硫和稀土元素对铸铁显微组织的影响.doc

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1、硫和稀土元素对铸铁显微组织的影响摘要为了测定稀土加入量对低硫（0.01~0.03%）和高硫（0.03~0.1%）灰铁石墨形态和白口倾向的影响，炼制了几组铸铁。本文还介绍了基准灰铁和加稀土灰铁的冷凝曲线和显微组织。本研究采用了几种不同的RE/S比率，旨在寻找合适的RE/S化学当量平衡，以便获得A型石墨区和最小白口深度的最佳条件。为了便于鉴别白口倾向，使用了二种生铁（高纯生铁和普通生铁）。为了弄清稀土对铸铁的影响，所有试验都没有进行二次孕育。研究表明，RE/S比率大约为2.5时获得了A型石墨和最小的白口深度。显然某一特定的RE/S

2、化学当量平衡能导致形成稀土和锰的复合硫化物，它们充当了石墨成核的基质，从而减少了白口倾向。前言为了获得优质铸铁，在生产中必须对铁水进行孕育，认为MnS、SiC、CaC2、SiO2可以作为有效的石墨核心。此外，复合硫化物起到石墨形核作用已经引起人们的关注。硫（在灰铁中含量一般为0.15%以下）降低了铁水与奥氏体界面的表明张力，并且同孕育剂中的Ca、Ba、Sr等形成硫化物促进了石墨核心的生长。然而据报导，铸铁液中含有过多的硫会阻止晶粒长大，阻止过多的晶粒长大就不会有更多的晶粒成核，因此就会增加铸铁的白口倾向。而在铸铁液中稀土同硫具

3、有很强的结合能力。据一些文献报导，当RE以一定的化学当量比率加入铁液时会同其中的硫形成硫化物，从而减少了灰铁的白口倾向并形成均匀的A型石墨。本研究的目的在于探讨各种Re/S比率以及向不同硫含量的铁液中加入混合稀土对石墨形态的影响，并探讨各种RE/S比率对石墨类型、白口深度和共晶温度的影响。试验方法在高频感应炉中生产了几组铸铁，使用的炉料为生铁和电解铁。在熔清后，为了获得成份大约为3.4%C、1.8%Si、0.3%Mn、0.05%P和0.01~0.1%S的基准铁，向其中加入了FeSi（75.7%Si）、FeMn（75.5%Mn）

4、、FeP（26.5%P）和FeS（50.2%S）。为了探讨各种微量化学成份的生铁在不同熔炼条件下可能对石墨类型和铸型造成的影响，使用了二种生铁（I高纯生铁、Ⅱ普通生铁）。每一种生铁的化学成份被列于表1。根据硫含量将试样分成二组，低硫组（0.01~0.03%）相当于用电炉熔炼，高硫组（0.03~0.1%）相当于用冲天炉熔炼。将铁液过热到1773K，在1723K下按0.001~0.5%的范围向每一种铁液中加入混合稀土（54.08%Ce、23.21%La、5.93%Pr、16.73%Na）。为了探讨稀土对铸件的影响，没有采用FeSi

5、等孕育剂进行二次孕育。按如下顺序浇铸试样。凝点记录仪用试样（3杯法）——用来测定白口深度的ASTMN0.3C楔形试样——用来观察显微组织的φ30mm试棒（CO2气体保护浇铸）——用于化学分析的激冷圆形试片。为了研究过冷度和共晶温度对石墨类型和白口倾向的影响，用3杯法作为冷却曲线的热分析。这种方法采用3个壳形杯，一个被注入基准铁水，另一个被注入含有RE的铁水，还有一个浇铸前在杯中加进了Te。该试验所适用的术语被示于图1。Tmin：含稀土铁水的最小共晶温度Tmax：含稀土铁水的最大共晶温度△T：Tmax——TminTec：杯中加T

6、e的渗碳体共晶温度△Tc：Tmin——Tec结果讨论1、RE/S对石墨形态的影响到目前为止，关于RE的加入量有许多报导，都证实RE的回收率很不稳定。通过预先试验获得的回收率为30~50%。在本文中，为了得到铁水中实际的RE/S比率，所有的数据都用回收率进行了修正。RE/S对使用生铁I和生铁Ⅱ炼制的低S和高S铸铁石墨形态的影响分别示于图2和图3。在使用生铁I情况下，RE/S比为0.46时，获得A+D型石墨；RE/S比为1.67和2.63时，组织中以A型石墨为主。在使用生铁Ⅱ情况下，RE/S为0.64和2.38时即RE/S在0~2

7、.5的范围内，石墨为A+D型；RE/S在2.5~5.0的范围内，则形成A型石墨。图4和图5分别为在使用生铁I和生铁Ⅱ情况下，石墨形态随RE/S的变化情况。RE/S在5.0以上时，使用生铁I作炉料的试样为全白口组织；RE/S在1.25~5.0范围内形成的是A型石墨；而在0~1.25范围内形成的是A+D型石墨。使用生铁Ⅱ作炉料的试样中，RE/S在2.5~5.0范围内形成的是A型石墨。同使用生铁I作炉料的试样相同，RE/S在5.0以上时，形成的是全白口组织；RE/S在0~2.5范围内，形成的是A+D型石墨。相对于使用生铁I（图2）作

8、炉料的试样，以生铁Ⅱ作炉料的试样A型石墨形成区域较窄，而A+D型石墨的形成区域较宽。所不同的是生铁Ⅱ中含有Ti，Ti会增加铸铁的过冷度，过冷度增加会导致冷却速度加快。有文献曾报导Ti有助于形成D型石墨，所以认为这是在使用生铁Ⅱ的情况下，为什么A型石墨的形成区域是窄的，D型石墨