部分石墨球在枝晶間鐵液中析出的探討
發布時間:
2022-05-12 11:52
來源:
天津晟匯技術咨詢服務有限公司
目前對于球墨鑄鐵中石墨生長成為球狀形態的研究非常廣范,有資料介紹;(曾用硫、硒和碲在1450℃處理Fe-C合金得到了球狀石墨。而向鐵液中分別加入鈰、鐿、鑭、鈦和鋯等,也發現均能使石墨球化)。
可是另有資料介紹;在壓力加鎂的平衡蒸汽壓力高得多的氬氣氣氛下;盡管此時含鎂量足夠也不能得到球狀石墨,隨著壓力降低,則又可觀察到有石墨球的形成。
能使石墨球化的化學元素
元素名稱 |
鎂 |
鈰 |
鑭 |
碲 |
鈦 |
硫 |
鋯 |
鐿 |
硒 |
元素符合 |
Mg |
Ce |
La |
Te |
Ti |
S |
Zr |
Yd |
Se |
如何來理解這種“矛盾” 的現象呢?我們通過對部分元素的特性進行分析;
各元素對鑄鐵石墨化能力的影響 |
|||||
元素組別 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
元素 |
C、Si、Al |
Mn、S、Mo、Cr、V、Ti、 |
P、Ni、Cu |
Mg、Ce |
Bi |
|
|
H、N、Te、Sd、Zr、La |
As、Sn |
|
|
共晶轉變期間 |
﹢ |
﹣ |
﹢或0 |
﹣ |
﹣ |
共晶共析溫度之間 |
﹢ |
﹣ |
﹢或0 |
0或弱 |
0 |
共析轉變期間 |
﹢ |
﹣ |
﹣ |
0或弱 |
0 |
注;﹢“為促進石墨化”﹣“為阻礙石墨化”O“為無影響”. |
|||||
如;Ti、Zr、B、Ce、Mg、等都阻礙石墨化, |
|||||
但其含量較低時(如Ce<0.01%,Ti<0.08%時它們又表現出促進石墨化作用。 |
Mg、Ce、Bi、三種元素在共晶轉變期間阻礙石墨化,共晶共析溫度之間和共析轉變期間不影響石墨化 |
|
既然這些元素與石墨化有關系,不防用初生奧氏體和石墨的生長理論來加以討論;Fe-C合金中只有當鐵液為亞共晶時,初生奧氏體枝晶才有條件析出和生長。
在生產球墨鑄鐵的工藝中,一般將鐵水的成分調整到共晶或微過共晶成分;那么奧氏體枝晶能否先行析出?
當將鎂和稀土加入到球鐵的原鐵水中后,原本屬于灰鐵成分的鐵液卻出現了白口化。這種白口化狀態證明了原本共晶或過共晶成分的鐵水,在阻礙石墨化元素鎂的作用下,已經具有了“強亞共晶”鐵水的性質,滿足了初生奧氏體枝晶析出的條件。
影響石墨生長的元素 |
||||||||||||||||
Ai |
C |
Si |
Ti |
Cu |
P |
Co |
Zr |
Nb |
W |
Mo |
S |
V |
Te |
Mg |
Ce |
B |
←----------促進石墨化 阻礙石墨化 --------→ |
鎂是強烈阻礙石墨化元素;尤其是在鐵液結晶的初期,由于鎂在鐵液中的存量較多;阻礙石墨析出的能力強,初生石墨暫時不能析出。但這并不影響初生奧氏體枝晶的生長。
以硅為主體的孕育劑,尚處于鐵液溶解吸收的初期,暫時起不到增加共晶度的作用。
Si在鐵液中有的三種形態:
(1)部分硅與氧反應形成的SiO2,在凝固中與硅酸鹽等形成石墨生長的過的層,雖然對石墨生長十分有利,但這部分氧化的Si不具有提高碳當量的作用.
(2)部分分子團形態的Si隨著在鐵液中存在時間的延長,在濃度起伏和溫度起伏的型核作用隨即消失后,熔解擴散成原子形態的Si才具有提高碳當量的作用。
(3)部分熔解為原子形態的Si;這部分原子形態的Si凝固在Fe的晶格點陣中具有提高碳當量的作用。
初生奧氏體晶枝的生長;
在初生奧氏體枝晶生長期,與枝晶界面接觸的鐵液中,將會留存奧氏體生長過程中剩余的碳。(鐵液中的C≥3.5%.奧氏體中的C≤2.11%)特別是初生奧氏體生長到三維枝晶后,枝晶叉角間與鐵液的前沿界面鐵液中的碳濃度,將會出現下面情況;孕育的硅被逐步溶解吸收后,不僅促進了初生奧氏體枝晶的生長而且還提高了碳當量;盡管鐵液整體溫度較高,但局部梯度降溫的鐵液已經達到結晶點的低溫了,鐵液凝固時會發生碳溶解度的聚降;同時鎂元素會在球鐵鐵液未結晶之前,即不斷的沸化逃逸,且梯度遷徙偏析,從相對未結晶的鐵液低溫部位向相對溫度較高的部位偏析。
奧氏體晶枝的不斷生長,界面鐵液碳濃度會逐漸升高;硅的溶解吸收也在提高著共晶度;同時鐵液降溫其容碳能力聚降,上述因素都在起到提高鐵液共晶度的作用;但是盡管鐵液的碳硅濃度已經達到過共晶成分;由于鎂的殘存量較多阻礙石墨化作用強勁,此時界面鐵液中的碳尚不能析出。只有待界面鐵液中的鎂沸化逃逸和梯度偏析達到;其鎂殘留量的強度不能再對過共晶鐵液中析出的碳起阻礙作用時;過共晶球鐵鐵液中的碳才會析出成為石墨。
球鐵鐵液中石墨析出的四個條件
(1)初生奧氏體晶枝的不斷生長;
(2)三維晶枝夾角間界面鐵液中碳濃度的逐步升高;
(3)鐵液溫度的不斷下降,鐵液溶碳能力的急劇降低;
(4)鎂元素的沸化逃逸和梯度偏析造成局部鐵液內殘存鎂量遞減。
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