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可锻铸铁石墨化工艺的节能改造

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      可锻铸铁的热处理是可锻铸铁生产中一个很重要的环节。可锻铸铁的铸态是硬而脆的白口组织,必须经过处理使之转变为具有延性的高强度铸铁。这个热处理过程实际上是使显微组织中的渗碳体分解成为合适形态及分布的石墨。从热力学观点来看,这种石墨化工艺既可以是从奥氏体状态下进行,也可以是将珠光体分解成为石墨加铁素体,前者在较高的温度下进行,后者则在奥氏体转变温度以下进行。
      采用较高的退火温度和较长的保温时间来进行石墨化,不仅会大大增加能耗提高成本、而且会造成铸件氧化严重、设备寿命缩短等问题。长期以来,人们致力于研究缩短退火周期或降低退火温度,就是以节能为主要目的。
然而,如果要在奥氏体转变温度以下进行石墨化,由于珠光体的分解过程必须经固溶体的扩散才能完成,而碳在Fe中的固溶度很低,故以往的论著一般认为,当温度低于奥氏体转变温度时,动力学条件将限制石墨化过程,渗碳体分解过于缓慢,所以几乎可以认为这一分解反应实际上不能进行.
     近年来的研究证明,上述传统观念是不恰当的。试验证明,经孕育处理后的感应炉铁水试样,其固相石墨化速度大大提高,而孕育处理以稀士合金效果最好。稀土镁硅铁合金和稀土硅铁合金处理后的试样,在550℃就开始析出石墨。作为比较,用氯化钠处理的试样则在700℃左右才开始有石墨析出。经稀土镁硅铁合金和稀土硅铁合金孕育处理后的电炉铁水浇注试样,在到达820℃保温温度时,试样的石墨履盖率已达到90%以上,相比之下,冲天炉铁水浇注的试样石墨覆盖率只有60%。
     有工作用正交试验法考察多种孕育剂对固态石墨化的影响,结果表明,用Si-Fe,Bi,Al复合试剂来孕育铁水是目前能实现生产应用的快速低温石墨化的最有效的处理方法。
      研究表明,Si-Fe,Bi,Al复合孕育的结果导致可锻铸铁白口组织结构发生显著变化,其中珠光体组织中的渗碳体片的厚度变薄,且形态紊乱,出现弯折或重叠生长的现象,少数区域渗碳体片层消失;组织中位错密度明显增加。同时,Si元素在铸铁组织内形成较大幅度的成分起伏。上述各种变化是促进在奥氏体转变温度以下实现固态石墨化的重要因素。具有这些组织变化特点的白口铸铁在低于奥氏体转变温度的条件下(720℃)保温,可在26小时内实现全部石墨化.。相比之下,采用目前工业生产普遍使用的Al一Bi孕育方法的试样,将保温时间延长到40个小时后,尽管其组织已发生明显变化,但共晶渗碳体仍基本不发生分解。
     低温石墨化是近期出现的一种新工艺,由于其所需保温温度低于传统观点的下限,渗碳体转变不经奥氏体扩散完成,故不可能用传统的石墨化机理来解释其过程。其机理还有待研究。
 
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