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[灰铁] ASI专门配制的孕育剂优于传统的孕育剂

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发表于 2021-10-19 21:10:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
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对于灰铸铁和球墨铸铁,非硅铁基和含氧硫化物的孕育剂更有效、更便宜,并且能提高力学性能,改善机加工性能。
几十年来,硅铁生产商一直在寻求改善灰铸铁和球墨铸铁性能的孕育剂。这项开发工作起因于原铁液熔炼方法的改变。由于环保的要求,中频无芯感应电炉熔炼快速取代了冲天炉熔炼,炉料中更多的废钢和外购的废铸件部分(或者全部)替代了生铁,总的平均熔炼温度提高导致更强的氧化态。而且,一般情况下孕育剂对冲天炉铁液的孕育效果比无芯感应电炉铁液更好。

硅铁基孕育剂是采用石英岩、煤、木屑和废钢等原料在大型埋弧电炉中生产的。富含元素周期表中IIA,IIIB,和IVB组元素(如锶、钡、钙、钛、铈和镁)的氧化物矿物通常被加到电炉中或浇包中以获得所希望的孕育剂化学成分。然而,所有加入这些元素的量都有一个限度,否则熔炼和还原反应会受到负面影响。硫和氧是不能够加到熔炼炉中的重要孕育元素。

如果用孕育剂处理的铁液中的硫氧含量不够,就可能造成大量碳化物和白口。从而,唯一能使铁液含有足够硫和氧的可行办法,就是将富含硫氧化物的物质机械地混入孕育剂中。

元素周期表中的IIA、IIIB和IVB组元素在不同程度上与溶解氧和硫反应,形成具有和石墨类似晶体结构的氧-硫颗粒原子团。这些颗粒的表面极大地帮助石墨形核,并且防止凝固过程中的“过冷”。过冷可以导致碳化物,差的石墨形状,低的石墨球数,降低力学性能和机加工性能。

在过去十年间,为了提高高效稀土基孕育剂的性能,采用了在硅铁孕育剂颗粒表面涂硫化铁和氧化铁薄膜的表面处理。然而,这种方法提供的仅仅是数量有限的、粘附有氧硫化物颗粒的孕育剂颗粒。此外,这种“薄膜”在运输和使用过程中很容易剥落。因此,将合适的硫和氧添加剂结合到任何一种孕育剂中的唯一的方法就是采用合适的混合方法和选择合适的颗粒尺寸。

1970年R.L.Naro和J.F.Wallace首次证明,加入控制数量的硫和稀土可以提高孕育效果和减少碳化物,如图1所示。




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图1 氧硫化物形成元素(Ce和S)对碳当量4.3%的灰铸铁白口倾向的影响

这项研究显示了控制灰铸铁铁液中硫和稀土含量的重要性。没有硅铁存在,灰铁中平衡比例的稀土(铈)和硫显著降低过冷,完全消除了白口,促进生成良好的石墨形状。

应用这个概念,基于无硅铁孕育剂,开发了具有高含量的钙和化学当量数量的硫和氧的混合合金专利技术(美国专利6,293,988B);该孕育剂具有类似于Naro(ASI总裁和首席执行官)和Wallace(ASI技术副总裁)所研究的效果。采用该专有混合技术,这种新合金表现出减少缩松,提高孕育能力(减少白口,消除碳化物),提高石墨球数和改善意石墨球形状的非凡能力。

其他将硫氧化物引入到含铈/钙硅铁基孕育剂表面等替代方法限制了其硫氧化物涂加到硅铁颗粒表面的数量,因此限制了需要提升孕育潜能的硫氧化物的关键数量。硫氧的后加入能使其他的专有孕育元素(钙、铝、钡等)在原位反应,并且为孕育效果较差的孕育剂多次提供成核点。

Sphere-o-Dox(SOD)孕育剂显示了强大的解决许多棘手的孕育问题能力。SOD是专有的硫氧化物形成元素混合物,当加入到灰铸铁和球墨铸铁铁液水中时,能提供大量石墨形核核心。它不仅能替代高效能的含稀土的孕育剂,而且可以用作孕育剂的提升剂,提高所有硅铁基孕育剂,如标准的含钙、含钡或含稀土合金孕育剂的性能。结果,在灰铸铁和球墨铸铁孕育处理时,以明显的更低加入量,获得了更好的效果,显著节省了成本。

SOD可以用于孕育剂增强剂的一个实例由铸造厂A证明,铸造厂A是一家中等规模生产薄壁(壁厚小于等于0.25英寸)壳型铸件的铸造厂。多年以来,碳化物多是该厂铸件的严重问题,改换孕育剂或者混合孕育剂没有或只有一点点改进。铸件采购商不得不对所有铸件进行退火以消除碳化物。为了降低成本,该客户要求铸件必须是铸态得以避免热处理和改进机加工性能。

铸造厂A生产牌号为65-45-12的铁素体球墨铸铁(抗拉强度≥448MPa,屈服强度≥310MPa,L0=50mm试棒伸长率≥12%),熔炼设备为容量2.7吨的中频感应电炉。采用盖包进行球化处理,球化剂上覆盖3kg的废钢;标准的后孕育方法为:加入2kg的含钙的75%硅铁Calsifer75。每一个壳型采用一块K15型内孕育插块。采用各种孕育剂混合物的所有努力都未能消除碳化物。生产中发现,最好的孕育剂组合是1.4kg的Calsifer75孕育剂和1.6kg的VP216孕育剂,以及0.27kg单独加入,不是用于以增强孕育剂的效能SOD。只有当加入SOD时,薄壁处的碳化物被消除了。

与采用标准孕育实践相比,采用SOD强化孕育,石墨球数增加了20%,铁素体量增加了190%,珠光体减少了47%,同样的铸件获得的性能在表1中给出。

表1 采用标准孕育实践SOD强化孕育剂的力学性能


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微观组织的改进和力学性能的提高满足了客户要求。此外,消除退火和改善机加工性能显著节省了成本。

Sphere-o-Dox孕育剂对珠光体球墨铸铁同样有效,上述的只是专门混制(Custom-Blended)的含硫氧化合物孕育剂可以显著提高孕育效果的一个例子。

目前,世界上的许多铸造厂已经采用了这种非硅铁基含氧硫化合物的孕育剂,用以增强现有孕育实践的潜力,不仅降低了每吨的孕育成本,而且提高了力学性能和改进了机加工性能。
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