灰鑄鐵中碳化物、氧化物、硫化物產(chǎn)生的原因及危害

一、硫化物夾雜1.灰鑄鐵中硫化物種類硫化鐵（FeS）：當(dāng)灰鑄鐵中錳含量較低而硫含量較高時，硫化物中主要是硫化鐵。它一般呈較圓的形狀，常沿晶界分布。硫化錳（MnS）：鑄鐵中錳含量高硫含量低時，析出的夾雜物幾乎純粹是晶體狀的硫化錳。硫化錳屬于塑性夾雜，會隨金屬變形而延伸軋薄。復(fù)合硫化物：如硫化銅鐵（CuS·FeS）等，在灰鑄鐵中也可能存在，其形成與爐料中的銅、硫等元素含量有關(guān)。2.灰鑄鐵中硫化物對鑄件有哪些好處和危害有利影響改善切削性能：適量的硫化物可以在金屬切削過程中起到潤滑作用，使刀具與鑄件之間的摩擦減小，降低切削力和切削溫度，從而提高刀具的使用壽命，改善鑄件的切削加工性能，使加工表面更加光潔。促進石墨化：硫化物在一定程度上能促進灰鑄鐵中的石墨化過程。它可以降低鐵液的表面張力，有利于石墨晶核的形成和長大，使石墨片更加細小、均勻，從而提高鑄件的力學(xué)性能。不利影響降低力學(xué)性能：當(dāng)硫化物含量過高時，會以塊狀或片狀形式分布在晶界上，割裂基體的連續(xù)性，成為應(yīng)力集中源，降低鑄件的強度、韌性和疲勞性能。增加鑄造缺陷：硫化物會降低鐵液的流動性，使鐵液在充型過程中容易出現(xiàn)澆不足、冷隔等缺陷。同時，硫化物在凝固過程中可能會引起氣孔、縮孔等缺陷，影響鑄件的致密性。導(dǎo)致熱裂傾向增加：硫化物會降低灰鑄鐵的熱導(dǎo)率，使鑄件在凝固過程中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，增加熱裂的傾向。特別是在厚大鑄件或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件中，這種影響更為明顯。3.怎樣降低灰鑄鐵中的硫化物控制爐料選用低硫爐料：嚴(yán)格控制生鐵、廢鋼、回爐料等爐料的硫含量，優(yōu)先選用硫含量低于0.05%的優(yōu)質(zhì)爐料，可有效減少硫的帶入。加強爐料預(yù)處理：對爐料進行烘烤、磁選等預(yù)處理，去除爐料表面的油污、雜質(zhì)及部分含硫物質(zhì)，降低爐料中的硫含量。優(yōu)化熔煉工藝采用堿性爐襯：堿性爐襯能有效吸收鐵液中的硫，可將爐襯材料更換為鎂砂、白云石等堿性材料，提高除硫效果?？刂迫蹮挏囟群蜁r間：避免過高的熔煉溫度和過長的熔煉時間，一般熔煉溫度控制在1450-1550℃，熔煉時間根據(jù)爐型和產(chǎn)量合理調(diào)整，以減少硫的揮發(fā)和反應(yīng)。進行精煉處理：在熔煉過程中加入適量的精煉劑，如蘇打灰、電石等，它們能與硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫化物浮渣，從而達到除硫的目的。調(diào)整化學(xué)成分增加錳含量：錳能與硫形成高熔點的硫化錳，使其在鐵液中上浮排出。一般將錳含量控制在0.8%-1.2%，可有效降低硫化鐵的生成。添加稀土元素：稀土元素能細化晶粒，改善硫化物的形態(tài)和分布，使其由片狀、塊狀變?yōu)榍驙罨蛄?，減少硫化物對鑄件性能的不利影響。同時，稀土元素也有一定的脫硫作用。二、氧化物夾雜1.灰鑄鐵中有哪些常見氧化物三氧化二鐵（Fe?O?）：是鐵在空氣中氧化的常見產(chǎn)物，在灰鑄鐵中，當(dāng)鐵液與空氣接觸或在氧化性氣氛中熔煉時，鐵元素會被氧化生成三氧化二鐵。它通常呈紅色或紅棕色，具有較高的穩(wěn)定性。四氧化三鐵（Fe?O?）：可以看作是氧化亞鐵（FeO）和三氧化二鐵的復(fù)合物，具有磁性，又稱磁性氧化鐵。在灰鑄鐵的氧化過程中，當(dāng)氧化條件適中時，會生成四氧化三鐵，它一般呈黑色。氧化亞鐵（FeO）：在灰鑄鐵中，氧化亞鐵常與其他氧化物形成固溶體或復(fù)合氧化物。它是一種不穩(wěn)定的氧化物，在高溫下容易被進一步氧化為三氧化二鐵或四氧化三鐵，通常呈黑色或暗灰色。二氧化硅（SiO?）：灰鑄鐵中的硅元素在熔煉過程中容易被氧化生成二氧化硅。它具有較高的硬度和熔點，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，一般呈白色或無色透明狀。氧化錳（MnO）：錳元素在灰鑄鐵中也容易被氧化，形成氧化錳。氧化錳通常呈綠色或灰色，它可以與其他氧化物結(jié)合，影響鑄鐵的性能。此外，在一些特定情況下，灰鑄鐵中還可能存在氧化鋁（Al?O?）、氧化鈣（CaO）等氧化物，這取決于爐料的成分以及熔煉過程中所使用的添加劑等因素。2.灰鑄鐵中氧化物對鑄件有哪些好處和危害好處細化晶粒：適量的氧化物，如氧化鋁、氧化鈦等，可以作為異質(zhì)晶核，促進鑄鐵凝固過程中晶粒的細化。晶粒細化能夠提高鑄件的強度、韌性和耐磨性等力學(xué)性能。改善表面質(zhì)量：某些氧化物在鑄件表面形成一層薄而致密的氧化膜，能提高鑄件的表面硬度和耐腐蝕性，同時也有助于改善鑄件的表面粗糙度，使表面更加光潔。壞處降低力學(xué)性能：過多的氧化物會在晶界或基體中形成夾雜，這些夾雜會割裂基體的連續(xù)性，成為應(yīng)力集中源，降低鑄件的強度、韌性和疲勞性能。例如，粗大的氧化鋁夾雜會顯著降低灰鑄鐵的沖擊韌性。影響加工性能：氧化物夾雜的硬度通常較高，會加劇刀具的磨損，降低刀具的使用壽命，增加加工難度，影響加工表面質(zhì)量。導(dǎo)致鑄造缺陷：氧化物會降低鐵液的流動性，使鐵液在充型過程中容易出現(xiàn)澆不足、冷隔等缺陷。此外，氧化物夾雜在凝固過程中還可能引起氣孔、縮孔等缺陷，影響鑄件的致密性。3.怎樣降低灰鑄鐵中的氧化物爐料選擇與處理精選爐料：選用雜質(zhì)少、含氧量低的優(yōu)質(zhì)生鐵、廢鋼等爐料，減少原始爐料帶入的氧化物。爐料清潔：對爐料進行清理、除銹、除油等預(yù)處理，可采用拋丸、酸洗等方法，去除表面的鐵銹和油污等，防止其在熔煉過程中產(chǎn)生氧化物。熔煉過程控制采用覆蓋劑：在熔煉過程中，向鐵液表面添加覆蓋劑，如珍珠巖、草木灰等，可隔絕鐵液與空氣的接觸，減少氧化?？刂迫蹮挌夥眨翰捎眠€原性氣氛熔煉，如在沖天爐中適當(dāng)增加焦炭用量，使?fàn)t內(nèi)保持一定的還原氣氛，或在電爐中采用氬氣等保護氣體，降低鐵液的氧化程度。精煉除雜：加入適量的精煉劑，如硅鈣合金、稀土鎂合金等，它們能與鐵液中的氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成密度較小的復(fù)合物，上浮至鐵液表面被去除。澆注系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化澆注系統(tǒng)：設(shè)計合理的澆注系統(tǒng)，使鐵液平穩(wěn)充型，減少紊流和飛濺，降低鐵液與空氣的接觸面積和時間，從而減少氧化。使用過濾器：在澆注系統(tǒng)中設(shè)置陶瓷過濾器，可有效過濾掉鐵液中的氧化物夾雜，提高鑄件的純凈度。三、碳化物夾雜1.灰鑄鐵中有哪些常見碳化物滲碳體（Fe?C）：是一種間隙化合物，硬度很高，脆性較大。在灰鑄鐵中，滲碳體通常以片狀、粒狀或網(wǎng)狀等形式存在，是珠光體的重要組成部分，對灰鑄鐵的強度和硬度有重要影響。MC型碳化物：M代表金屬元素，如鉻、鉬、釩等。這類碳化物具有高熔點、高硬度和良好的耐磨性，通常在晶界處析出，能提高灰鑄鐵的耐磨性和耐熱性。M??C?型碳化物：也是一種合金碳化物，主要由鉻、鐵等元素組成。一般在珠光體和滲碳體的界面處形成，對灰鑄鐵的力學(xué)性能影響相對較小。M?C?型碳化物：主要成分包括鐵和鉻，化學(xué)式可表示為(Fe,Cr)?C?。它具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)，硬度和耐磨性較高，在特定條件下，如高鉻鑄鐵中，當(dāng)碳含量較高時容易形成。此外，根據(jù)形成過程不同，灰鑄鐵中的碳化物還可分為初晶碳化物、共晶碳化物、共析碳化物、二次碳化物和三次碳化物等。2.灰鑄鐵中碳化物對鑄件有哪些好處和危害好處提高硬度和耐磨性：碳化物硬度高，如滲碳體、MC型碳化物等，能顯著提高灰鑄鐵的硬度，增強鑄件抵抗磨損的能力，適用于制造磨損條件下工作的零件，如機床導(dǎo)軌、活塞環(huán)等。細化晶粒：適量的碳化物可以作為異質(zhì)晶核，在凝固過程中促進晶粒細化，使鑄件組織更致密，從而提高鑄件的強度和韌性。提高耐熱性：一些合金碳化物，如M??C?型、MC型碳化物，具有較高的熔點和熱穩(wěn)定性，能提高灰鑄鐵在高溫下的強度和抗氧化性能，使其可用于制造在高溫環(huán)境下工作的零件。壞處降低韌性和塑性：碳化物硬而脆，過多的碳化物會使灰鑄鐵的韌性和塑性大幅降低，增加鑄件在使用過程中發(fā)生脆性斷裂的風(fēng)險。增加鑄造難度：碳化物的存在會降低鐵液的流動性，使鑄造過程中充型困難，容易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。同時，碳化物在凝固過程中容易形成偏析，影響鑄件的質(zhì)量均勻性。影響加工性能：碳化物硬度高，會加劇刀具磨損，降低加工效率和加工質(zhì)量，增加加工成本。3.怎樣降低灰鑄鐵中的碳化物控制化學(xué)成分調(diào)整碳、硅含量：適當(dāng)提高硅碳比，硅能促進石墨化，降低碳化物的形成傾向。一般來說，碳含量在2.5%-3.5%，硅含量在1.0%-2.5%范圍內(nèi)調(diào)整，具體根據(jù)鑄件性能要求確定。限制合金元素：減少強碳化物形成元素，如鉻、鉬、釩等的含量，避免它們促進碳化物的形成。優(yōu)化熔煉工藝高溫熔煉與保溫：采用高溫熔煉使碳化物充分溶解，然后適當(dāng)保溫，促進石墨化核心的形成，增加石墨化程度，減少碳化物數(shù)量。例如，將鐵液溫度升高到1500-1550℃，并保溫一定時間。精煉處理：加入適量的精煉劑，如碳酸鈣、碳酸鈉等，它們與鐵液中的雜質(zhì)和氣體發(fā)生反應(yīng)，改善鐵液質(zhì)量，減少促進碳化物形成的因素。改進孕育處理選擇合適的孕育劑：使用高效的孕育劑，如含鍶、鋇等元素的孕育劑，能有效促進石墨化，抑制碳化物生成。孕育劑的加入量一般為鐵液質(zhì)量的0.2%-0.5%。優(yōu)化孕育工藝：采用多次孕育的方法，在熔煉過程中