球墨铸造工艺中加入稀土提高性能
2021-03-10
在高强度低合金球墨铸造方面，除了对铜、钼研究较多外，还对镍、铌等进行了研究。中锰球墨铸造虽然在性能上不够稳定，但多年来的系统研究与生产应用，取得了显著的经济效益。
在耐热球墨铸造方面，除了中硅球墨铸造以外，系统研究了Si+Al总量对稀土镁球墨铸造抗生长能力的影响。中国研制的RQTAL5Si5耐热铸铁用作耐热炉条的使用寿命是灰铸铁的3倍，是普通耐热铸铁的2倍，并与日本Cr25Ni13Si2耐热钢的使用寿命相当。
高镍奥氏体球墨铸造方面也取得了进展，它在石油开采机械、化工设备、工业用炉器件上均取得了成功的应用。
在耐酸球墨铸造方面，中国生产的稀土高硅球墨铸造比普通高硅铸铁的组织细小、均匀、致密，由此，抗蚀性能提高了10%～90%，并且其机械强度也有显著改善。
根据中国铁质差、含硫量高（冲天炉熔炼）和出铁温度低的情况，加入稀土是必要的。球化剂中镁是主导元素，稀土一方面可促进石墨球化;另一方面克服硫以及杂质元素的影响以保证球化也是必须的。
稀土防止干扰元素破坏球化。研究表明，当干扰元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等总量为0.05wt%时，加入0.01wt%（残余量）的稀土，可以完全中和干扰，并可抑制变态石墨的产生。中国绝大部分的生铁中含有钛，有的生铁中含钛高达0.2～0.3wt%，但稀土镁球化剂由于能使铁中的稀土残留量达0.02～0.03wt%，故仍可保证石墨球化良好。如果在球墨铸造中加入0.02～0.03wt%Bi，则几乎把球状石墨完全破坏;若随后加入0.01～0.05wt%Ce，则又恢复原来的球化状态，这是由于Bi和Ce形成了稳定的化合物。
稀土的形核作用。20世纪60年代以后的研究表明，含铈的孕育剂可使铁液在整个保持期中增加球数，使组织中含有更多的石墨球和更小的白口倾向。经研究还表明，含稀土的孕育剂可改善球墨铸造的孕育效果并显著提高抗衰退的能力。加入稀土可使石墨球数增多的原因可归结为：稀土可提供更多的晶核，但它与FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同;稀土可使原来（存在于铁液中的）不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多。
在耐热球墨铸造方面，除了中硅球墨铸造以外，系统研究了Si+Al总量对稀土镁球墨铸造抗生长能力的影响。中国研制的RQTAL5Si5耐热铸铁用作耐热炉条的使用寿命是灰铸铁的3倍，是普通耐热铸铁的2倍，并与日本Cr25Ni13Si2耐热钢的使用寿命相当。
高镍奥氏体球墨铸造方面也取得了进展，它在石油开采机械、化工设备、工业用炉器件上均取得了成功的应用。
在耐酸球墨铸造方面，中国生产的稀土高硅球墨铸造比普通高硅铸铁的组织细小、均匀、致密，由此，抗蚀性能提高了10%～90%，并且其机械强度也有显著改善。
稀土能使石墨球化。自从H. Morrogh使用铈得到球墨铸造以来，先后许多人研究了各种稀土元素的球化行为，发现铈是有效的球化元素，其他元素也均具有程度不等的球化能力。
中国对稀土的球化作用进行了大量研制工作，发现稀土元素对常用的球墨铸造成分（C3.6～3.8wt%，Si2.0～2.5wt%）来说，很难获得同镁球墨铸造那样完整均匀的球状石墨;而且，当稀土量过高时，还会出现各种变态形的石墨，白口倾向也增大，但是，如果是高碳过共晶成分（C>4.0wt%），稀土残留量为0.12～0.15wt%时，可获得良好的球状石墨。根据中国铁质差、含硫量高（冲天炉熔炼）和出铁温度低的情况，加入稀土是必要的。球化剂中镁是主导元素，稀土一方面可促进石墨球化;另一方面克服硫以及杂质元素的影响以保证球化也是必须的。
稀土防止干扰元素破坏球化。研究表明，当干扰元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等总量为0.05wt%时，加入0.01wt%（残余量）的稀土，可以完全中和干扰，并可抑制变态石墨的产生。中国绝大部分的生铁中含有钛，有的生铁中含钛高达0.2～0.3wt%，但稀土镁球化剂由于能使铁中的稀土残留量达0.02～0.03wt%，故仍可保证石墨球化良好。如果在球墨铸造中加入0.02～0.03wt%Bi，则几乎把球状石墨完全破坏;若随后加入0.01～0.05wt%Ce，则又恢复原来的球化状态，这是由于Bi和Ce形成了稳定的化合物。
稀土的形核作用。20世纪60年代以后的研究表明，含铈的孕育剂可使铁液在整个保持期中增加球数，使组织中含有更多的石墨球和更小的白口倾向。经研究还表明，含稀土的孕育剂可改善球墨铸造的孕育效果并显著提高抗衰退的能力。加入稀土可使石墨球数增多的原因可归结为：稀土可提供更多的晶核，但它与FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同;稀土可使原来（存在于铁液中的）不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多。
