灰铸铁中加入碳化硅有什么作用

ymflzz@163.com · 发表于 2013-4-11 18:10:04

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碳化硅在灰铸铁中怎么用，增碳增硅率是多少，能不能解决高碳硅灰铸铁中石墨粗大问题

光辉铸造 · 发表于 2013-4-11 19:04:56

没有用过，请用过的同行作答

晨曦2008 · 发表于 2013-4-11 22:18:59

回复 1# ymflzz@163.com

碳化硅在铸铁上的应用.doc (44.5 KB, 下载次数: 406)

老翻砂匠 · 发表于 2013-4-11 22:36:05

碳化硅起孕育处理前的预处理，效果是不容小觑的~

林林 · 发表于 2013-4-12 06:36:42

回复 5# 老翻砂匠

碳化硅起孕育处理前的预处理,理论上谈得通.目前在实际应用的实例不多.能谈一下,你是如何应用,效果如何呢.

liqin · 发表于 2013-4-12 07:32:51

希望有实际应用结果的坛友来谈一下实际应用和效果.碳化硅在孕育处理前预处理效果到底如何?

陆小凤 · 发表于 2013-4-12 12:54:58

哪位用过的坛友说下使用碳化硅的效果，主要有1、加入量；2、加入顺序；3、颗粒度；4、铁水搅拌时间；5、出铁温度；6、机械性能结果；7、金相；8、注意事项等。

43326175 · 发表于 2013-5-13 10:33:57

前来求经了

孤独寒松 · 发表于 2013-5-13 15:33:46

回复 3# 晨曦2008

文件下载后打不开，不致何故？

晨曦2008 · 发表于 2013-5-13 17:14:38

回复 10# 孤独寒松

碳化硅孕育剂在铸铁中起到的作用
1 、由于碳化硅（Sic）的含硅和碳,熔炼过程中硅（Si）进入铁水里，碳（C）大多数燃烧。值得提醒的是：在熔炼过程中，仍有少数碳化硅（ Sic ）微粒进入铸件中（这是益处）。
2 、由于碳化硅（Sic）微粒子进入铸件中起到核心基底作用，经它为中心形成核心，碳化硅（ Sic ）微粒越细、越多生核能力超强。在TEM下观察：碳化硅（Sic）颗粒与基体界面结合良好，颗粒周围存在高密度位错，而结晶增多以致晶粒细化，并且改变石墨形态，石墨长度变短，A型石墨增加，D型石墨减少，共晶团数量及珠光体数量明显改善。众所周知，当铸件中共晶团数量达到300个/mm时铸件有缩孔倾向，用碳化硅孕育的铸件中共晶团数量在130-250 个/ m ㎡范围内。综上所述，由于碳化硅孕育剂生核能力强，能改变石墨形态，细化组织，从而提高机械性能及防渗漏。
3 、脱氧
碳化硅（ Sic ）在炼刚中能脱氧。在熔炼中以及前包内也能起到脱氧效果，固而减少气孔和夹渣的产生。
4 、增碳碳化硅（Sic）孕育剂分低碳和高碳，低碳型 C ＜10％，不致于使铸铁件增碳；高碳型C≥23％，可使需碳的铸件增碳。碳当量易掌握，从而可多加入废钢得到理想的铸件品。

晨曦2008 · 发表于 2013-5-13 17:20:15

本帖最后由晨曦2008 于 2013-5-14 22:48 编辑

回复 10# 孤独寒松

铸铁的SiC孕育预处理
（南京铸造学会，江苏南京，210002）-
摘要：感应电炉熔炼的铁液白口倾向大，这时铸铁的强度和硬度会增加，但是电炉铁液的形核率减少很多。电炉中加入预处理剂SiC，灰铸铁可以促进A型石墨形成；球墨铸铁则促进球状石墨形成；用于处理蠕墨铸铁也有很好的效果。SiC是质优价廉的硅源、碳源，冲天炉中应用可以改善使用锈蚀炉料的负面影响。
关键词：SiC、孕育、预处理
1、前言
铁液的化学成分相同，熔炼工艺不同，获得铸铁的性能差异很大。铸造工厂采取铁液过热、孕育处理、改变炉料配比、添加微量或合金元素等方法，提高铸铁的冶金质量和铸造性能，同时使力学性能和加工性能得到较大提高。
感应电炉熔炼铁液，可以有效地控制铁液温度，精确的调整化学成分，元素烧损少，硫、磷含量低，对于生产球墨铸铁、蠕墨铸铁和高强度灰铸铁非常有利。但是感应电炉熔炼铁液的形核率减少，白口倾向大，易于产生过冷石墨，虽然强度和硬度有所增加，但铸铁的冶金质量并不高。
上世纪八十年代，出国考察学习的我国工程师，看到国外铸造厂电炉熔炼时加入黑色碎玻璃状物体，经过询问得知这是碳化硅。国内的日资铸造企业也长期大量使用碳化硅作添加剂。冲天炉或电炉熔炼铁液，加入预处理剂SiC的优点很多。
碳化硅有磨料级和冶金级之分，前者纯度高价格贵，后者价格低廉。加入熔炉内的碳化硅转化成铸铁的碳和硅，一是提高碳当量；二是加强了铁液的还原性，[2]大大减轻锈蚀炉料的不利作用。加入碳化硅可以防止碳化物析出，增加铁素体量，使铸铁组织致密，显著提高加工性能并使切削面光洁。增加球墨铸铁单位面积石墨球数，提高球化率。对于减少非金属夹杂物和熔渣，消除缩松，消除皮下气孔也有良好的作用。
2、预处理的作用
2.1 形核的原理
在Fe-C共晶系中，灰铸铁在共晶凝固阶段由于石墨的熔点高，是共晶体的领先相，奥氏体借助石墨析出。以每个石墨核心为中心所形成的石墨+奥氏体两相共生共长的晶粒称共晶团。存在于铸铁熔液中的亚微观石墨聚集体、未熔的石墨微粒、某些高熔点硫化物、氧化物、碳化物、氮化物颗粒等，都可能成为石墨的非均质晶核。球墨铸铁的形核与灰铸铁形核没有本质区别，只是核心物质中增加有镁的氧化物和硫化物。
铁液中石墨的析出必须经历形核和生长两个过程。石墨的形核有均质形核和非均质形核两种方式。均质形核亦称自生晶核。铁液中有大量起伏不定的，超过临界晶核尺寸的，近程有序排列的碳原子集团，可能成为均质晶核。实验证明均质晶核的过冷度很大，必须主要依靠非均质晶核作为铁液中石墨的生核剂。铸铁熔液中存在大量外来质点，每1cm3铁液中，仅氧化物质点就有500万个。只有那些与石墨的晶格参数、位相存在一定关系的质点，才能成为石墨形核基底。晶格匹配关系的特征参数称平面失配度。当然只有晶格平面失配度小，才能够让碳原子容易与石墨晶核匹配。如果晶核材料是碳原子，那么它们的失配度为零，这样的成核条件最好。[1]          表1    晶格匹配失配度与形核能力的关系[1]
失配度（δ）          ＜6%       6～12%       ＞12%
形核能力       形核能力最强       有形核能力       形核能力
表2    一些物质某晶面与石墨晶面的失配度[3]
物质       δ%       物质       δ%       物质       δ%       物质       δ%       物质       δ%
C       0       BaS       7.5       MnS       10.2       SrO∙SiO2       3.5       β-Si3N4       43.9
LaS       1.5       CaS       8.3       MgS       12.5       CaO∙SiO2       7.5       CaO∙Al2O3∙SiO2    I
BN       2.0       AlN       9.47       CaO       13.3       α-Al2O3       11.4       SrO∙Al2O3∙SiO2    `
CeS       2.9       CaC2       9.9       BaO∙SiO2       1.5       β-SiO2       37.1       BaO∙Al2O3∙SiO2
7.1锻造,铸造,轧钢,炼钢,焊接,热处理,
碳化硅在铁液内分解成碳和硅比铁液本身含有的碳和硅的内能大，铁液本身所含的Si溶于奥氏体中，球墨铸铁铁液中的碳，部分在铁液中形成石墨球，部分在奥氏体中尚未析出。因此碳化硅的加入，有很好的脱氧作用。
         Si + O2 → SiO2                         （1）
         MgO +SiO2 →MgO∙SiO2                   （2）
         2MgO +2SiO2→ 2MgO∙2SiO2             （3
顽辉石成分MgO∙SiO2和镁橄榄石成分2MgO∙2SiO2与石墨（001）失配度高不易作为石墨形核的基底。当经过含有Ca、Ba、Sr及Al与硅铁的孕育合金铁液处理后，得到
         MgO∙SiO2 + X → XO∙SiO2 + Mg             （4
         4（2MgO∙2SiO2）+ 3X+ 6Al → 3（XO∙Al2O3∙2SiO2）+ 8Mg    （5
式中 X——Ca、Ba、Sr。
反应产物XO∙SiO2和XO∙Al2O3∙SiO可以在MgO∙SiO2及2MgO∙2SiO2基底上形成面晶，由于石墨与XO∙SiO2和XO∙Al2O3∙SiO2失配度低，利于石墨形核，有很好的石墨化作用。能很好的改善加工性能和提高力学性能的作用\
2.2 非平衡石墨的预孕育：
一般，通过孕育来扩大非均质形核范围，铁液中非均质形核的作用：①促进共晶凝固阶段C大量析出并形成石墨，促进石墨化；②减小铁液过冷度，减少白口倾向；③增加灰铸铁共晶团数或增加球墨铸铁石墨球数\
SiC是炉料熔炼过程中加入的。碳化硅熔点2700℃，在铁液中不熔化，只按下列反应式融熔于铁液。
SiC+Fe→FeSi+C（非平衡石墨）       （6）
式中SiC里的Si与Fe结合，余下的C就是非平衡石墨，作为石墨析出的核心。
非平衡石墨使铁液中C不均匀分布，局部C元素过高，微区会出现“碳峰”。这种新生的石墨有很高的活性，它与碳的失配度为零，因此很容易吸收铁液中的碳，孕育效果极其优越。由此可以看出碳化硅就是这样一种硅基生核剂。[1]
铸铁熔炼时加入碳化硅，对于灰铸铁，非平衡石墨的预孕育，大量生成共晶团并提高生长温度（减小相对过冷度），有利于形成A型石墨；晶核数量增加，使片状石墨细小，提高石墨化程度减少白口倾向，从而提高力学性能。对于球墨铸铁，结晶核心增多使石墨球数增加，球化率得以提高。
2.3 消除E型石墨
过共晶灰铸铁，C型、F型初生石墨在液相形成，由于生长过程不受奥氏体干扰，一般情况下，容易长成大片状且分枝少的C型石墨；薄壁铸件快速冷却时，石墨会分叉生长成星状的F型石墨。[4]
共晶凝固阶段生长的片状石墨，在不同化学成分和不同过冷条件下，生成不同形态和不同分布的A、B、E、D型石墨。
A型石墨在过冷度不大和成核能力较强的共晶团内生成，在铸铁中均匀分布。细片状珠光体中，石墨长度越小，抗拉强度越高，适用于机床及各种机械铸件。
D型石墨为点、片状的枝晶间石墨，呈无方向性分布。D型石墨铸铁铁素体量高，力学性能受影响。但D型石墨铸铁奥氏体枝晶多，石墨短小卷曲，共晶团呈球团形，所以与相同基体A型石墨铸铁相比，往往具有较高的强度。
E型石墨是一种比A型石墨短小的片状石墨。与D型石墨一样位于枝晶间，统称为枝晶石墨。E墨容易在碳当量低（亚共晶程度大）、奥氏体枝晶多而发达的铸铁中产生。这时，共晶团与枝晶交叉生长，由于枝晶间共晶铁液数量较少，析出的共晶石墨只有沿着枝晶方向分布，具有明显的方向性。形成E型石墨的过冷度大于A型石墨小于D型石墨，它的粗细、长短处于A、D型石墨之间。E型石墨不属于过冷石墨，经常与D型石墨伴生。E型石墨的方向性枝晶间分布，使铸铁很容易在较小的外力作用下，沿着石墨排列方向呈带状脆断。所以出现E型石墨，用手可以掰断小型铸件的边角，铸件强度大大下降。
随着含碳量的增加，形成细小枝晶间石墨所必须的冷却速度提高了，产生枝晶间石墨的可能性减少了。熔液高度过热以及长时间保温会使过冷度增大，从而提高枝晶生长速度，使枝晶变长，方向性更明显。用SiC对铁液做预孕育处理时，同时减小初生奥氏体的过冷度，此时观察到短的奥氏体枝晶。消除了E型石墨产生的结构基础
2.4 提高铸铁质量致力于为锻造、铸造、轧钢行业人员提供网上在线技术交流的温馨家园，以锻造、铸造、炼钢对于球墨铸铁，在球化剂加入量相同的情况下，用碳化硅进行预处理，镁的最终收得率较高。用碳化硅预处理的铁液，如果保持铸件残留镁量大致相同，球化剂的加入量可以减少10%，球墨铸铁的白口倾向得到缓解
碳化硅在熔炼炉内，除去（1）式反应所示在铁液中增碳、增硅以外，还进行式（2）、（3）的脱氧反应，如果加入的SiC靠近炉壁，生成的SiO2会在炉壁沉积增加炉壁厚度。在熔炼的高温下，SiO2将发生式（4）的脱碳反应，式（5）、（6）的渣化反应。
         3SiC + 2Fe2O3 = 3SiO2 +4Fe + 3C          （7）
         C + FeO → Fe + CO ↑                   （8）
（SiO2 ）+ 2C =  [Si] + 2CO（气态）       （9）
         SiO2 + FeO → FeO▪SiO2 （渣）             （10）
         Al2O3 + SiO2 → Al2O3▪SiO2 （渣）          （11）
碳化硅的脱氧作用，使得脱氧产物在铁液中有一系列冶金反应，减轻锈蚀炉料中氧化物的有害影响，有效的净化铁液
2.5 碳化硅的使用方法
冶金级的碳化硅，纯净度在88%-90%之间，在计算增碳与增硅时首先要扣除杂质量。根据碳化硅的分子式，很容易得出
增碳：    C = C/（C + Si）= 12 / (12 + 28) = 30%       （12）
增硅：    Si= Si/（C + Si）= 28 / (12 + 28) = 70%       （13）
碳化硅的加入量，通常只要加入铁液量的0.8%-1.0%就可以了。碳化硅的加入方法是：
电炉熔炼铁液，在坩埚熔融1/3炉料时，加入到坩埚中部，尽量不要接触炉壁，然后继续加入炉料熔炼。
冲天炉熔炼铁液，可以将粒度1-5mm的碳化硅与适量水泥或其它粘接剂混合，加水制成团块状，经过烈日晒干后即可按批料比例下炉使用
3、结束语-
近20年来，无论是载重汽车还是商务或家用小汽车，减轻整车重量始终是汽车研发的发展趋势。在金融危机的市场颓势中，中国北方公司逆势而上，重型载重汽车出口北美，正是基于重载汽车轻量化的结果。薄壁灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁件，厚壁的球墨铸铁件以及奥贝球墨铸铁件的应用，对铸铁冶金质量提出更高的要求。碳化硅的孕育预处理对改善铸铁的冶金质量有良好的作用。
铸造专家李传栻撰文指出：预处理剂加入铁液后，可以观察到两种作用：一是碳当量提高；二是铁液的冶金条件改变，加强了还原性。1978年，英国的B.C.Godsell曾发表其对球墨铸铁进行预处理的研究结果，此后，对预处理工艺的试验研究一直没有间断，现在这项工艺已比较成熟。研究结果表明：对于灰铸铁，以SiC含量为85%～90%的冶金碳化硅效果最好；对于球墨铸铁则以SiC含量为97%～98%的结晶碳化硅效果最好。[2]
对于灰铸铁，碳化硅孕育预处理可以降低过冷度减少白口倾向；增加石墨核心，促进形成A型石墨，减少或防止产生B型、E型和D型石墨，增加共晶团数，得到细小的片状石墨；对于球墨铸铁，碳化硅孕育预处理则促进增加铸铁的石墨球数，提高球化率，改善石墨球的圆整度。碳化硅的使用可以加强对氧化铁的脱氧还原作用，使铸铁组织致密从而增加切削面的光洁，使用碳化硅可以延长炉壁寿命，不会增加铁液的铝、硫含量。

孤独寒松 · 发表于 2013-5-14 18:05:50

回复 12# 晨曦2008

感谢朋友的热情帮助。

孤独寒松 · 发表于 2013-5-15 11:41:06

回复 4# 晨曦2008

已经下载，谢谢朋友的提供！

student · 发表于 2013-5-15 18:40:24

回复 8# 陆小凤

哪位用过的坛友说下使用碳化硅的效果，主要有1、加入量；2、加入顺序；3、颗粒度；4、铁水搅拌时间；5、出铁温度；6、机械性能结果；7、金相；8、注意事项等。

纸上谈兵太多.实际应用情况太少.

陆小凤 · 发表于 2013-5-15 20:52:05

支持楼上的朋友！想知道生产中具体使用过碳化硅的朋友谈谈心得，共同分享下。

wubin3188 · 发表于 2013-5-17 12:51:47

本帖最后由 wubin3188 于 2013-5-17 12:53 编辑

HT250，2年前用过一段时间，谈下感受。5吨感应电炉，实际加料到5.5T。
炉料配比：生铁1100，废钢2400，回炉料2000
炉前Si控制在1.7%，单单靠炉料Si含量在1.12%，其余Si全靠碳化硅加入，加入量为50kg，废钢垫炉底，加入到1T后直接加碳化硅以及其他辅料，靠碳化硅可增加Si到1.65%左右，碳化硅成分（C25%，Si65%），缺损的Si用75硅铁补加，炉前孕育铁水量的0.3%75硅粒，增加Si到1.9%，随流孕育增加含量0.2%，终Si2.1%。
同样成分控制下，但不用碳化硅铸件做对比，有以下不同：
1、使用碳化硅的铸件加工性能得到改善，机加工车间就在本公司
2、使用碳化硅的铸件抗拉强度下降20、硬度下降5-10左右
3、使用碳化硅的铸件石墨长度变长，珠光体呈下降趋势，石墨形态还是比较好的，A型>95%
4、碳化硅容易黏住炉壁，溶解率比不上2K多的增碳剂
仅此谈谈个人实际使用看法

jordanzucc · 发表于 2013-5-21 19:33:16

高碳硅当量灰铸铁铸件最好不要用碳化硅做预处理，这样无法改变石墨粗大问题，还会使这个问题更严重，要解决此问题最好是使用一些抑制石墨生长的原材料，增硅率还要看碳化硅的化学成分

zmnr2009 · 发表于 2013-5-24 08:49:42

回复 18# jordanzucc

楼上的好人，能否介绍下，哪些孕育剂可以使石墨细小点，同时能够改善疏松情况的？

晨曦2008 · 发表于 2013-5-24 12:34:29

硅锶孕育剂，但价格稍高点；也可采用多用废钢加增碳剂配料，达到适合的碳硅当量，碳化硅预处理，铁液高温静置净化，适当加大孕育量，采用正确孕育方法孕育和多次孕育的方法来实现。

陆小凤 · 发表于 2013-5-25 08:49:18

楼上的朋友你们哪使用碳化硅效果怎么样，在哪个牌号上使用。

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