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知识篇:球墨铸铁中增加石墨球数的新机制

01、SiC在铁液中的溶解速度

用中频感应炉熔化50 kg球铁原铁液,在炉内保持1 450 ℃,分别添加0.2%的各种纯度的SiC,搅拌后,每隔2.5 min浇注用于成分分析的白口试样。测定结果如图1、图2所示,SiC纯度越高,SiC溶解的速度越快。特别是99%的SiC仅2.5 min就达到目标Si值1.6%,添加量几乎全溶解。98%SiC溶解得也很快,5 min几乎全溶解。但SiC纯度在95%以下的不能完全溶解,88%SiC的Si收得率降到65%。纯度低的SiC由于表面被游离碳、SiO2等掩盖,其溶解性显著降低;再加上纯度低的SiC含有的SiO2、Fe2O3多,铁液表面产生的熔渣增多。SiC表面又被熔渣掩盖,SiC溶解受阻,致使Si的收得率降低。

图1 添加SiC 后铁液Si含量的变化

图2  SiC纯度与其溶入铁液的时间关系

SiC纯度对石墨球数增加的影响

02、石墨化度的测定  

采用热分析的方法,根据热分析曲线特征值和铁液成分确定该铁液石墨化度(eutectic graphite ability),以表征其石墨核心生成能力(简称EGA,下同)。图3为测定石墨化度方法的概略图,图中石墨共晶温度EG和渗碳体共晶温度EC根据铁液成分计算得到。石墨化度EGA=ΔT1×100/ΔTE 。

图3  热分析法测定石墨化度概略图

SiC纯度与石墨化度、石墨

将各种纯度的SiC取0.2%作为预处理剂,分别在球化处理前加入熔炉内,球化处理后在浇包内添加0.2%的Ca-Ba系孕育剂孕育(或无孕育),浇注热分析CE样杯供石墨化度、石墨球数测定用。试验结果如图4、图5所示,由图可见SiC纯度越高,石墨化度和石墨球数增加。

(1)无孕育时,随着Si纯度增加石墨化度也增加,从无SiC到99%SiC,石墨化度提高14%。可见SiC作为球化前预处理剂添加有明确的增加石墨核心能力的作用。又添加99%纯度的SiC时,不管有无孕育其石墨化度均约75%左右,可见99%SiC作为预处理剂效果最好,球化处理后再孕育,其效果变化不大。

(2)无孕育时,随着Si纯度增加石墨球数也增加,从无SiC到99%SiC,石墨球数从191个/平方毫米增加到267个/平方毫米(前者1.4倍)。球化处理后有Ca-Ba系孕育剂孕育时,从无SiC到99%SiC,石墨球数从291个/平方毫米增加到408个/平方毫米(前者1.4倍),两者增加倍率相同,但后者有孕育时原来无SiC时的石墨球数已不少(291个/平方毫米),采用99% SiC作预处理剂后,石墨球数增加到408个/平方毫米是非常高的。

图4  SiC纯度与石墨化度(EGA)关系

图5 SiC纯度与石墨球数关系

(3)根据图4、图5所得的结果变更为石墨化度与石墨球数关系,如图6所示。由图可见无论球化处理后孕育处理否,球化处理前添加的SiC纯度越高石墨化度和石墨球数增加越多。但球化处理后实施孕育处理的石墨化度对石墨球数的影响较不实施孕育处理的要大(向石墨球数一边倾斜)。即球化前作为预处理添加SiC后,对经球化处理的铁液再实施孕育,石墨球数能够显著增加。

图中的点划线是以往的研究,经C、Ca、Ba、Ce、Bi系孕育剂试验后石墨化度与石墨球数关系(图7),即使与这些数据比较,添加SiC后再孕育,同样的石墨化度得到的石墨球数更多。石墨化度是表征石墨核生成能力的指标,如由于石墨核生成物的增加致使石墨球数增加,则石墨化度与石墨球数的关系理应与此处点划线的斜率相符。显然,对SiC而言增加石墨球数不只是由于增加石墨核的效果,还有别的增加石墨球数的机制。

图6  石墨化度(EGA)与石墨球数关系

图7  C, Ca, Ba, Ce, Bi系孕育剂处理石墨化度与球墨数关系