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| 優(yōu)質(zhì)高鉻白口鑄鐵生產(chǎn)新工藝 |
| 來源：互聯(lián)網(wǎng)，更新時(shí)間：2006-6-23 21:01:10，閱讀：
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優(yōu)質(zhì)高鉻白口鑄鐵常被用于制作承受磨料沖刷、小能量沖擊、冷—熱交變應(yīng)力作用、在具有一定酸堿度腐蝕介質(zhì)和高溫下服役使用的鑄件。因此，在提高硬度的前提下，減少鑄件的內(nèi)應(yīng)力無疑對(duì)延長使用壽命和提高使用效率有利。近年來，隨著分級(jí)復(fù)合變質(zhì)和其它冶金處理技術(shù)的日趨完善和發(fā)展，人們?cè)诜治鰝鹘y(tǒng)制造工藝對(duì)組織和內(nèi)應(yīng)力形成的機(jī)制上，試驗(yàn)開發(fā)一種運(yùn)用現(xiàn)代冶金處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)鑄態(tài)組織：即馬氏體+適量殘余奧氏體+M7C3，+MC；亞溫處理后組織：馬氏體+少量殘余奧氏體+M7C3，+MC。本文就生產(chǎn)以馬氏體為基體的優(yōu)質(zhì)高鉻白口鑄鐵新工藝為例，對(duì)此加以介紹。
1 冶金處理技術(shù)
冶金處理技術(shù)對(duì)優(yōu)質(zhì)高鉻白口鑄鐵的改性作用受制于在處理過程中所應(yīng)具備的相關(guān)的動(dòng)力學(xué)條件，其中包括溫度和成分濃度條件。實(shí)踐也證明，這兩個(gè)條件對(duì)提高高鉻白口鑄鐵的使用壽命至關(guān)重要。高鉻白口鑄鐵的冶煉溫度以1520-1580℃、處理溫度1440—1480℃、澆注溫度1380-1420 ℃為宜；碳量應(yīng)控制在2．4％-3．0％范圍內(nèi)。
1．1變質(zhì)處理
變質(zhì)處理的作用主要是改善碳化物形態(tài)；減少夾雜、凈化鐵液；細(xì)化晶粒；穩(wěn)定合金元素。
優(yōu)質(zhì)高鉻白口鑄鐵采用Re—A1—Bi—Mg復(fù)合變質(zhì)劑對(duì)鐵液實(shí)施分級(jí)復(fù)合變質(zhì)，這包括：
�。�1）將稀土和稀土變質(zhì)劑分別于爐內(nèi)、爐外進(jìn)行處理，這樣既能細(xì)化初晶奧氏體，也能控制鐵液凝固過程的結(jié)晶。
（2）將變質(zhì)劑按組分元素在鐵液中異質(zhì)形核生核能的大小，分別溶人鐵液，從而不僅有效地脫硫、脫氧、去氣和凈化了鐵液，而且顯著增強(qiáng)了變
質(zhì)組織的抗“衰退”能力”。
例如，分級(jí)變質(zhì)工藝是出液前向爐內(nèi)加入0．06％—0．10％的鈦鐵和0．3％-0．4％的1號(hào)稀土硅鐵合金，出鐵液前將0．08％-0．12％Si20A150Fe+0．04％-0．08％Mg合金投入鐵液包，出鐵液時(shí)隨流加入0．05％-0．10％Bi，轉(zhuǎn)包時(shí)在包中加入0．6％-1．0％的1#稀土硅鐵合金或在瞬時(shí)隨流澆注時(shí)加入0．04％—0．08％的Ce-RE。
1．2 孕育處理
孕育處理的作用主要是改變、細(xì)化和穩(wěn)定碳化物形態(tài)；細(xì)化晶粒；增強(qiáng)厚大鑄件斷面組織、性能的一致性。
優(yōu)質(zhì)高鉻白口鑄鐵采用V渣—Ti—Zn復(fù)合孕育劑對(duì)鐵液實(shí)施分級(jí)復(fù)合孕育。這主要包括：
(1)將V潦和V渣復(fù)合孕育劑分別于爐內(nèi)、爐外進(jìn)行處理，這樣既能細(xì)化初晶奧氏體且能使水韌處理后的V元素固溶于奧氏體，起到固溶強(qiáng)化作用外，也能控制金屬液凝固過程的碳化物異質(zhì)形核的程度。
(2)將孕育劑按組分元素在金屬液中異質(zhì)形核生核能的大小，分別溶人金屬液，從而增強(qiáng)孕育組織的抗“衰退”能力。
例如，出鐵液前向爐內(nèi)加入1％-1．5％Va，出鐵液時(shí)隨流加入0．1％-0．15％鈦鐵。
1．3微合金化處理
微合金化處理的主要作用是實(shí)現(xiàn)鑄態(tài)基體組織期望；形成MC型碳化物。
(1)V、Mo、Ni或Cu、Mn元素的適當(dāng)搭配可使鑄件在基體鑄態(tài)下穩(wěn)定地獲得細(xì)片狀馬氏體+適量奧氏體，并在隨后的亞溫處理過程發(fā)生部分A~---*M轉(zhuǎn)變，基體得到二次硬化；彌散細(xì)小的二次滲碳體分布于基體內(nèi)。
(2)添加微量V、Ti、W、Nb等元素，一則形成更高硬度的MC型碳化物，二則由于此類MC型碳化物熔點(diǎn)高，在凝固初期就彌散形核細(xì)化了共晶組織，隨凝固時(shí)間的延續(xù)，晶粒數(shù)不斷增加，液膜逐漸減少，變形減小，塑性增強(qiáng)，熱裂敏感性也顯著減小。
合金元素可在預(yù)脫氧后加入爐內(nèi)，亦可安排在爐前進(jìn)行處理。在Cr元素為12％-20％的質(zhì)量百分比濃度的條件下，其微合金元素加入量Ti—V渣如前述：Mo為1．5％-2．5％；Mn為1．5％-3％；Cu為1．5％-2．0％；Nb為0．07％～0．10％。
2 性能對(duì)比與機(jī)理分析
2．1 性能對(duì)比
高鉻白口鑄鐵經(jīng)過上述冶金處理后，基體體積和各方面狀態(tài)均發(fā)生了較大的變化。主要表現(xiàn)在：
(1)晶粒度由傳統(tǒng)高鉻白口鑄鐵的2-3級(jí)，提升到4級(jí)；
(2)夾雜物不但在數(shù)量上有較大的減少而且形態(tài)上也出現(xiàn)了球狀變化；
(3)鑄態(tài)組織避免和消除了網(wǎng)狀碳化物，基體為細(xì)片狀馬氏體;
(4)處理后力學(xué)性能和使用性能大幅度提高。
2．2 機(jī)理分析
在合適的溫度，合適的鐵液基本成分的條件下，新工藝除了使變質(zhì)處理、孕育處理、微合金化處理充分發(fā)揮各自的冶金處理作用外，還彼此互融，體現(xiàn)了三位一體、互為作用的效果。例如：
(1)隨著合金元素的溶人改變了碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)，在凝固過程連續(xù)冷卻條件下，擴(kuò)散速度減小就意味著碳的析出量的減少；
(2)由良好的孕育效果形成的一定量的異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)將導(dǎo)致奧氏體脫溶的碳原子和因鐵液中濃度是起伏出現(xiàn)的碳原子集團(tuán)優(yōu)先向其擴(kuò)散，從而使碳化物轉(zhuǎn)向以異質(zhì)形核為主的結(jié)晶方式；
(3)稀土等活性元素吸附在新生碳化物表面，使其難以連結(jié)成網(wǎng)狀；
(4)在凝固過程中由于溶質(zhì)元素再分配使添加的各種合金元素富集在奧氏體結(jié)晶前沿的液體中，提高了奧氏體的形核率，使奧氏體基體細(xì)化；
(5)經(jīng)過變質(zhì)處理，微合金化和孕育處理后，增大了鐵液過冷傾向，使冷卻速度對(duì)結(jié)晶過冷度的影響減弱，從而表現(xiàn)為厚大鑄件斷面的組織、性
能趨以一致；
(6)變質(zhì)處理、孕育處理和微合金化的共同作用細(xì)化了晶粒；消除了碳化物的網(wǎng)狀析出；減少了夾雜數(shù)量、改變了夾雜形態(tài)、凈化了晶界和鐵
液；增大了處理效果的穩(wěn)定性，延長了“衰退”時(shí)間，為獲得良好的亞溫處理效果提供了有利的鑄態(tài)組織和性能保證。
(7)鑄件在一定冷卻速度條件下凝固時(shí)，合金元素對(duì)延緩?qiáng)W氏體轉(zhuǎn)變的作用，突出表現(xiàn)在能否進(jìn)行或多大程度上可能發(fā)生馬氏體相變上。A—p是碳濃度變化的擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變；A—M是碳濃度不變的結(jié)構(gòu)型轉(zhuǎn)變，而對(duì)碳原子來講則是視其是處在長程還是短程的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)這種作用使碳原子只能在晶體內(nèi)作短程運(yùn)動(dòng)，依托相變驅(qū)動(dòng)力所產(chǎn)生的高速的鐵原子晶格切變，就會(huì)在瞬間形成馬氏體。
3 結(jié)語
分級(jí)化變質(zhì)復(fù)合處理、孕育復(fù)合處理和微合金化處理的新工藝，為優(yōu)質(zhì)高鉻白口鑄鐵的生產(chǎn)提供了簡(jiǎn)便穩(wěn)定的技術(shù)支持。而建立動(dòng)力學(xué)條件的冶金處理過程的局部和整體效果影響的理念，不論是運(yùn)用該工藝，還是不斷完善它都是必要的。 |
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