SiC 對提高球墨鑄鐵中石墨球數的影響

提高球墨鑄鐵性能的一項關(guān)鍵因素是提高球墨粒數，尤其是在過(guò)冷趨勢下。通過(guò)增加凝固過(guò)程中的石墨顆粒的數量，可以增大由于石墨結晶而釋放潛熱的速率，提高滲碳體液相線(xiàn)之上的凝固結束的溫度，防止形成碳化物。

近確認了六種添加劑，對它們誘導形成球墨顆粒的效果做了對比的研究。在實(shí)驗室和（球墨鑄件,灰鐵鑄件,機床鑄件）鑄造廠(chǎng)，都證明了其中一種添加劑始終優(yōu)于其它五種。

實(shí)驗室試驗

實(shí)驗在用氧化鋁作內襯的無(wú)芯感應爐上用普通熔煉操作完成，所用的原料生鐵含有以下組分：3.85%C，1.85%Si，0.3%Mn，小于0.03%P和小于0.01%S。初步研究表明爐料的石墨化能力對形核潛力是至關(guān)重要的，所有的熱量可以從爐料中生產(chǎn)出高達50%的（Fe3C）碳化物麻口球墨鑄鐵。通過(guò)添加質(zhì)量分數為1.3%的硅鐵合金，6%的含1%稀土元素的鎂合金和0.3%的作為變質(zhì)劑的鑄造級硅鐵合金，在蓋包中完成了球化處理。

用來(lái)作為推進(jìn)石墨形核冶金添加劑有碳化硅

1）碳化硅（SiC）；

2）混合物X;C由50%的SiC,50%的硅鐵合金和5%的Mg)；

3)混合物Y ( 50%的SiC和50%的75硅鐵)組成的混合物；

4)硅鈣SiCa；

5)硫化亞鐵FeS和結晶石墨。

研究結果表明向（球墨鑄件,灰鐵鑄件,機床鑄件）原鐵中添加的0.3%的SiC 是在球墨鑄鐵中增加形核潛力，減小過(guò)冷趨勢，提高以伸長(cháng)率為主的拉伸性能的效果優(yōu)良的冶金添加劑。

在加入熔爐中的鐵水中之前，這些冶金添加劑用低碳鋼箔包住來(lái)推進(jìn)下沉，減少氧化和在爐壁上的附著(zhù)。通過(guò)比較每個(gè)實(shí)驗添加前深受的球墨鑄鐵試樣的初始狀態(tài)與添加之后深受的試樣的狀態(tài)來(lái)監測這些添加劑的效果。

澆注深受的試樣中包含激冷楔塊來(lái)確定白口傾向，直徑25mm的試棒來(lái)做顯微組織檢查的和做拉伸實(shí)驗的試棒。在加入添加劑之前和之后分別從原鐵中深受銷(xiāo)試樣來(lái)確定氧和氮的總含量的變化。記錄熱分析數據來(lái)確定過(guò)冷和復輝。研究球墨鑄鐵的微觀(guān)組織、白口傾向和機械性能的變化，并評估了實(shí)驗數據。只在用加入添加劑之后增加了球墨粒數并實(shí)際效果為主了白口情況的球墨鑄鐵澆注的試樣上進(jìn)行了拉伸試驗。

拋光的微觀(guān)組織的圖像分析數據表明，從加入0.3%的SiC的球墨鑄鐵中獲得了比較多的石墨分離數量和合適的形核形態(tài)，該添加劑滿(mǎn)足圖形分析條件，使形核數量增加了64%（如圖1）。加入混合物Y之后，球墨粒數增加了15%。加入0.05%的SiCa或0.1%的結晶石墨使球墨粒數分別增加了3.5%和2.5%?；旌衔颴和FeS對球墨粒數有消極的影響，使其減少了19%。

此外，SiC對形核特征有積極的影響；0.3%的SiC添加劑使球化率提高了21%，球形度提高了2.4%，圓度提高了2.4%。0.1%的結晶石墨對球化率和圓度來(lái)說(shuō)無(wú)關(guān)緊要，但是混合物X和FeS 對形核特征有不利影響。

單獨的SiC或與75硅鐵混合的SiC，可以實(shí)際效果為主石墨球的大小分布，增加小石墨球（4-16微米）的數量，減小大石墨球（16-64微米）的數量。之前刊登的研究結果表明，石墨球大小的偏態(tài)分布、尺寸小且形核晚的石墨球的數量的減小對球墨鑄鐵的性能有積極影響；大的球墨粒數對球墨鑄鐵（球墨鑄件,灰鐵鑄件,機床鑄件）的性能無(wú)益，會(huì )加大縮孔縮松趨勢。

對蝕顯后的微觀(guān)組織的檢查結果表明參考球墨鑄鐵試樣中的鐵素體和珠光體平均含量是32%和58%。結論是；混有75硅鐵的SiC添加劑，對鐵素體的生成是有利的，其次是結晶石墨添加劑。分別可以使其增加20%和14%。單獨的SiC可以在原鐵中增加3%的鐵素體。

對激冷楔塊的分析（如圖2）表明,加入SiC、混合物Y和結晶石墨之后試樣中的碳化物減少，而加入SiC、FeS和混合物X之后試樣中碳化物含量增加。

避免過(guò)冷和復輝

熱分析數據表明，鑄鐵（球墨鑄件,灰鐵鑄件,機床鑄件）的初始狀態(tài)隨熱量變化而變化，并呈現出不同的過(guò)冷度。原鐵的過(guò)冷在71.3F（21.84℃）到48.4F（9.11℃）之間變化，球墨鑄鐵的過(guò)冷度在87.45F（27.47℃）到65.6F（18.66℃）之間變化。如圖3所示。

過(guò)冷度是灰鐵的共晶溫度（TEgray= 1153 + 6.7*Si）與實(shí)際的較低的共晶溫度(TElow)之間的差值，它描述了鑄鐵形成過(guò)冷組織的趨勢。高的過(guò)冷意味著(zhù)凝固開(kāi)始需要更長(cháng)的時(shí)間，發(fā)生縮孔和外陷的風(fēng)險也大的。數據表明單獨的SiC或混有75硅鐵的SiC添加劑對過(guò)冷有利（即可減少過(guò)冷）。原鐵中過(guò)冷減小了22%，球鐵中單獨的SiC 使其減小了7.4%，與硅鐵混合的SiC使其減小了0.6%。FeS也可以使過(guò)冷減小，但也會(huì )使球墨粒數減少。與初始狀態(tài)相比，在原鐵和球鐵中加入其他冶金添加劑都會(huì )引起過(guò)冷增加。

熱分析數據也證明了原鐵與球墨鑄鐵的過(guò)冷趨勢之間的相互關(guān)系。原鐵中過(guò)冷的增加會(huì )引起球鐵中過(guò)冷的增加，反之亦然。

復輝的數據表明，只有單獨的SiC或混有75硅鐵的SiC，和FeS對原鐵和球墨鑄鐵中復輝現象的減少是有利的。如圖4。

比較冶金添加劑對復輝和球墨粒數的影響時(shí)，數據表明球墨粒數增加時(shí)復輝減小，反之亦然。

數據分析表明，除了添加結晶石墨后深受的試樣，熱分析測試深受的過(guò)冷趨勢與球鐵楔塊中碳化物含量的變化有很好的相關(guān)性。加入結晶石墨之后澆注深受的楔塊中的碳化物含量減小，但是熱分析深受的過(guò)冷增大。

氣體測試結果表明，加入SiC,混合物Y，FeS和結晶石墨使原鐵中總的氧含量增加4-9ppm。數據分析結果表明，除了加入FeS使球墨粒數減少之外，以上總的氧含量的增加與球墨鑄鐵中球墨粒數的增加之間存在相關(guān)性。但是，原鐵中總的氧含量的增加并不足以引起球鐵中球墨粒數的增加。所有的添加劑都僅能使原鐵中的氮含量增加1到3ppm，氮含量這些變化與球墨（球墨鑄件,灰鐵鑄件,機床鑄件）鑄鐵中球墨粒數的變化是不相關(guān)的。

根據顯微結構和熱分析結果，選擇用SiC單獨生產(chǎn)的和那些用混有75硅鐵的SiC和0.1%的結晶石墨生產(chǎn)的試樣來(lái)做拉伸試驗。結果表明加入SiC導致伸長(cháng)率從16%增加到23%，拉伸強度從511增加到522Mpa，屈服強度從333增加到346Mpa。并且用SiC生產(chǎn)的試樣的拉伸性能更一致，與參考試樣有較低偏差。加入混有75硅鐵的 僅使伸長(cháng)率和拉伸強度有很少的增加。加入結晶石墨使伸長(cháng)率從19%增加到21%，優(yōu)良抗拉強度從545增加到552Mpa，屈服強度從348增加到357Mpa。