可鍛鑄鐵石墨化工藝的節(jié)能改造
本文導(dǎo)讀:
可鍛鑄鐵的熱處理是可鍛鑄鐵生產(chǎn)中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)�?慑戣T鐵的鑄態(tài)是硬而脆的白口組織,必須經(jīng)過(guò)處理使之轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂醒有缘母邚?qiáng)度鑄鐵。這個(gè)熱處理過(guò)程實(shí)際上是使顯微組織中的滲碳體分解成為合適形態(tài)及分布的石墨。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看,這種石墨化工藝既可以是從奧氏體狀態(tài)下進(jìn)行,也可以是將珠光體分解成為石墨加鐵素體,前者在較高的溫度下進(jìn)行,后者則在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下進(jìn)行。
采用較高的退火溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間來(lái)進(jìn)行石墨化,不僅會(huì)大大增加能耗提高成本、而且會(huì)造成鑄件氧化嚴(yán)重、設(shè)備壽命縮短等問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái),人們致力于研究縮短退火周期或降低退火溫度,就是以節(jié)能為主要目的。
然而,如果要在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下進(jìn)行石墨化,由于珠光體的分解過(guò)程必須經(jīng)固溶體的擴(kuò)散才能完成,而碳在Fe中的固溶度很低,故以往的論著一般認(rèn)為,當(dāng)溫度低于奧氏體轉(zhuǎn)變溫度時(shí),動(dòng)力學(xué)條件將限制石墨化過(guò)程,滲碳體分解過(guò)于緩慢,所以幾乎可以認(rèn)為這一分解反應(yīng)實(shí)際上不能進(jìn)行.
近年來(lái)的研究證明,上述傳統(tǒng)觀念是不恰當(dāng)?shù)�。試�?yàn)證明,經(jīng)孕育處理后的感應(yīng)爐鐵水試樣,其固相石墨化速度大大提高,而孕育處理以稀士合金********。稀土鎂硅鐵合金和稀土硅鐵合金處理后的試樣,在550℃就開始析出石墨。作為比較,用氯化鈉處理的試樣則在700℃左右才開始有石墨析出。經(jīng)稀土鎂硅鐵合金和稀土硅鐵合金孕育處理后的電爐鐵水澆注試樣,在到達(dá)820℃保溫溫度時(shí),試樣的石墨履蓋率已達(dá)到90%以上,相比之下,沖天爐鐵水澆注的試樣石墨覆蓋率只有60%。
有工作用正交試驗(yàn)法考察多種孕育劑對(duì)固態(tài)石墨化的影響,結(jié)果表明,用Si-Fe,Bi,Al復(fù)合試劑來(lái)孕育鐵水是目前能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)用的快速低溫石墨化的最有效的處理方法。
研究表明,Si-Fe,Bi,Al復(fù)合孕育的結(jié)果導(dǎo)致可鍛鑄鐵白口組織結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,其中珠光體組織中的滲碳體片的厚度變薄,且形態(tài)紊亂,出現(xiàn)彎折或重疊生長(zhǎng)的現(xiàn)象,少數(shù)區(qū)域滲碳體片層消失;組織中位錯(cuò)密度明顯增加。同時(shí),Si元素在鑄鐵組織內(nèi)形成較大幅度的成分起伏。上述各種變化是促進(jìn)在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下實(shí)現(xiàn)固態(tài)石墨化的重要因素。具有這些組織變化特點(diǎn)的白口鑄鐵在低于奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的條件下(720℃)保溫,可在26小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全部石墨化.。相比之下,采用目前工業(yè)生產(chǎn)普遍使用的Al一Bi孕育方法的試樣,將保溫時(shí)間延長(zhǎng)到40個(gè)小時(shí)后,盡管其組織已發(fā)生明顯變化,但共晶滲碳體仍基本不發(fā)生分解。
低溫石墨化是近期出現(xiàn)的一種新工藝,由于其所需保溫溫度低于傳統(tǒng)觀點(diǎn)的下限,滲碳體轉(zhuǎn)變不經(jīng)奧氏體擴(kuò)散完成,故不可能用傳統(tǒng)的石墨化機(jī)理來(lái)解釋其過(guò)程。其機(jī)理還有待研究。
采用較高的退火溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間來(lái)進(jìn)行石墨化,不僅會(huì)大大增加能耗提高成本、而且會(huì)造成鑄件氧化嚴(yán)重、設(shè)備壽命縮短等問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái),人們致力于研究縮短退火周期或降低退火溫度,就是以節(jié)能為主要目的。
然而,如果要在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下進(jìn)行石墨化,由于珠光體的分解過(guò)程必須經(jīng)固溶體的擴(kuò)散才能完成,而碳在Fe中的固溶度很低,故以往的論著一般認(rèn)為,當(dāng)溫度低于奧氏體轉(zhuǎn)變溫度時(shí),動(dòng)力學(xué)條件將限制石墨化過(guò)程,滲碳體分解過(guò)于緩慢,所以幾乎可以認(rèn)為這一分解反應(yīng)實(shí)際上不能進(jìn)行.
近年來(lái)的研究證明,上述傳統(tǒng)觀念是不恰當(dāng)?shù)�。試�?yàn)證明,經(jīng)孕育處理后的感應(yīng)爐鐵水試樣,其固相石墨化速度大大提高,而孕育處理以稀士合金********。稀土鎂硅鐵合金和稀土硅鐵合金處理后的試樣,在550℃就開始析出石墨。作為比較,用氯化鈉處理的試樣則在700℃左右才開始有石墨析出。經(jīng)稀土鎂硅鐵合金和稀土硅鐵合金孕育處理后的電爐鐵水澆注試樣,在到達(dá)820℃保溫溫度時(shí),試樣的石墨履蓋率已達(dá)到90%以上,相比之下,沖天爐鐵水澆注的試樣石墨覆蓋率只有60%。
有工作用正交試驗(yàn)法考察多種孕育劑對(duì)固態(tài)石墨化的影響,結(jié)果表明,用Si-Fe,Bi,Al復(fù)合試劑來(lái)孕育鐵水是目前能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)用的快速低溫石墨化的最有效的處理方法。
研究表明,Si-Fe,Bi,Al復(fù)合孕育的結(jié)果導(dǎo)致可鍛鑄鐵白口組織結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,其中珠光體組織中的滲碳體片的厚度變薄,且形態(tài)紊亂,出現(xiàn)彎折或重疊生長(zhǎng)的現(xiàn)象,少數(shù)區(qū)域滲碳體片層消失;組織中位錯(cuò)密度明顯增加。同時(shí),Si元素在鑄鐵組織內(nèi)形成較大幅度的成分起伏。上述各種變化是促進(jìn)在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以下實(shí)現(xiàn)固態(tài)石墨化的重要因素。具有這些組織變化特點(diǎn)的白口鑄鐵在低于奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的條件下(720℃)保溫,可在26小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)全部石墨化.。相比之下,采用目前工業(yè)生產(chǎn)普遍使用的Al一Bi孕育方法的試樣,將保溫時(shí)間延長(zhǎng)到40個(gè)小時(shí)后,盡管其組織已發(fā)生明顯變化,但共晶滲碳體仍基本不發(fā)生分解。
低溫石墨化是近期出現(xiàn)的一種新工藝,由于其所需保溫溫度低于傳統(tǒng)觀點(diǎn)的下限,滲碳體轉(zhuǎn)變不經(jīng)奧氏體擴(kuò)散完成,故不可能用傳統(tǒng)的石墨化機(jī)理來(lái)解釋其過(guò)程。其機(jī)理還有待研究。
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