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2022-19 铸造过程中的孕育衰退
时间 : 2022-01-19 07:50 浏览量 : 42

铸造基础知识。  

    在铸铁孕育实践中可以发现,孕育剂加入铁水后的短时间内孕育作用急剧增强。但是经过一段时间后,孕育作用达到一个峰值后又开始减弱,最终完全消失。这种孕育作用随时间延长而减弱的现象称为孕育衰退。

铸造过程

    孕育衰退一般表现在以下一些现象上,这些现象都与完好孕育效果相比较而言的。

    1.共晶过冷度增大,导致铸铁白口倾向增加。在生产现场浇注的三角试片显示的白口深度加大。从试片的断面上看,在灰口区域和白口区域之间或灰口区域之内出现石墨和渗碳体共存的麻口区域。

    2.共晶团数目明显减少。各种孕育剂都有它发挥最大孕育效果时所能产生的共晶团的大致数目。共晶团数目的减少量因各种孕育剂不同而有差异。

    3.石墨类型发生变化。大部分的A型石墨转变为D型石墨。这种情况一般发生在原铁水碳硅含量高而且试样冷却较快的情况。

    4.铸件组织对断面敏感性加强,部分薄断面出现白口。

    5.材料力学性能下降。

    孕育衰退现象的产生涉及孕育剂在铁水中的行为、铁水温度变化情况下碳和硅原子在铁水中的扩散过程、石墨晶核的形成和溶解过程等一系列因素。孕育作用和衰退都是动力学过程。孕育作用的有效时间取决于孕育剂在铁水中的熔化速度以及导致铁水成分均匀化的碳、硅原子的扩散速度。

铸造孕育衰退

    概括来讲,铸铁孕育衰退产生的主要原因主要有以下几个方面:

    1.富硅微区的消失。孕育处理过程加入含硅很高的孕育剂后形成的富硅微区中硅浓度远高于其周围铁水中的硅浓度,这个浓度差驱使富硅微区中的硅原子向周边扩散,使浓度趋于平衡,富硅微区逐渐消失,孕育作用也随之衰退以至消失。我们知道,孕育衰退需要一定的时间,并不会立即显现。这个过程的长短受到一些因素的影响。

    适当降低孕育剂的熔化速度可以使富硅微区消失的时间往后推移。在正常的孕育处理温度(1380-1420℃)下,粒状硅铁或符合孕育剂在铁水中的熔化速度是很快的,5mm以下的颗粒熔化时间不超过1min。颗粒尺寸较大时,孕育剂在铁水中保持的时间要长一些。孕育剂加入量相同的情况下,颗粒尺寸增大则颗粒数目减少,石墨形核位置也会减少,微区中的碳原子也要发生扩散运动。但碳的扩散速率较低,重新溶入铁水的时间比硅的扩散时间要长一些,一般能在形核基质表面保持3-5min。如果孕育剂中含有钙、钡、锶等抗衰退元素,这些元素在铁水中形成的氧化物,能有效抑制碳原子和硅原子的扩散。

    在实践生产中,粒度合适的硅系孕育剂在铁水中的有效作用时间为10-20min,比上述的微区中硅、碳原子的保持时间要长。这是因为碳、硅原子 未扩散前的短暂时间内,一些碳原子已覆盖了形核基质,称为活化晶核。这种活化晶核表面的碳原子虽然也会逐渐溶解在铁水中,但其扩散速度和溶解速度远低于富硅微区中碳原子的扩散速度和溶解速度,从而使孕育剂的有效作用时间得以延长。

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    2.石墨形核基质受到污染,使其晶质表面被污染物覆盖而失去活性,形核作用消失,最终导致孕育衰退。比较典型的例子就是二氧化硅受到氧化亚铁污染而在基质上面形成铁、锰氧化物和二氧化硅反应形成的复合化合物表层。碳化钙和一些硫化物也存在类似的问题。在孕育剂中加入活性较强的钙、锶、钡、稀土等元素或从工艺方面控制铁水中的溶解氧,都有助于解决这个问题。

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    3.还有尚未得到广泛认同的说法认为铁水中的硫化物和硫氧化合物容易吸附硫原子,使硫化物不能在铁水中独立存在较长时间,而这些添加的元素即使在有效的作用时间内也可能被铁水中的氧所氧化,失去应有的作用。


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