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    影響球墨鑄鐵孕育效果的因素有哪些?

    發布日期:2022-09-29 10:17:39 作者:admin 點擊:103

    影響球墨鑄鐵孕育效果的因素有哪些?

    碳能新材 石嘴山市碳能新材料科技有限公司 2022-09-29 10:16 發表于寧夏

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    一 、爐料和熔煉方法

           

          以相同孕育劑和處理方法對使用不同爐料或在不同熔爐中熔化的鐵水進行處理,孕育效果通常會有差別。因為鐵水在液態結構、過熱溫度、成分波動幅度、過冷傾向、雜質元素含量等方面都會使孕育效果出現差別。

    沖天爐以生鐵為基本爐料。鑄造生鐵中多含有粗大初生石墨(煉鋼生鐵含滲碳體)。這些高碳相在熔化過程中往往不能完全溶解。鐵水中未溶的石墨微粒是良好的石墨形核基質。


          即使碳當量較低,石墨形核幾率也比較高。一般無須強效孕育劑也可能取得顯著孕育效果。電弧爐和感應爐的爐料中含有較多廢鋼,鐵水含氮量較高,氮阻礙碳原子擴散。因此,需要較強的孕育才能獲得預期效果。特別是以煉鋼生鐵為主要爐料熔化的低碳當量鐵水,其中存在大量促進滲碳體生成的C-Fe原子集團,對這種鐵水必須采用強效石墨化孕育劑,如碳硅鈣孕育劑、鍶硅鐵等,才能獲得預期孕育效果。


          鐵水氧化程度是重要的影響因素。鐵水受到氧化會降低孕育劑的有效性。因為氧是表面活性元素,吸附于形核基質表面,妨礙鐵水中碳原子向基質表面沉積,石墨形核概率相應下降。另外,鐵水含氧量較高時,一些可作為形核基質的硫化物可能轉變為氧化物,失去形核能力。

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    二 、鐵水溫度的影響


    鐵水在爐中的過熱溫度和爐前孕育處理溫度都對孕育效果產生影響。


          從提高鑄件質量的角度看,人們希望鐵水在較高溫度下出爐。因為這樣可使鐵水內高碳相溶解、雜質分離、鐵水得到凈化,流動性提高,易于澆出優質鑄件。但是從孕育角度看,鐵水過熱溫度是有限度的。超過這個溫度,孕育效果隨著過熱溫度上升而降低。這是因為鐵水中存在的石墨微粒在高溫下溶入鐵水,有些可成為形核基質的二氧化硅微粒也被碳還原而減少。這種現象對碳當量較低的鐵水更為敏感。非合金低碳原鐵水的這種臨界溫度較低,約在1470~1500℃之間,高碳鐵水則在1500~1550℃之間。


         較高處理溫度雖能使孕育劑加速熔化,但也導致孕育衰退過程提前出現。各種孕育劑都有各自的合適處理溫度:75硅鐵及硅系復合孕育硅鐵為1380~1420℃,硅鈣孕育劑為1400~1430℃,碳硅鈣孕育劑為1430~1460℃。但是不論采用哪種孕育劑,球墨鑄鐵的孕育處理溫度一般不應低于1350℃。


    三 、孕育劑加入量和顆粒尺寸


          選擇孕育劑及確定加入量,應該考慮許多因素。例如鑄件組織類型、孕育處理工藝、鐵水出爐溫度、鐵水化學成分和處理量、孕育后停留時間、鑄件壁厚、鑄型種類等。


          球墨鑄鐵含有鎂、鈰等穩定碳化物的元素,凝固過冷傾向大,共晶團數比孕育鑄鐵多數十倍,與灰鑄鐵相比,需要較強的孕育。孕育劑加入量一般為灰鑄鐵的1.5~2.5倍。孕育劑所帶入的合金元素,應以不超過球鐵中這些元素的允許含量為原則。以75硅鐵為例,爐前加入時,根據鑄件壁厚不同,一般為0.3%~1.2%。使用復合孕育劑時加入量可以減少。


          亞共晶球墨鑄鐵水的石墨,是在已存在初生奧氏體的條件下形核的。形核過冷度大,容易產生白口,孕育劑加入量也應適當增加。


          孕育劑的粒度,對孕育效果有直接的影響。它是由孕育劑本身的溶解速率和孕育后至出現衰退的時間來決定的。在孕育劑熔化后的短暫時間內,能產生最佳的孕育效果。熔點低的孕育劑(硅鈣、含錳的復合孕育劑)熔速高,鐵水處理量大和較高溫度提高孕育劑熔速,厚壁鑄件需要較長的抗衰退時間,需采用粒度大的孕育劑。瞬時孕育所需的孕育劑顆粒較細。非瞬時孕育處理時,過細的孕育劑可使石墨球數減少,而且因氧化較快可能形成較多的浮渣,甚至喪失孕育能力。


          孕育劑顆粒平均尺寸應與所處理的鐵水量相適應。表6-2為適合各種容量鐵水包的孕育劑顆粒平均尺寸。


    表6-2 孕育劑顆粒尺寸

    鐵水包容量/kg

    ≤20

    20~200

    200~1000

    500~2000

    2000~10000

    顆粒尺寸/mm

    0.2~1

    0.5?2

    1.5~6

    3~12

    8~22

          選擇孕育劑需要考慮孕育目的和鑄件生產條件。一般來說,球墨鑄鐵的碳當量較低時,共晶過冷度增大,鑄件容易產生白口。在這種情況下,應選擇合金化孕育劑。例如含鍶、鋇的硅鐵、碳硅鈣合金,而且孕育劑的加入量應適當加大。


          選擇孕育劑要注意鑄件壁厚。對較薄的鑄件,為了防止白口出現,宜采用鍶硅鐵或碳硅鈣合金。對于干擾元素含量較高的薄壁件則宜采用含有稀土元素的石墨化孕育劑。如果鑄件很厚,冷卻凝固時間長,為了避免孕育衰退,需要采用長效孕育劑,如鋇硅鐵。


          為了加快孕育劑的溶解(后期孕育或二次孕育常有這種需要),可以在硅系孕育劑中摻入一些活化劑(碳酸鋇、氯化鋇、硼等)。這些活化劑能稀釋硅、碳孕育時所產生的氧化物,消除孕育劑粒子上的氧化膜,使溶解能繼續進行。表6-3為幾種活化劑對孕育劑在鑄鐵中熔速的影響(實驗條件:處理溫度1450℃,處理鐵水量150kg,孕育劑粒度-10~+40)。球墨鑄鐵碳當量一般較高,處理溫度可稍低于此溫度。但是活化劑對熔速的影響更為顯著。


    表6-3 活化劑對孕育劑在鑄鐵中熔速的影響
    孕育劑
    活化劑
    熔化時間
    75硅鐵
    未加
    5%碳酸鋇
    5%氟化鋇(BaF?)
    5%硼
    2min
    2min
    30s
    1min+125s
    專利孕育用硅鐵Si75%Ca0.8%,
    Al0.8%Mn5.5%Zr1.6%
    未加
    5%碳酸鋇
    5%氟化鋇
    5%硼
    2min+50s
    2min十18s
    1min十7s
    1min+27s
    合成晶形石墨
    未加
    5%碳酸鋇
    5%氟化鋇
    5%硼
    4min+30s
    3min十15s
    2min十45s
    2min十33s

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