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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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    8 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?6 }0 d$ G! a/ k+ V" B- H  W  o
    ; m; F! k+ W, i) L% P6 m
    以下为参考数据:  ?6 H5 Q& Z" \6 w

    - n; o# W3 [- o$ U: q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);& E; l  G$ q, y
    ! V( w& l8 y+ n$ Q1 `0 T$ z. D
    造型工艺:水玻璃砂二氧化碳硬化;& H9 Y4 _1 Q$ R: }$ m6 [: ]
    1 y# V, _% Z. W" ]
    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%。# U9 e+ |  q/ {6 |9 {% |$ b. J" Y7 }3 V

      {7 Y" N2 D( P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# W) B. p( Z. F  B0 Y0 t- F
    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。
    ( e" w( N3 \/ [5 E6 e+ C2.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)。
    6 k9 [" d  [/ m* a5 [( ^5 X  j% d- Z& e
    / L# y! {& Z& c( ^% z& Q图1  共晶团内的偏析
    1 {) x. E# F1 x- S2 y% O! I+ C, H(白灰色小区最后凝固,含正偏析元素高)# I1 o! g& x" ^" m8 X
    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,
    ' T, @( r( V/ o/ _: |$ Y  p( F% {5 c: g, X, [( T  D! [
    图2  枝晶的偏析
    + b8 g' i" @' t( r6 w7 }5 u) ?% ]2 F0 Va)横截面上的偏析  b)长度方向上的偏析0 K: ^0 P' N+ D& H7 }
    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:
    ( z1 N7 |5 d& H' F9 W正偏析元素-Mn、Cr、V、Mo、W、P、S等
    " S6 w& n( Q/ s: m. h反偏析元素-Si、Al、Cu、Ni、Co
    & l% T& r$ W9 r. z  U- c8 A& M) u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。
    - w+ `/ v# C% J, M2 O: i4 Z' K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。$ U; a  Q( u2 r, s! ~
    表1  硅的偏折系数Ka与碳含量的关系- ?  x( _% V+ W+ e
    合金种类w(C)(%)Ka
    ! _) W4 m" N; W+ G: k15钢0.150.911 d9 _/ v8 F) I( T
    35钢0.341.003 |$ U7 l; q( v
    45钢0.481.100 E& s6 [7 _& V. x1 J
    60MnSi20.651.20% l$ b2 M+ I) i. X
    可锻铸铁2.601.51
    2 T( L% N) U6 z4 |! Y+ `' O灰铸铁3.151.60- J' ~) T! ]; N. N/ w+ w# t2 u
    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。
    0 I* C& }6 Z) Y4 f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 - U" C1 Z/ _# U+ X# m3 }
    $ u# x# o# ~3 Q! x9 _, O
    回复 1# 老翻砂匠
    , r7 G( `4 G$ ~  A2 t% h0 L" J
    ( d2 c) t) G  G: X! O) c$ i
    2 {1 V  f: o8 U* t   
    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 A& e, Y% F- E8 E9 D" Q
    会有偏析:! C! z; n' e! s
    一:在奥氏体枝晶内和枝晶间会有偏析.机理如第二点。
    * X: I/ Y; e1 i3 f二:在先结晶和后结晶的奥氏体枝晶内,也会有硅的偏析.$ }" Q0 S  _% m1 X. `/ S8 L7 g

    5 ?5 J0 P2 @; R5 }" ^) `- T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.' W8 C4 {# G/ u+ R. c8 D
    + \7 f: R' Y4 l: C
    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 ; q- ~/ f8 _# C! Z6 R

    ; l% c, n9 H3 t+ i, G% l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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    8 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 " c( \0 {, h. D7 E9 B

    5 M. d& o- A. I- ?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 C& I% Z' h+ S; C: Y5 V7 [7 G6 ?$ T( c: _" `
    回复 5# 老翻砂匠
    3 Z6 ]( m+ i& u) |( U" R
    0 h' `0 I7 K' N0 U+ i$ h
    2 i  a& I# u; M   
    既然这样,那孕育处理的过程岂不是助长了硅的偏析了?
    4 ^. u  K, W% Y* i0 U2 L% `" n
    . Y! S, A0 K2 _0 R! T9 N
    对是这样的.这也不可避免.
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2014-12-15 07:40:16 | 显示全部楼层
    回复 5# 老翻砂匠
    3 q7 n! ]$ @* x+ v
    % |3 B9 t7 N- y+ s' g8 z# A; P0 o3 H
        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
    7 C* G0 X% k8 J" e- d5 f2 e: V, z! A( T! F2 _/ @2 \) K

    * ~) b  c  U) ?2 e3 p. q2 ^! _   
    凡是坑的位置点,硅的含量均超标(3.5~7.65%不等),
    : h% G) g/ J7 A

    7 C' e+ h) e6 w  y8 I1 V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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     楼主| 发表于 2014-12-15 15:55:51 | 显示全部楼层
    回复 8# castengineer
    9 U- v7 Z5 r& u" @
    0 @* g0 `4 V- {* T0 D
      U9 K" O8 r2 k: c    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
    5 R, m! z; y. P3 p: K* P& m# @7 \
    5 k& ~% e; g6 B回复 9# 老翻砂匠
    2 T4 c* N6 V* {' o4 _& r. H- y# w
    1 V+ U5 e/ |. W0 z+ {: }1 W" U! D7 R
       
    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%),

    . s5 z! t2 A/ |6 F3 H- g
    , o6 O, Y$ w$ e/ n6 `9 [0 R4 e) v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.& O0 \4 {, p, }; M1 o5 O! `0 z
    现在有三个问题:
    5 P* r! V7 h: Z5 Z4 R3 `1:是否模具都有这重共性.不含钒的模具也有这种现象么?9 t8 R9 \- ?/ C8 {  H) b0 c" P
    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., n" \: ?, f7 C: i, w* i+ s# K$ 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
    8 \9 V: X8 O! F: V9 ]
    * Q' E6 [- v' b' T1 [5 T% j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~
    1 B0 J( T) T2 e* R9 y8 C) I
    1 e5 s; X% T1 s8 [  g我现在最为关心的是,如何解决这个问题。: H" Y  O5 s* B
    # a: C+ X' D/ j6 K2 R) J
    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
    " J' h# Q1 p9 H% G3 M- G6 _( |5 |7 q1 z
    回复 11# 老翻砂匠 + c, L* j6 `4 d2 e
    8 ]  v4 Q9 v5 [% I3 Q

    3 m9 o# Z' R7 o1 [  t1 Q4 F# x    如果如我所谈---那就是:% H4 S; F5 D1 M( b5 F( c8 r
    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.7 y( l8 z5 S6 R+ P2 O
    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.
    ) F# I% i& Z5 @1 p3: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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    [LV.Master]伴坛终老

     楼主| 发表于 2014-12-15 21:45:34 | 显示全部楼层
    回复 12# castengineer
    $ W$ A- i$ J/ T3 ~
    * h6 Y  n% U# O3 T* ^) o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 % F$ Z% q8 n& W) c" Y  r
    ) K; x# z4 n) h
    回复 13# 老翻砂匠
    7 Q4 \  s. A1 t1 X6 J8 n; D/ b: b% H; ], p
    3 s/ l. [+ H# b4 Q1 s2 M
        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.
    7 ^9 P  K. _+ G8 q    2:等看一下外检的数据吧.  q  l; ^  F* v! i( l1 |  A# ?
    再有据的分析吧.:' C6 ?. k( F% F) \  r
    以上都是拍脑袋的推测.
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