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热处理之球墨铸铁 球墨铸铁热处理


热处理之球墨铸铁 球墨铸铁热处理

文章插图
球墨铸铁的热处理(热处理球墨铸铁)
对于灰铸铁来说，冶炼过程产生的铁水中含有适量的硫和氧，是进行有效孕育处理的重要条件，不可或缺 。
目前，对铸铁的孕育机理还没有完全了解，仍有许多观点 。其中，非金属夹杂物的形核理论得到了广泛的认可 。通常用于铸铁的孕育剂主要由硅组成，还含有少量的铝、钙、锆、钡等元素 。在浇注前向铁水中加入孕育剂后，孕育剂中的活性元素与铁水中含有的硫和氧反应，生成大量细小的氧化物、硫化物和硫氧化合物，分散在铁水中 。在熔融灰铸铁的共晶凝固过程中，这些夹杂物可作为石墨的外核，促进石墨形核，细化共晶团 。
因此，灰铸铁孕育前铁水中的硫含量不应低于0.06%，最好保持在0.06%-0.08%之间 。当铁水中硫含量很低时，需要故意加入‘硫化亚铁’来增加硫；含氧量，一般在2014-4%到3010-4%之间 。
对于球墨铸铁，硫和氧是有害元素 。特别是，硫是一种强烈的反球化元素 。只有铁水中的硫含量降低到0.02%以下，石墨才能很好地球化 。采用模内球化工艺时，硫含量也应降至0.01% 。因此，降低铁水中的硫含量是球化处理的前提 。生产球墨铸铁时，必须严格控制炉料，保证铁水中低硫含量，必要时进行炉外脱硫 。

在球墨铸铁中加入镁进行球化处理时，镁与铁水中的硫和氧反应生成MgS和MgO 。据说加镁可使铁水中硫含量降低80 ~ 90%，氧含量降低40 ~ 50% 。可以看出，铁水中硫和氧的含量高，会造成球化剂中镁的大量流失，导致球化难以控制，产生大量渣 。因此，在生产球墨铸铁铸件时，要避免硫和氧 。
在这种情况下，灰铸铁中促进石墨形核的氧化物、硫化物和硫氧化合物在球墨铸铁中是否也能起到同样的作用？我们如何利用这个角色呢？是每个人都关心的问题 。

氧化物、硫化物和硫-氧化合物在球墨铸铁中的作用
根据一些研究工作的结果，氧化物、硫化物和硫-氧化合物也可以用作球墨铸铁中球状石墨的外核 。如果使用得当，含硫和氧的孕育剂可用于球墨铸铁，它能在许多方面改善球墨铸铁的性能，如:
石墨球尺寸减小，数量增加，球化率提高 。
减少白口铸铁倾向，有利于制造薄壁球墨铸铁；
生产厚壁铸件时，可以减少晶间偏析，提高铸件质量 。
生产厚壁铸件时，可减少或防止石墨上浮；
增加铸铁组织中铁素体含量；
减少铸铁凝固时的收缩，缩松、缩孔倾向小 。
在灰铸铁中，可用作石墨外核的氧化物、硫化物和硫-氧化合物在球墨铸铁中有很大不同 。化学活性强的镁能还原大部分，生成MgS和MgO成渣，不足以为球状石墨的形成提供有效的形核条件 。
因此，对于球墨铸铁来说，可以作为球墨外核的氧化物、硫化物和硫氧化合物在热力学上应该比氧化镁和硫化物更稳定 。
在铁水温度下，在通常用于处理铸铁的合金元素中，铈和钙与硫和氧的亲和力大于镁 。因此，将铈和钙与硫和氧结合是理想的方案 。
铈可以与硫和氧结合形成化合物，例如CeS、Ce2O3、Ce2O2S等 。这些化合物在1500℃左右稳定，尺寸约为1 ~ 3 m，密度约为6.5 g/cm3 。它们基本上是球形的，可以分散在铁水中，用作石墨的外核 。而且，在研究工作中已经在球形石墨的中心发现了这些化合物 。
钙结合信息资源网络对球状石墨的形核也起着重要作用 。

接种物
用于球墨铸铁的铁水中硫含量很低，由于需要炉外脱硫，很难将硫含量稳定地控制在一个较窄的范围内 。铁水中的氧含量也难以精确控制 。因此，在生产球墨铸铁时，应采用硫化物和氧化物作为球墨的外晶核，可行的方法之一是用孕育剂混合硫、氧、铈和钙 。
适用于球墨铸铁的孕育剂，含有铈、钙、硫、氧等元素，在欧洲早已商品化，并有各种规格的产品以适应不同的生产条件 。这种孕育剂仍以硅为主，但配有细小弥散的氧化物和硫化物，所以外观多为黑色颗粒状 。其中一种的化学成分列于表1，显示了这种孕育剂的概况 。
【热处理之球墨铸铁 球墨铸铁热处理】
这种孕育剂加入铁水后，铈和钙与孕育剂本身所含的硫和氧反应，还与铁水中残留的硫和氧反应，生成硫化物、氧化物和硫-氧化合物 。这些化合物也可用作球形石墨的外核，在石墨的成核中起重要作用 。铈还能与其他微量元素反应生成稳定的金属间化合物，抑制其有害作用 。如果对这种孕育剂进行适当的处理和控制，可以获得上一节所列的效果 。


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