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球铁铸件微观凝固过程和生产条件

日期：2023-08-10 03:32点击：次
其一、球墨铸铁的微观凝固过程 从20世纪80年代开始，很多学者对球墨铸铁的微观凝固过程提出新的认识，包括：①亚共晶球墨铸铁，先析出初生奥氏体。共晶球墨铸铁，在非平衡凝固

 　　其一、球墨铸铁的微观凝固过程

　　从20世纪80年代开始，很多学者对球墨铸铁的微观凝固过程提出新的认识，包括：①亚共晶球墨铸铁，先析出初生奥氏体。共晶球墨铸铁，在非平衡凝固条件下，首先析出初生奥氏体。过共晶球墨铸铁则首先析出初生石墨球。②共晶结晶时，发生离异共晶。共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。③初生枝晶和晕圈枝晶交替生长，促成石墨球周围奥氏体壳形成。奥氏体以石墨生长面为衬底形核、生长，在初生石墨球周围形成环状封闭奥氏体壳。④由于石墨漂浮、枝晶下沉及熔体对流等原因，石墨球与奥氏体发生碰撞，形成共晶晶粒。基于这些新的认识，可以将球墨铸铁的微观凝固过程近似表述为，当温度下降到液相线温度以下某一温度时，亚共晶球墨铸铁有初生奥氏体枝晶、共晶和过共晶球墨铸铁有初生石墨球在液相中析出。共晶结晶时，共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。
　　石墨球在液体中自由长大到尺寸后，在石墨球外围形成奥氏体晕圈。同时奥氏体按枝晶状方式生长，并逐渐在枝晶旁析出石墨球。石墨球与奥氏体枝晶的碰撞与接触形成共晶晶粒，石墨球被奥氏体包围。碳原子通过奥氏体壳向石墨球扩散，石墨球显著长大。随着温度降低，石墨-奥氏体共晶晶粒不断长大，游离奥氏体也会自由生长。当所有液相变成固相后，凝固结束。对球墨铸铁凝固过程的认识建立在球墨铸铁属于离异共晶以及熔液内存在运动两个事实的基础上，强调奥氏体枝晶的单独存在和它在凝固过程中的作用。采用着色腐蚀技术，金相显示了球墨铸铁缩松区中奥氏体枝晶的组织形貌，分析了球铁缩松的形成机制。研究表明，奥氏体枝晶对缩松缺陷的类型及形成机制具有显著影响。可见，缩松形成于上述形成过程的阶段，枝晶形成骨架后，凝固较早的区域对热中心的异地抽吸液体流动是球铁缩松形成的主要原因。并且，随冷却速度增大，枝晶析出量增大，而石墨析出量减小，共晶前期凝固收缩增大，缩松倾向也增大。指出宏观缩松常常出现在枝晶晶簇间隙，产生于共晶凝固前期树枝晶骨架形成后，是异地凝固收缩造成对热节中心(厚壁处)铁液抽吸流动的结果；微观缩松是于凝固末期，晶簇间隙中的凝固收缩得不到补偿而产生的微小孔洞；枝晶数量增多，形态趋于发达，液态金属异地抽吸作用增强，易于形成宏观缩松；反之，枝晶数量减少，形态粗壮，倾向于形成显微缩松。
　　其二、球墨铸铁生产条件
　　球墨铸铁从诞生以来发展至今日，已经在黑色金属的应用占有一席之地。在生产，加工和制造球墨铸铁件的过程中遇到的技术问题均取得了多项创新成果。我国古代铁匠早在两千以前就已经成功制造出了具有球状石墨的铸铁，现代球墨铸铁生产过程中，球化处理和孕育处理工艺的应用使得球墨铸铁登上了工业应用的舞台。目前，球墨铸铁已经成为20世纪工业生产中的金属材料之一，被广泛应用于生产与生活中的诸多。球墨铸铁是指向铁水中加入数量的球化剂和孕育剂，通过球化处理和孕育处理使铁水中的碳在凝固以球状石墨的形式析出的铸铁。向过共晶灰口铸铁中添加铈，当加入量大于0.02wt%时可以在凝固组织中获得球状石墨。
　　球墨铸铁的生产过程中，孕育处理工艺非常重要，孕育处理过程中孕育剂加入的种类、加入的时间、加入的方法、加入量、孕育剂的粒度和形态、保温时间等工艺条件都会影响铸件组织和石墨球的形态与分布，进而影响铸件质量。
　　优化的孕育处理工艺不但能提高铸件的质量和使用性能，降低铸件的废品率，还可以节约原材料，孕育剂和能源。所以，开展对球墨铸铁孕育处理工艺优化的研究具有重要意义，也对我国今后的钢铁工业发展有着深远的影响。
　　根据铸件生产条件，选择的孕育剂和孕育剂加入方法并采用热分析法炉前检测铁水孕育效果，完成对孕育处理过程的动态调控，使球墨铸铁熔体达到良好冶金状态，石墨球化，增加铸件组织石墨球数量，细化晶粒，防止孕育衰退，减少铸件白口倾向，提高铸件的质量，降低铸件的废品率，减少原材料和能源的浪费。