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知识篇:铸铁中稀土的作用及其添加量的控制

抑制合金灰铸铁产生白口;削减RE的球化剂对石墨球化的影响;削减RE的球化剂对石墨球化的影响;Ce、La对薄壁球铁石墨球数影响;企业案例。

01、抑制合金灰铸铁产生白口

在含0.1%S的灰铸铁中,添加0.2%RE,观察分析各合金元素(V、Cr、Cu)添加量与白口深度、抗拉强度的关系:

(1) 在灰铸铁(0.1%S)中,添加0.2%RE,可大幅度抑制因加入合金元素(V、Cr)产生白口的倾向。

(2) 如无RE添加,随合金元素加入量增加,抗拉强度仅少量增加;当V、Cr各自加入0.6%时,Ø30试棒全白口。 

(3) 添加0.2%RE,当加入1%Cr或V时,抗拉强度分别可达349MPa和405MPa。

 

02、削减RE的球化剂对石墨球化的影响

日本東洋電化工業(株)山本展也等调查了使用六种不同RE含量的球化剂处理球铁的球化效果。使用100kg中频炉熔化,(原铁液成分:C3.7%,Si2.8%,Mn0.40%,P0.020%,S0.010%),处理温度1500℃,每次处理45Kg 铁水,球化剂1.3%,孕育剂0.3%(Ba系75%Si)孕育,覆盖剂0.6%,冲入法处理。

比较刚处理后浇注的有无二次孕育(Ba系75%Si,0.2%)的Y型试样、热分析试样与最终浇注试样(浇注8个样后)的球化效果。表1为试验用六种不同RE含量的球化剂的化学成分。试验结果表明:

(1)有二次孕育时,石墨球化  率均为高值,与球化剂中RE含量关系不大,;但无二次孕育的最终试样,RE含量为0%和1.5%时球化率最低。

(2)石墨球数随着球化剂中RE含量的增加有增加的倾向,但RE增加过多(1.5%)时石墨球数减少。这可能是由于与添加的含1.5%RE的球化剂中的RE相对应的硫量等形成RE化合物的其他元素不足而RE过剩,妨碍了石墨析出所造成的。

(3)抗拉强度与球化剂中RE含量之间无明显的倾向,但无二次孕育时,最终浇注的试样随着RE量的增加,强度上升。同样,伸长率与球化剂中RE含量之间也无明显的倾向,有二次孕育时最终浇注的试样均有高的伸长率。

(4) 根据试样剖面和热分析判定球化剂中RE含量低的产生缩孔倾向大(与石墨析出量和铁液凝固模式的变化有关)

综合看:在前述条件下,为生产无缩孔健全的球铁,球化剂中RE含量在0.5%~1.0%左右为好;如采用二次孕育RE含量再减少点,有可能生产出同等水平的球铁。

表 1  6种不同RE含量的球化剂成分(质量分数,%)

03、Ce、La对薄壁球铁石墨球数影响

      如前所述,长期以来生产球铁时添加的RE是由约含50%Ce、30%La、10%Nd、Pr、Sm等La系元素组成的,即混合稀土合金(mischmetal)。近年随着新材料的发展,Nd、Pr、Sm等需求有增加倾向,为降低铸铁中应用RE的成本,探索如何把Nd、Pr、Sm分离出来后的RE-Si合金生产球铁,以及采用100%Ce、100%La作为RE源的RE-Si合金生产球铁是很重要的问题。

      小锦利憲等采用接近100% Ce、100% La的RE-Si合金,考察了添加不同Ce/La比的RE(添加量Ce+La 0.05%)对球化处理的效果。试验用 Fe-Si-Mg(Mg6.7%)球化剂,0.4%Fe-Si合金孕育,RE合金与球化剂同时添加。试验结果表明:

     (1)添加不同Ce/La比的RE与球墨数关系(3mm壁厚,CO2 铸型),Ce添加100%,石墨球数最多910个/mm2;La添加100%,790个/mm2;Ce和La添加50:50,630个/mm2,较Ce及La单独添加石墨球数明显减少。

     (2)Ce/La添加比与球径关系(壁厚3mm) ,RE中Ce/La比50:50附近石墨球径变大。

     (3)ø10mm试样(壳型),Ce/La添加比与球墨数关系,同3mm试样,Ce/La比50:50附近,球墨数减少。Ce100%试样石墨球数725个/mm2,Ce,La50:50试样仅510个/mm2。

     (4)ø10mm试样(壳型),Ce、 La添加比与伸长率关系,Ce100%试样11.4%,Ce:La50:50附近伸长率降低,50:50时为7.0%。

     (5)ø30mm试样(壳型),不同Ce/La比添加其抗拉强度和伸长率无大的差别,各试样约为抗拉强度540MPa,伸长率14%。以往有关的研究也有类似的情况,一般认为这是ø30试样的冷却速度较小,形成的RE硫化物凝聚上浮,减少了石墨析出核心,因而其差别就不明显了。