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[讨论] 求教个问题:到底在铸铁中会不会产生硅偏析?

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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2014-12-14 16:55:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    x
    铸件的激冷表面,加工后使用一段时间出现蚀坑现象(使用温度600℃~700℃),做金相试样观察,石墨与基体均无异常(D墨+90%铁素体),将蚀坑处做电子扫描观察,发现蚀坑为酥松状态(原来判断是高温氧化),做能跑分析,凡是坑的位置点,硅的含量均超标(3.5~7.65%不等),而无蚀坑的位置点则正常(1.9~2.1%),未见有氧、氮等其它元素的成分,特此求教高人,到底在铸铁中会不会产生硅的偏析?究竟产生这种现象的原因是什么?$ v6 m. o9 W5 ~* t

    , ^! x/ e8 p$ U以下为参考数据:8 W% r7 T% g' C
    : k8 k, T* b& N- P. A
    材料:低合金V-Ti-Mo-Ni铸铁,CE为4.23%(以上为客户要求,一直这样做,没有变化过);
    % {) X1 b, d4 y) T3 K/ v
    + G# R2 r& A7 U1 j# G: K- s. W造型工艺:水玻璃砂二氧化碳硬化;3 r: F) ^1 U* r" p- a1 r
    ! D1 x6 }: k  y5 p- s; y
    熔炼与浇注工艺:熔炼温度1530~1550℃,出炉温度1520℃,浇注温度1380~1320℃,总孕育量:硅钡钙0.35%。+ P1 _0 Z! A& V( Q: P4 |& Q' k. N+ ~  ~

    5 x  b5 B* V& b3 T. n老翻砂匠在此谢谢诸位!
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    2022-3-27 07:27
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    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2014-12-14 19:38:26 | 显示全部楼层
    灰铸铁微观偏析特点. f) c! y% t$ b; `- b: C
    1.偏析倾向严重铸铁内含有较多的溶质元素,元素的相互作用加大了铸铁的偏析程度。Mn、Cr、V、W、Mo等正偏析元素被凝固的固相推向LTF区,与LTF区中的碳相结合,进一步加重微观偏析。钢常存的溶质元素(如Si、C、Mn、S、P)明显低于铸铁,因而偏析倾向比铸铁小。例如,Cr在钢中的Ka=0.94,而在铸铁中可达到Ka=0.70。
    7 [: v. I: D+ d; d2 F$ J- f$ m2.元素的分布复杂铸铁的溶质元素含量大、凝固组织种类多使元素分布变得复杂。例如:亚共晶灰铸铁的初生奥氏体与共晶奥氏体虽都是奥氏体组织,但两者的偏析系数Ka不同。在一个共晶团内溶质元素的浓度也是极不均匀的,这可从图1的颜色差别看出;另外,枝晶不仅在横截面上存在偏析,长度方向也存在成分差异(见图2)。
    2 n1 i9 k' `) Z% a1 h
    7 |# \, }; o6 M& w- G+ B图1  共晶团内的偏析
    & F5 Q/ b9 r" e(白灰色小区最后凝固,含正偏析元素高)
    ; A" [  b5 D+ i' @" c3.存在反偏析特性  对于大多数工程合金的元素偏析均表现为正偏析。铸铁则不同,2 F/ G5 k: C+ c

    6 Y) m4 \! j* p4 A2 D" T3 U图2  枝晶的偏析5 H# v- i+ w, r2 w. B- _
    a)横截面上的偏析  b)长度方向上的偏析1 m8 P7 R0 V% j. v; c: z
    除正偏析外,还有一部分元素凝固时显示出反偏析属性。灰铸铁中的溶质元素被分成正偏析与反偏析两大类:0 u2 U5 U2 m) d; _5 Y* F+ Q2 S! E. F
    正偏析元素-Mn、Cr、V、Mo、W、P、S等/ i! Q, @7 ?7 C
    反偏析元素-Si、Al、Cu、Ni、Co
    / ~3 d! }) t" u' g! ?9 v. ~! C不难看出,各元素的偏析特性与它们的石墨化能力、形成碳化物的倾向有密切关系(P、S除外)。正偏析元素主要是碳化物形成元素;反偏析元素则是强烈的石墨化元素。
    + j# I+ I  H3 y0 y铸铁中硅及其他石墨化元素的反偏析行为是由于铸铁含有较高的碳、硅量所引起。低碳钢是含碳、硅量偏低的Fe-C-Si系三元合金,在组成它的Fe-C、Fe-Si二元合金中,溶质元素C、Si的分配系数Ka<1。凝固时,根据溶质再分布原理,虽然C、Si也要分布于液相,但C、Si偏析到液相的数量相对较少,Si←→C相斥力的能量不足以破坏系统中固相晶粒富Fe,液相富碳、富硅的分布特点。然而,对于C、Si较高的铸铁则不同,Fe-C-Si系中硅的分布按另一种方式进行。此时,由于C、Si浓度提高,Si←→C相斥力大为增强,Si从富C的微小体积中被置换出来,被C排斥出液体优先进入Fe相。随枝晶(或共晶团)的长大,Si不断固溶于奥氏体,液相中的Si量却逐渐减少,由原先的正偏析转成反偏析,而C的微观偏析符号仍保持不变。在液相中Si被C排斥而不是C被Si排斥的原因在于:Si的3s3p轨道上的价电子离核心更远,并且被它的(K、L)两个内层所屏蔽,而C只有一个(K)屏蔽层。因此,与Fe形成化学键时,Si比C更有优势。硅在Fe-C-Si合金中偏析方向的转变与碳含量有密切关系,见表1。当w(C)>0.35%时,Ka>1,硅转成反偏析。当Si量升高时,临界含C量也随之提高。
    * m: K9 q$ D* R7 u表1  硅的偏折系数Ka与碳含量的关系) D4 ^' d% i1 B1 C( b$ c
    合金种类w(C)(%)Ka# M* |# [! ?4 d% A
    15钢0.150.91: p5 S; ^0 X$ `3 D. Q
    35钢0.341.00
    & g5 L  c$ n- |- ^' G45钢0.481.10+ i' J$ i5 P! C
    60MnSi20.651.20. O! V9 V) V$ j" g  g+ K. I% {
    可锻铸铁2.601.51' w  C1 R  m$ J2 u. b2 [
    灰铸铁3.151.60' u6 R2 J# o- A& C4 x6 H
    只要碳的质量分数小于0.35%,硅的偏析与含量无关,均表现为正偏析。铜、镍、钻、铝的反偏析行为,是由于这些元素与铁形成的原子键远比有碳存在的Fe-Fe键强,Al、Cu、Ni、Co与Fe形成固溶体的热力学位显得更稳定。
      Z  Q0 f6 u' l( B# O1 M复制,粘贴,坐等高人。
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2014-12-14 19:56:17 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2014-12-15 15:26 编辑 * V1 e+ D$ J# y2 d% r1 M

    5 S; j1 |8 m5 |2 ~6 s$ Z+ k, e8 S回复 1# 老翻砂匠 & y: l# H2 C' f& d

    ( i: ?+ G* {' v$ d% M5 f# G& p- j. o; ^( P8 Z6 ?
       
    到底在铸铁中会不会产生硅的偏析?究竟产生这种现象的原因是什么

      E( n8 l! u3 z/ m5 g7 D会有偏析:# R: P% [, f' M" j
    一:在奥氏体枝晶内和枝晶间会有偏析.机理如第二点。
    6 G! ~/ q& A' O) [% Y二:在先结晶和后结晶的奥氏体枝晶内,也会有硅的偏析.+ b& Y. W# ]4 j" \! H7 a) t
    ) W* d$ |, [( c6 h4 q
    按说,含硅高抗氧化能力强.至于高硅处发酥,有基体剥落的现象,硅高,其对铁的固溶强化能力强.晶格畸变应力大.这种应力是原子间的点阵畸变.不会在模体反复加热过程中消除.
    ! m4 T5 N- @" ^9 }2 J0 L( @/ i7 i
    以上只不过是自己的推理,仅供参考.是否其因.大家探讨.
    截图00.jpg
    截图01.jpg
    截图02.jpg
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2014-12-14 20:03:11 | 显示全部楼层
    回复 1# 老翻砂匠
    8 v  w2 V. d: x$ h$ N% o  x
    & ~' U9 b5 q4 n" h3 k最好有一金相图.把基体组织和蚀坑配和起来,再分析为好.
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    [LV.Master]伴坛终老

     楼主| 发表于 2014-12-14 22:06:41 | 显示全部楼层
    回复 3# castengineer
    1 D# G' K% M2 @, {$ V
    * ]- m+ t% y! {谢谢董工的分析和回复 ,但我想不通的是,既然这样,那孕育处理的过程岂不是助长了硅的偏析了?
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2014-12-15 07:30:18 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2014-12-15 11:05 编辑
    2 t  q1 O0 x2 o& e4 [2 h' ?4 G/ _2 `8 u% d+ W$ ^
    回复 5# 老翻砂匠
    7 S/ l- y6 K1 \3 r9 H; t
    ; I: D: Z# U9 P0 c; h$ ?5 X2 f1 K
       
    既然这样,那孕育处理的过程岂不是助长了硅的偏析了?
    . {! ~8 U% c/ e$ t1 ^

    0 u  p+ N- m( s1 Z" N3 G. C对是这样的.这也不可避免.
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    发表于 2014-12-15 07:40:16 | 显示全部楼层
    回复 5# 老翻砂匠
    ) D; m* y# f! j  ]6 q
    ! y- H& h% V! ]) C5 }2 m) p0 b
    6 B% p4 U; t' e$ ], g5 }& R- t, L    如果各部蚀区的分布均匀并微小.我的推理尚可再推敲.如不,推理就不成立了.
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    发表于 2014-12-15 15:38:22 | 显示全部楼层
    回复 1# 老翻砂匠
    0 ^1 i/ j  J9 Q% ^- p, R& c# T
    : V% R$ f2 o; E9 p( B0 g/ p1 K0 f$ s& T; x' f
       
    凡是坑的位置点,硅的含量均超标(3.5~7.65%不等),

    # S& Z9 f8 \  ~5 E9 f# G, M6 H2 n7 K  {
    如晶体均匀增硅,和后结晶的奥氏体枝晶有关。有如低碳钢铸件的热冒口,其含碳量都高于配碳量的机理。
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    [LV.Master]伴坛终老

     楼主| 发表于 2014-12-15 15:55:51 | 显示全部楼层
    回复 8# castengineer 7 G4 X) A8 V* n, _: m

    " N0 ?& `" j( u7 F
    3 ~: [. j1 k0 n+ ~( }$ D8 p2 K* g    宏观观察,表面布满了小点点,与发生氧化的现象极为相似,电镜扫描观察,小点点均为小蚀坑,做能谱分析,凡是发生有蚀坑的,含Si量都远高于没有发生蚀坑的,而没有发生蚀坑的含硅量正常(1.9~2.1%)
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2014-12-15 20:57:49 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2014-12-15 21:07 编辑
    & Q% F& j6 }' `( j
    0 X; H7 E; }; _4 i" l, v4 x0 L3 _) l; D回复 9# 老翻砂匠 # u: y! K& [4 i  z' I

    ( ~: R7 h3 y8 E- [
    4 C2 o  X6 J  U; p   
    凡是坑的位置点,硅的含量均超标(3.5~7.65%不等),而无蚀坑的位置点则正常(1.9~2.1%),
    0 B4 ~0 p; P7 |) M

    5 E, j% f8 @$ V3 [  d* \. H/ A- U' w# M如3.5%和1.9~2.1%.这个比值,符合配硅2.2的铸铁中,奥氏体初晶晶内偏析的比值特点.
      _/ b  ?4 K# @现在有三个问题:, L% O5 W/ G5 U3 F2 D4 ?
    1:是否模具都有这重共性.不含钒的模具也有这种现象么?5 }4 M5 T4 B$ }& U& U* B: l: h
    2:晶内偏析到7.65%.不可能,因没有别的机制,会使硅在配硅2.1%时,有这么有序化的偏析.是否再核实一下数据., r7 `1 |2 v- Z! O
    3:最好有金相图.定位一下蚀坑在基体中金相的位置.
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     楼主| 发表于 2014-12-15 21:08:24 | 显示全部楼层
    回复 10# castengineer 7 }+ O* _) ?0 _4 F6 h+ x
    , N( P' T9 F# @, q$ V- S. n9 B0 @( N. y
    有些数据资料还没传给我,当时我只是在电镜实验室看了结果,没能将数据拷给我(外U盘受到严禁的),带到数据全了之后,我再上传~* C" A1 F5 P( r. w

    0 a. D2 m' _  P$ ]我现在最为关心的是,如何解决这个问题。, e/ \  p* i8 j. k5 G
    5 ~4 l) a. _6 x7 q) d
    再次谢谢董工的关注与鼎力回帖!
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    发表于 2014-12-15 21:21:58 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2014-12-15 21:41 编辑 ' `; f5 O: a6 z3 k) Z/ d

    6 f) V; T8 y, w; {& v回复 11# 老翻砂匠
    % W% s7 `7 q% q, t/ r( s; L6 d2 i  }  u

      Q) ^$ G* o% o    如果如我所谈---那就是:8 k8 S5 B+ T" c: L0 I2 L' }" g
    1:增加铁水过冷度.增加奥氏体初晶核数.使晶内偏析程度降低.缩短铁水凝固时,造成硅偏析硅的浓度区间.
    ' r1 ]7 ~2 v, C# M! ~2:增加铁素体化退火的时间,使晶内偏析的硅在铁基体内的有序化增强.均衡硅偏析的浓度差.降低硅致点阵畸变能的应力值.4 N3 u5 \. D: d+ p$ y( k$ [
    3:铸铁的高合金化,会增大硅的晶内偏析.和降低高温退火对硅在铁基体内的有序化扩散过程.
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     楼主| 发表于 2014-12-15 21:45:34 | 显示全部楼层
    回复 12# castengineer % D. X, Z3 u" |9 K2 g# t+ ^; L
    3 u( \: r$ n: [9 J# I' M/ g* z) p* e
    最纳闷儿的事是,工艺基本还是老样子,没有改变过,为什么会出现的这么突然,且还是批量发生。这点一直想不通~
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2014-12-15 21:50:37 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2014-12-15 21:52 编辑
    2 b0 ]' [0 z$ ?
    ( _2 c3 b$ w1 M# M0 X* p回复 13# 老翻砂匠 ; Y3 y( \2 l: C4 X) t
      Y' u- c0 d/ c2 G2 }
    ' K/ v' R' \6 e& S+ J1 x. H) P1 ~+ j
        1:最好有金相图.定位一下蚀坑在基体中金相的位置.是在奥氏体晶内还是在石墨的近旁.$ _9 {4 ]6 p$ n- Z+ V
        2:等看一下外检的数据吧.
    ; _, I$ T* q1 v( Z; Y; R再有据的分析吧.:
    - p( c" {. J9 |以上都是拍脑袋的推测.
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