球墨鑄鐵碳和硅含量的分類簡述
鑄鐵件的碳當量的選擇是比較固定的,那么,碳和硅就構成一定的關聯。本文使用了這種關聯的關系。敘述碳或硅的含量不同的球墨鑄鐵類型。
一、超高含碳量球狀石墨鑄鐵
中國古代,冶鑄使用的是豎爐,鐵水溫度偏低,古人使用大量氣囊鼓風,鐵水含氧量比較高,鐵水析出的碳結晶時,疑似在均勻活性元素氧的作用下,沒有方向性生長,成為球狀。豎爐現場,存在加熱裝置,似乎無論是鐵范還是泥范,古人都進行烘烤以后使用的。從而有效的保證充型,降低氣孔,保證基體組織。
為此,某大型鋼鐵公司進行大型高爐煉鋼生鐵鐵水崩濺被大氣氧化凝結物理化檢驗,發現了存在大量球狀石墨,而不是C型石墨。這里,含碳量4.3%上下,含硅量0.5-0.8%。
這樣,現在對球墨鑄鐵的球化處理時使用氧硫孕育處理劑,就比較好理解了。關于含硫量,值得注意的是,英國鑄協的鑄鐵金相圖片提供了超硫鑄鐵,含硫量0.22%時,石墨呈現緊實狀——球團狀石墨,圖片說明:含錳量不足于中和含硫量。就是說,在適當多的活性氧硫元素的均勻作用場下,石墨結晶趨向緊實狀態,而不是呈現方向性生長。
二、高碳低硅型球墨鑄鐵
當前,我國大量采用的是高碳低硅型球墨鑄鐵,由于含碳量比較高,充型能力強、縮前膨脹作用好。只是,由于比較高的含碳量,容易出現碳量的比重偏析,表現為石墨聚集、漂浮。當然,鑄造工藝進行適當凈化鐵水,或者逸流技術措施,可以減輕以致克服這種現象。
無論哪國學者都承認這里的硅存在于鐵素體中,就是說,硅固溶于鐵素體中,根據固溶強化原理,必然是硅固溶強化了鐵素體。珠光體內的鐵素體占比高達80%??梢?,硅的固溶強化作用的貢獻之大。
我國球化使用的球化劑,往往含稀土比較多,很多人說是浪費稀土資源,就其本質上更進一步應該說明的是,稀土在其凈化雜質的過程中,結合的形成物只是具有高熔點性質,可惜的是,其比重略小,體型略大——特別是復雜的結合物,漂浮脫離鐵水的速度受到限制,生產上就出現需要不止一次的扒渣,實際生產中所謂的出現二次渣問題,與稀土含量偏高的不斷新生稀土凈化產生的結合物不無關系。以此,現在我國的共識是,選擇優質、高純生鐵,降低稀土使用量。如今的中國,處于高純生鐵供大于求的狀態,并且價格回落。
三、高硅碳比型球墨鑄鐵
曾經在河南滎陽,大規模的牌號QT500-7鑄態的195柴油機的凸輪軸上,使用含碳量3.3-3.5%,不允許超過3.5%的成分控制。機械性能檢測性能非常好。
青海鑄造廠就使用含碳量不超過3.5%,甚至不超過3.3%的成分掌控。大量檢驗結果顯示,無論是QT400-18,還是QT700-2,QT800-2,抗拉強度和斷后伸長率都比國家標準高了許多。這樣的成分掌控,用于南極科考的120馬力推土機上的不同牌號的球墨鑄鐵件,用于東北、西北的高寒地區的油田抽油機變速箱全套齒輪——代替ZG35CrMo,沒有出現質量問題。甚至在新疆,抽油機變速箱的40Cr軸斷裂,更換新軸以后球墨鑄鐵齒輪還能繼續使用。
因為球墨鑄鐵件的碳當量的規范,碳量的降低,必然是含硅量的提高。
這就有一個硅的使用的理論理念和生產技術操作問題了。
四、高硅低碳型球墨鑄鐵
就是現在所謂的第二代球墨鑄鐵,其大大提高了含硅量,使含硅量等于或超過含碳量。充分強調硅固溶強化作用。同時得到很好的抗拉強度和非常好的斷后伸長率。這與過去的球墨鑄鐵在提高抗拉強度時,必然降低了其斷后伸長率不同。
理論上,固溶強化有兩種作用表現:間隙固溶——提高材料的強度而犧牲材料的韌性;置換固溶——同時增加材料的強度和韌性。
歐洲人公開了其不同牌號的化學成分。類同于我國的硅系耐熱球墨鑄鐵。而我國的硅系耐熱球墨鑄鐵,一般給出的技術數據是硬度偏高,斷后伸長率低,甚至感覺其存在脆性。
云南理工大學研究的超亞共晶球墨鑄鐵系列,含碳量1.2-2.0,含硅量1.8-3.0,使用0.4-0.8%的Sx特殊變質劑進行變質處理。得到的新型球墨鑄鐵。其中,Sx變質劑含有過去通常認為的反球化的表面活性元素。他們的推導,也非常重視變質劑的活性元素的作用。
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