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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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    12 小时前
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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?. s. q# T/ B! M+ F) z
    ) C, v. }, F! y) _3 ]9 I
    以下为参考数据:  b$ ~2 _: T+ ^6 [6 `- O

    ) A  U: a; U+ w  b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);: F/ W3 ~( n- s
    % [" g) i& ^' H0 y; Y
    造型工艺:水玻璃砂二氧化碳硬化;3 }  q- Y4 B( r3 ^

    5 e' n4 |, S. ?! H2 G8 ]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%。
    * @. ~( g* o% a: _) ]% Q: D; [# b, 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
    0 \% P$ ~8 B9 t1.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。# L, |0 j9 s9 r! s. O8 h% e- K0 A. a
    2.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)。4 l* n+ v+ v/ ~5 |( Y8 C6 y; m
    ' u% }* M; h( {6 m; _
    图1  共晶团内的偏析/ H# U# d) s8 C- x9 s" ?3 o
    (白灰色小区最后凝固,含正偏析元素高)* c. `' a7 |7 b1 S( V
    3.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,
    & \" Z2 y4 L2 P1 _  e. e5 k7 T6 G# H! l6 m6 k' f# k1 F+ d
    图2  枝晶的偏析) t0 ?9 w; Y! l1 k$ d
    a)横截面上的偏析  b)长度方向上的偏析; G$ b# v' v" Z1 W& a, v7 C
    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:
    * X$ g* e2 U# }5 M正偏析元素-Mn、Cr、V、Mo、W、P、S等' e) ]- M$ [. j3 S) m
    反偏析元素-Si、Al、Cu、Ni、Co
    ! i0 ~+ Q( n$ ~3 J0 M$ a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。* S# W0 P- p3 k& @1 {" g
    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。9 x4 e7 ^% Q2 i) b8 k6 p5 e
    表1  硅的偏折系数Ka与碳含量的关系
    - `7 h3 `5 ^. q合金种类w(C)(%)Ka
      g; p6 l0 p9 ~$ n* r15钢0.150.91: a& z; ~( x% m/ B
    35钢0.341.00, t( w0 U1 e3 K. N. X- a; F5 n/ u
    45钢0.481.10
    4 B/ N! h( H$ {- m& l4 ]+ J# r5 `/ E2 g60MnSi20.651.200 x6 a- @  E4 u9 J! @
    可锻铸铁2.601.51* j& r& F8 p- n) l; q4 Q
    灰铸铁3.151.60; K" [6 x: l& x5 I3 r+ }' W9 C" [. T
    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。3 ?1 w: A* N. I0 l) x$ r
    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
    $ o9 F' A5 _- }. S3 U! p+ W8 b: I. Q. h: q, A. M
    回复 1# 老翻砂匠
    6 a: I* E; E1 d2 o4 P- @! z( d# f; p
    % V$ V: U6 H# w* @9 z! ?; g% I: e: l
       
    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

    8 M( w3 v3 {" c会有偏析:
    - S/ \2 G* u) A& |5 s0 m/ G7 F一:在奥氏体枝晶内和枝晶间会有偏析.机理如第二点。
    / r/ Q/ h- v0 C& i* C4 n二:在先结晶和后结晶的奥氏体枝晶内,也会有硅的偏析.9 D. Q  h* b$ n; a2 A

    6 j. F% m" c' F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.' ?1 @  E$ r; C8 b* t
    6 Q- e( H) N  N- Z2 F
    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 5 h5 j5 m4 L& {( o# F
    & @# A0 z4 v+ D2 t
    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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    12 小时前
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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
    # I* Q4 N! A  N' U! T/ Y7 V  D/ ?4 x. J  g) h0 k! ?
    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
    ' ?9 Q# [1 p& c- E' O9 R2 i) J4 o
    回复 5# 老翻砂匠
    * j6 Z/ f* w4 T$ A9 S! T5 H( L( s% J2 j# D0 R# K

    5 D$ d8 ^  c2 u   
    既然这样,那孕育处理的过程岂不是助长了硅的偏析了?
    7 X% T1 A; ^) T
    ; Z* H5 ]* |0 r, ?% @. Y: Z2 T
    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
    ! L: f0 T, L' \- w+ G. V
    1 ~" g; k+ J- P! q& T9 d" u) [
    + w6 i8 v: _9 S6 v    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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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2014-12-15 15:38:22 | 显示全部楼层
    回复 1# 老翻砂匠 3 z- U4 g- Q' y3 j
    " r4 z: _- }) ]- v+ R5 P6 V
    % L: X2 j8 i: U3 T: u; W
       
    凡是坑的位置点,硅的含量均超标(3.5~7.65%不等),
    1 H% n  w4 n$ ~' a/ K

    ! B1 ]4 s6 d" Y6 a  @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 & k2 ^" ?! G8 L/ o& {1 p

    8 h' t9 _$ [" l4 W% H" f+ @( n7 C/ m+ k% q3 a5 p, W
        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 0 d9 [) k( b/ K$ C6 l* J/ W) r
    ' Y8 F- S( y) E0 p
    回复 9# 老翻砂匠
    5 X$ `3 I% @7 f8 N3 s: t0 R# a) f: P) m- Y/ D

    ; [# C+ D) J, w7 y; B   
    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%),
    + K, z. z+ p! x/ C

    " j; Q5 z4 t$ j/ ]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.7 N8 _' W/ @- u0 k1 p
    现在有三个问题:# @5 `/ E, C9 h& _
    1:是否模具都有这重共性.不含钒的模具也有这种现象么?) Z1 c/ C9 H: g1 H' u+ j
    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.
    3 t" O& i! p1 ~2 I4 A) T. e7 A3: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
    6 I. u% e! y1 r6 h6 a* X* M% e9 \+ y- |; W) n4 H$ p
    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~0 Z; S- W- K# p9 a7 P
    % I8 A& r8 P. q* Q# W- ~
    我现在最为关心的是,如何解决这个问题。1 ^  A* ^$ W' D5 D7 }  J2 M. o

    1 q0 \* \2 D# B7 i3 |. W" S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
      C+ x% _7 ?' L' P+ b; w; ]7 n3 S
    回复 11# 老翻砂匠 / [2 z4 v' y2 b+ b
    * d; h9 T9 ?0 O0 D8 c

    & p- |" m; K) F6 d( R8 F    如果如我所谈---那就是:. M7 m8 ]/ S; v3 f: P5 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.( }! F. Y2 R# Q2 e8 }
    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.( i  H2 b0 i$ y) v4 O
    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
    ; L! \; S! E7 w8 C  n! D4 k! k( q" L4 R( Q
    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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    2018-3-18 07:14
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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 1 @0 u$ e/ X& u6 i5 N) T) x

    8 Q- S( q" d6 m$ B; w回复 13# 老翻砂匠
    $ H- q, ]' W4 Y" q8 i6 o5 p, U- C

    4 X" {7 C7 c" [. A/ b    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.4 N2 d, G6 R' x2 {* B8 y
        2:等看一下外检的数据吧.
    - D5 X: {& |; ?% ?, v再有据的分析吧.:2 Y) H0 A* {% E  |/ W4 V7 A8 y
    以上都是拍脑袋的推测.
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