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        碳化硅在球墨鑄鐵熔煉中預(yù)處理作用

        2021-05-27 10:53:46張?zhí)?/span>周林波孫新明李丹
        金屬加工(熱加工) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:鐵液球狀球化

        張?zhí)?,周林波,孫新明,李丹

        1.慈溪匯麗機電股份有限公司 浙江慈溪 315300

        2.齊齊哈爾重型鑄造有限責任公司 黑龍江齊齊哈爾 161005

        1 序言

        碳化硅通常作為磨料等在工業(yè)上得到廣泛的利用。近年來,碳化硅作為鐵液預(yù)處理劑在鑄造生產(chǎn)中開始得到應(yīng)用,它是一種價格低廉的預(yù)處理劑,鑄造使用的碳化硅純度一般在90%左右。

        碳化硅是由硅與碳元素以共價鍵結(jié)合的非金屬碳化物,化學式為SiC,外形為晶體顆粒狀,其密度為3.2g/cm3[1]。

        2 碳化硅在球墨鑄鐵熔煉中孕育預(yù)處理的作用

        碳化硅在球墨鑄鐵熔煉后期爐內(nèi)加入,碳化硅在1200℃以上開始潰散,熔化成熔融狀態(tài),在高溫(1400℃以上)時分解出的碳和硅以原子形式擴散在鐵液中:

        2.1 碳化硅的脫氧,凈化鐵液

        部分碳和硅與鐵液中的氧起下列反應(yīng):

        反應(yīng)式(2)形成的CO2氣體從鐵液中逸出。反應(yīng)式(3)的一部分SiO2被吸附于爐襯壁上,另一部分SiO2與Fe、Mn、Mg等金屬氧化物發(fā)生如下反應(yīng):

        式(4)中,MeO為Fe、Mn、Mg等金屬氧化物,與SiO2形成復(fù)合氧化物,易在鐵液中上浮被清除。

        部分碳化硅(SiC)在鐵液中與鐵液中的金屬氧化物發(fā)生如下反應(yīng):

        通過以上反應(yīng),碳化硅起到了脫氧而凈化鐵液的作用[2]。

        2.2 碳化硅爐內(nèi)預(yù)孕育,促進球狀石墨形成,細化球狀石墨

        1)在凝固過程中,由碳化硅產(chǎn)生的硅溶于奧氏體中,產(chǎn)生的碳一部分熔于奧氏體中,另一部分因成分和能量起伏,形成的碳原子團超過臨界晶核尺寸時,在鐵液中直接成為球狀石墨的碳質(zhì)晶核。

        2)彌散性碳化硅微粒在鐵液中起到非均質(zhì)晶核作用。

        3)部分晶格匹配適配度較低的復(fù)合金屬氧化物也可成為球狀石墨的非均質(zhì)形核。

        碳化硅孕育預(yù)處理是在球化處理前在爐內(nèi)進行的,這樣可以更加有效地進一步提高球化率,細化球狀石墨。

        3 試驗方法和過程

        為正確應(yīng)用碳化硅,我們在慈溪匯麗機電股份有限公司日常生產(chǎn)的6個軌道交通高端球墨鑄鐵產(chǎn)品上進行了三次試驗。試驗產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

        表1 試驗產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

        3.1 熔煉

        我們使用的是1.5T電爐,熔煉鐵液1.8t,三次試驗碳化硅依次加入量為1.0%、1.2%和1.3%,并相應(yīng)減少增碳劑的加入(見表2), 同時與原熔煉工藝進行對比。

        表2 試驗熔煉配料表

        加料次序:廢鋼→增碳劑→廢鋼→碳化硅→廢鋼→回爐料。碳化硅在熔煉中期加入。

        3.2 孕育處理和球化處理

        在熔煉過程中,孕育劑和球化劑加入量見表3。

        表3 球化劑、孕育劑加入量 (%)

        4 試驗結(jié)果

        4.1 化學成分和力學性能試驗數(shù)據(jù)

        三次試驗的化學成分和力學性能均符合要求,見表4。

        表4 試驗化學成分及力學性能

        三次試驗和原工藝力學性能均符合要求,且力學性能相近。

        4.2 金相組織

        原工藝和三次試驗的金相組織如圖1所示。檢驗結(jié)果:原工藝球化級別2級,石墨大小6級;第一次試驗球化級別2級,石墨大小6級;第二次試驗球化級別2級,石墨大小6~7級;第三次試驗球化級別2級,石墨大小7級。

        從產(chǎn)品的金相組織可以看出,隨著碳化硅加入量的增加,球化率沒有明顯變化(球化級別均為2級),但石墨大小等級逐步提高,單位面積石墨球數(shù)增加,在碳化硅加入量為1.3%時石墨大小等級達到7級,說明此加入量預(yù)處理效果最佳。

        圖1 石墨形態(tài)

        石墨等級提高、石墨球數(shù)增多,有利于鑄件利用石墨化膨脹,獲得致密的內(nèi)在質(zhì)量,減少鑄件出現(xiàn)縮松類缺陷的傾向。

        5 結(jié)束語

        1)碳化硅試驗的產(chǎn)品理化性能符合要求。金相組織在加入量1.3%時達到最佳狀態(tài)。球狀石墨明顯細化,石墨大小從6級提升為7級,這有利于提高產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量(減少內(nèi)部缺陷)。

        2)采用爐內(nèi)碳化硅預(yù)處理,碳化硅的吸收率在95%左右,并可取代硅鐵和部分增碳劑使用,爐內(nèi)不用加硅鐵,減少增碳劑加入量。

        3)當采用爐內(nèi)碳化硅預(yù)處理后,球化處理時可取消高鋇預(yù)處理劑對鐵液預(yù)處理,適度減少包內(nèi)球化劑和孕育劑的用量,從而使熔煉的綜合成本有所降低。另外,還可減少球化處理時的鐵液溫度損失(損失20℃左右,這點對澆注溫度要求高的鑄件尤為重要)。

        4)碳化硅的使用操作簡單,操作方法與使用增碳劑相同。

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