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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?
      f/ k8 D; I" A: U- K: f9 X# z- [- A9 @1 s: }3 ?0 S4 H3 g
    以下为参考数据:
    + u9 U: F# t9 B) y# {
    & k0 g5 c- ^' W: V8 G; ~" I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);' Y9 F; x* W" O, a+ A# E
    $ k; _9 m3 W* [0 X' R! W: V0 T
    造型工艺:水玻璃砂二氧化碳硬化;4 }3 x3 Y% r: c- i) P  J; }& D
    " y- S5 ^8 C& {4 O, ~
    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%。
    3 G. F9 C- h7 \& c* P3 B
    3 _: H' m; l, j4 X1 N- I" v+ L0 j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/ x0 o0 o, f  n. Q- I, l
    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。
    , K/ @$ F; `$ z; J8 d2.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)。( z+ L+ l5 W& e! p
    5 R1 P- {) \! m
    图1  共晶团内的偏析& ]% f5 ]" @- e& {# f) \* ?
    (白灰色小区最后凝固,含正偏析元素高): K! s/ ^3 [3 P9 Y/ Y9 x1 z& Q
    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,# x( J, |$ \4 Z6 X

    5 X& l) B' I' A1 L图2  枝晶的偏析
    + i# w3 ]' b( {1 W- b2 Da)横截面上的偏析  b)长度方向上的偏析
    / G! Y2 s& N1 t; V: ?8 u# v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:: U+ z9 G7 P( s/ \. X
    正偏析元素-Mn、Cr、V、Mo、W、P、S等
    # W( J8 \4 A0 C反偏析元素-Si、Al、Cu、Ni、Co7 M1 }9 i* l/ N- x
    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。
    : b9 i  a1 G4 M1 [8 e. {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。
    + _. y$ k" S  r( p表1  硅的偏折系数Ka与碳含量的关系
      W3 M/ y( o) r! X合金种类w(C)(%)Ka4 S9 m- v4 E5 Z
    15钢0.150.91  B$ i, K' h( r. F5 c9 k( U0 q
    35钢0.341.00
    7 Q/ [+ F4 e3 A5 T7 _2 d8 N* s45钢0.481.10
    5 @" o  B- B: q60MnSi20.651.20
    * g9 ]& d" H' A$ q可锻铸铁2.601.51. U5 c. N4 }) q' B9 E9 `- u
    灰铸铁3.151.60, _" C" f9 o+ n  `9 H1 w- o
    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。" u' R" W& Q1 a4 G' z0 e
    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
    : q) j  V0 L! U/ s
    & D+ \8 T, s' M/ V2 @* k回复 1# 老翻砂匠
    # \1 S4 i& {/ B. z7 t. ^0 f8 m5 Z% ]; X
    . O- X+ W$ Y" }& S5 o
       
    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 K/ v1 E% k' s
    会有偏析:( O5 t( t& l8 t6 F0 Q
    一:在奥氏体枝晶内和枝晶间会有偏析.机理如第二点。8 W( V& U, y. Z4 z$ n$ y: h
    二:在先结晶和后结晶的奥氏体枝晶内,也会有硅的偏析.: P& n0 e4 q7 T" J

    8 z- l6 K" f) k7 i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.
    ( f3 ~/ c$ ]: G1 l+ B1 G! l- x8 K, k/ i, [  [7 K
    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
    # u8 r: X- P3 G* B1 T
    % y) i8 V# `2 b* ?  q最好有一金相图.把基体组织和蚀坑配和起来,再分析为好.
  • TA的每日心情
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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
    + m( E: a9 H: ]7 ]% x) ?+ ]- u% l* ?* F+ b1 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 % g* q  Y" i* w/ \' n. e

    4 E) K% ]0 h; _# ?2 ~8 |( V/ @6 d回复 5# 老翻砂匠 * g! b# `' k$ ?

    : e; E* y/ @" t7 k+ z7 N( x
    6 `9 y2 w) ^8 T$ G7 ^" N   
    既然这样,那孕育处理的过程岂不是助长了硅的偏析了?
    , Y! V/ P/ D2 {3 q  u/ Z: C
    , p4 c, g6 |% P- c2 e( _, y5 n# I
    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 , Z+ l! r  J4 v; M  \( w

    2 P* S8 ~: e9 P+ {3 c
    9 t5 k6 Z" v- k) U5 j1 z    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 8 X9 n$ F8 d, b' E8 d/ Y' A; U" S

    - e  O& w- a6 Y4 J9 C
    1 g# u$ P0 i+ r5 n% f' _# p8 H& I   
    凡是坑的位置点,硅的含量均超标(3.5~7.65%不等),
    " y: Y) i+ S- q) j

    4 g) V% T2 C6 `, \9 _: f' A' j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 / ~* B; W  O# h# D8 S8 S( b) M

    1 [- |( N$ a" y+ a% l
    6 p) B! ?" u, m5 o  x9 i* Q! L: K    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 $ `( M6 M) f+ @& U9 \
    . M+ L6 R! f# L% K" F! e  s
    回复 9# 老翻砂匠 + `4 B5 H* [6 H2 p* L% q

      d& U- \( F& i- a4 p8 ]
    + T0 y; t3 |+ k. k   
    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%),

    / J; _/ x( l* Z6 d! V0 K" t6 M# Z; n0 f. h
    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.$ D2 K8 w- A6 b- U3 ^
    现在有三个问题:
    1 s: K% M+ P' h4 y/ P, X8 S1:是否模具都有这重共性.不含钒的模具也有这种现象么?/ q+ r0 {. q4 G. Z4 {$ B! g
    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.9 I( F# g% `2 M$ G0 k1 ]* ]$ y: A
    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
    ' T$ Y5 ^1 u" n% @3 L/ q$ t/ l8 |$ H8 Z: [) 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~3 I% e$ Z6 D0 ?
    , U* n/ j8 e. X
    我现在最为关心的是,如何解决这个问题。/ d- j# ]/ R* P* B, c# x4 r
    5 L, [' N, Q+ R4 R7 _
    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 + _# d' F* [* G6 p1 x  W( C

    1 t; f+ p7 \( g; Y回复 11# 老翻砂匠
    4 s3 s& C3 u5 ?5 J) }" x; \. E- h  y! ]4 |

    # W4 L  D! o* P  ^5 j    如果如我所谈---那就是:
    ; {+ ~" X4 i( B/ i+ x1: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.& K5 l5 f% [3 t5 }& ]+ s. X; R
    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.
    + t* l/ j0 M+ l3: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
    6 ?, Z0 e3 c! _; g- t7 d* P. H+ q4 K4 H0 e* G- Z
    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 8 p  f/ g4 n9 v& j; j$ l
    1 K* k) V0 R) `5 d, B( D
    回复 13# 老翻砂匠
    , C( |- q3 m9 z& V$ V" N" @5 L7 A; _- U( G
    3 D& f* C" _$ {  U+ W
        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.! b$ v! E  B# U2 X" C; x
        2:等看一下外检的数据吧.! f) {7 S; a* u7 s, H
    再有据的分析吧.:4 h. C# l& ~, w$ ~) N
    以上都是拍脑袋的推测.
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