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[分享] 铸铁熔炼中元素有哪些负面作用?

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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2021-1-8 16:26:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

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          这里所说的“干扰元素”,是对灰铸铁和球墨铸铁的性能有负面影响而言的,不一定都是通常所谓的有害元素,其中有的在钢材中是重要的合金元素,有的对于某些合金铸铁也是必不可少的。干扰元素的来源有三个方面:

          一是钢材、铸钢件和铸铁件中通常都含有的有害元素,如硫、磷(一些耐磨铸铁中有时故意加入少量的磷)、铅(易切削钢中有时加入少量的铅)等;

          二是为改善钢材的性能而特意加入的合金元素,如锰、铬、钼、钛、钒、铌、硼等;

          三则是混杂在炉料中的污染物。

          干扰元素对铸铁性能的影响

          1、形成碳化物

          钢材中的合金元素,如Mn、Cr、V、Mo、Ti、B等,都是很强的碳化物形成元素,而且易偏析于铸件最后凝固的部位,在晶界处浓度很高。对于灰铸铁,由于其组织中存在大量片状石墨,强度本来就不高,延性和韧性很差,晶界处碳化物的影响并不那么明显。对于球墨铸铁,尤其是铁素体球墨铸铁件、等温淬火球墨铸铁件和优质厚截面球墨铸铁件,晶界处碳化物的影响往往是至关重要的。


                                   
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           铸铁中常见的碳化物形成元素

    元素
    来源
    在铸铁中的影响
    建议的控制值
    Mn
    生铁、废钢
    促进白口倾向
    形成晶界碳化物
    珠光体球墨铸铁件0.5%
    铁素体球墨铸铁件0.2%
    Cr
    废钢
    促进白口倾向,
    0.05%以上即形成晶界碳化物
    铁素体球墨铸铁件、厚大件0.05%
    一般球墨铸铁件0.1%
    V
    废钢
    灰铸铁中细化片状石墨
    增加珠光体量,显著提高铸铁强度
    含量太高即形成游离渗碳体
    灰铸铁中0.5%
    球墨铸铁中0.1%
    铁素体球墨铸铁中0.02%
    Mo
    废钢
    形成晶界碳化物
    厚大球铁铸件0.05%
    Ti
    废钢、生铁
    强碳化物形成元素
    灰铸铁中促成D型石墨
    球墨铸铁中导致石墨畸变
    灰铸铁中0.3%
    球墨铸铁中0.05%
    B
    感应炉衬
    形成稳定的碳化物
    0.005%

          2、对石墨球化的影响

          铸铁中加入Mg和以Ce为代表的稀土元素后,可以使石墨球化。如果金属炉料中含有阻碍石墨球化的元素,就会影响石墨的球化。阻碍石墨球化的作用大致可分为两个方面:

          (1)与Mg或稀土元素反应,产生氧化物、硫化物和氮化物,消耗球化元素。

          起这种作用的主要是氧、硫和氮。此外,碲(Te)和硒(Se)也是消耗球化剂的元素。

          (2)球状石墨生成后,提高铸铁中的液相的稳定性,使石墨长大过程中,在各个方向成长不均匀,从而导致石墨球畸变。

          起这种作用的主要是磷、铝、锡、铜、硼、锑、钛、铌等元素。这类元素偏析的倾向强,可以使铁中的液相稳定,促进石墨成长的异向性,从而影响石墨的形态。


                                   
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    a)含B 0.04% b)含Sn 0.48%;


                                   
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    b)含Sb 0.085% d)含Cu 2.25%

          因此,生产优质球墨铸铁件时,应特别留意铸铁中的钛含量。最近,制造高强度球墨铸铁件时,常常加入较多的铜。在这种条件下,应尽可能地将铸铁中的铝含量控制得低一些。

          3、产生缩孔的倾向增大

          缩孔的特征有表面缩孔和内部的缩孔、缩松。钛、铝的含量增高,铁液的流动性恶化,产生表面缩孔的倾向增大。磷、锰、铬、钒、钼等元素易偏析于最后凝固的部位,形成复合碳化物,导致产生内部缩孔、缩松的倾向增大。日本三重县技术综合研究所藤川、村川等人的研究工作表明:灰铸铁中含有铝、钛、钒、铬、磷等元素,产生缩孔的倾向增大;球墨铸铁中,铝含量自0.02%增加到0.4%,产生缩孔的倾向增大。

          4、灰铸铁的强度降低

          灰铸铁组织中石墨的形态(A型、B型、C型、D型或型E),对其力学性能有重要的影响,难以由硬度预测其强度。灰铸铁中铅含量在0.005%以上,就可能产生魏氏体型石墨,导致强度显著降低。如果铸铁中还含有铝、氢、钙等元素,铅含量在0.005%以下,就可能出现魏氏体型石墨。

          一种厚壁灰铸铁件(厚度100~150㎜)在使用过程中破断,作失效分析时发现,虽然基体组织基本上是珠光体,由于石墨为魏氏体型,硬度为148 HB,分析结果表明铅含量很高,为0.025%,破断处的显微组织。


                                   
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          灰铸铁中常加入锑或锡,以稳定珠光体,提高其硬度。但是,如加入量太多,虽然硬度提高了,强度却反而会降低。碳当量较高的灰铸铁中,锡的加入量对灰铸铁硬度和强度的影响。灰铸铁中添加锑,也有同样的影响,而且易于使石墨的形态变异。


                                   
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          灰铸铁强度低下时,有必要注意钛的有害作用。钛含量增多时,加以铁液中含有的硫的作用,会促使D型石墨形成。部分石墨成为D型后,基体组织中的铁素体增多,会使铸铁的强度降低。干扰元素‘钛’不仅来自废钢,我国生产的高硅铸造生铁中也往往含有钛,选用时应加注意。印度生产的铸造生铁中也有这样的问题。

          5、铸铁的硬度低

          近年来,美国经常发生珠光体球墨铸铁的硬度低于寻常的情况,为查明其原因进行了研究,最近已经明确这是硼的影响。

          铸铁中硼含量超过0.002%,就可以抑制铜稳定珠光体的作用,使铸铁的硬度降低。因此,生产中不仅要注意废钢和其他炉料中所含的硼,采用感应电炉熔炼时,还应注意筑炉材料中加入的硼酸所造成的污染。

          6、感应电炉炉衬的寿命低

          近年来,用于熔炼铸铁的感应电炉日益增多,炉衬寿命不高的情况也十分多见,当然,耐火材料品质不高、筑炉工艺掌握不好是出现这类问题的主要原因,但是,也不能忽视炉料带来的问题。

          如果采用镀锌钢板作炉料,锌受热后蒸发,侵入炉衬内,就会使炉料寿命降低。新筑的炉衬烧结期间,锌蒸汽的影响尤为严重。

    (资料来源:铸造生态圈)

    点评

    不错。,  发表于 2021-1-14 17:22
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