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孕育处理的原理 时间:2015-10-03 点击量:        在过去,已经发展出几种理论用来解释铸铁凝固过程中石墨结晶的机理。大多数理论是基于一种假设,认为石墨的生成是铸铁凝固过程中来源于非金属基材的非均质晶核析出的结果,像钙、钡和锶这样的微量元素在形核过程中起到了重要的作用。
球铁孕育

       在镁处理铸铁中,处理后生成的显微夹渣主要含有镁、钙、硫、硅和氧。这些显微夹渣主要是镁处理的反应产物,具有硫化物核心和小面组成的硅外壳结构。硫化物核心含有硫化镁和硫化钙,而外壳含有复杂组份的硅酸镁(即亚硅酸镁,硅酸镁)。这些组成相不能成为凝固过程中有效的石墨析出的晶核,因为存在较大的晶核表面和石墨相之间的表面能障。
       用含钙的硅铁孕育剂执行孕育处理后,六角形的硅酸盐相CaSiO3和CaAl2Si2O8会在球化处理产生的硫化物/氧化物夹渣的表面形成。这些硅酸钙会成为凝固过程中石墨结晶的有利位置,因为这些硅酸盐的六角形晶体结构与石墨晶格非常匹配(即低能表面)。
       外壳含有孕育处理中生成的六角形硅酸钙,然而其所附着的大部分颗粒是球化处理的产物。所以,孕育处理不能提高铁水中晶核的总数,但是会改变已经存在的球化处理产物的表面。
       这便解释了镁球化处理和孕育处理之间重要的联系,球铁有效孕育的基础是在球化处理时打下。产生的石墨球数量也会因夹渣表面改性而大不相同。
       当使用含有锶或钡的硅铁孕育剂执行孕育处理时,会生成与硅酸钙相当的六角形硅酸盐(即SrSiO3,SrAl2O8,BaSiO3,BaAl2Si2O8)。
灰铁孕育

       灰铁的孕育机理与球铁的孕育有些不同,主要在于灰铁孕育前不加入镁。所以,其它类型的基体会对孕育处理时形成的硅酸钙、硅酸钡、或硅酸锶的析出位置起到重要作用。理论上讲,球铁和灰铁可以使用同种孕育剂,在初始夹渣表面附着的六角形硅酸相的孕育机理适用于所有类型的铸铁。
       但是,在灰铁中,初生相硫化镁和硅酸镁的缺失意味着其它颗粒必须起到初生相的作用。有假设认为许多数量的硫化锰颗粒代替了球铁中的含镁颗粒。灰铁中锰和硫的关系如下:
%Mn=1.7×%S+0.3

       当满足上式的比例关系时,便得到形成MnS微粒的最优条件。并且,为了得到作为有效孕育基础的最高数量的MnS颗粒,灰铁中硫的含量需要比球铁中的硫含量高许多。通常,建议灰铁中硫含量为0.05-0.15%。
一些重要的注意事项
•纯硅铁任何时候都没有孕育作用
•在灰铁和球铁中,孕育处理不会增加潜在的晶核数量,而是改变现有的晶核以有利于石墨析出
•有效孕育处理首要需考虑的是在球铁球化处理中生成高数量的非金属显微颗粒(硫化物和氧化物)和在灰铁孕育处理中生成高数量的硫化锰微粒
•孕育剂中微量元素如钙、钡和锶以及硅是孕育剂材料有效孕育效果的关键
•原铁水中氧含量也是石墨结晶析出所需的有效氧化物基体形成的关键
 

       利用铸造模拟软件ProCAST中的金相模块,根据实际铁水孕育和球化处理工艺参数,以及铸件生产的工艺条件,通过铸造仿真运算,可以精确地计算铸件的显微结构和机械性能,为满足铸造工艺设计要求提供保证。
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