稀土在球墨鑄鐵中的作用

稀土在球墨鑄鐵中的作用

稀土能使石墨球，稀土能促進(jìn)鑄鐵的球化效果（球化率和球的圓整度），自從H. Morrogh最先使用鈰得到球墨鑄鐵以來，先后許多人研究了各種稀土元素的球化行為，發(fā)現(xiàn)鈰是最有效的球化元素，其他元素也均具有程度不等的球化能力。它對厚壁球墨鑄鐵件中防止球狀石墨畸變的效果受到了重視，這也是國內(nèi)外球化劑中都包含稀土的主要原因之一。

我國對稀土的球化作用進(jìn)行了大量研制工作，發(fā)現(xiàn)稀土元素對常用的球墨鑄鐵成分（C3.6～3.8wt%，Si2.0～2.5wt%）來說，很難獲得同鎂球墨鑄鐵那樣完整均勻的球狀石墨；而且，當(dāng)稀土量過高時(shí)，還會出現(xiàn)各種變態(tài)形的石墨，白口傾向也增大，但是，如果是高碳過共晶成分（C>4.0wt%），稀土殘留量為0.12～0.15wt%時(shí)，可獲得良好的球狀石墨。根據(jù)我國鐵質(zhì)差、含硫量高（沖天爐熔煉）和出鐵溫度低的情況，加入稀土是必要的。球化劑中鎂是主導(dǎo)元素，稀土一方面可促進(jìn)石墨球化；另一方面克服硫以及雜質(zhì)元素的影響以保證球化也是必須的。稀土防止干擾元素破壞球化。研究表明，當(dāng)干擾元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等總量為0.05wt%時(shí)，加入0.01wt%（殘余量）的稀土，可以完全中和干擾，并可抑制變態(tài)石墨的產(chǎn)生。

在鑄件中有些元素能破壞和阻礙石墨球化，這些元素即所謂的球化干擾元素，干擾元素分為兩類，一是消耗球化元素型干擾元素，它們與鎂、稀土生成MgS、MgO、MgSe、RE2O3、RE2S3、RE2Te3等，使球化元素降低從而破壞了球狀石墨形成；另一類是晶間偏析型干擾元素，包括錫、銻、砷、銅、鈦、鋁等在共晶結(jié)晶時(shí)，這些元素富集在晶界，促進(jìn)使碳在共晶后期形成畸形的枝晶狀石墨　，球化干擾元素原子量越大，其干擾作用越強(qiáng)，現(xiàn)下許多研究都已找到了干擾元素在鑄鐵中的臨界含量，當(dāng)這些元素含量小于臨界含量時(shí)，并不能形成畸變石墨。在有干擾元素的鑄鐵中，加入稀土可消除其干擾作用，有研究報(bào)告指出在鑄鐵中干擾元素之和應(yīng)小于0.10％即z=Ti+Cr+Sb+V+As+Pb+Zn+…<0.10%

有研究指出，中和鐵水中的Al、Sb、TI、Pb、Bi、等只要分別加入0.005～0.04%Ce即可，例如，中和Ti、Pb、Sb、Al等只要分別加入0.005~0.007%、0.014%、0.15%和0.008%的Ce即可。干擾元素在鑄件壁厚，冷卻速度慢的情況下破壞作用更大。

干擾元素對球墨鑄鐵基體也有影響，Te、B強(qiáng)烈促進(jìn)白口形成，Cr、As、Sn、Sb、Pb、Bi穩(wěn)定珠光體，Al、Zr促進(jìn)鐵素體.值得注意的是，目前正在發(fā)展一些球化元素與干擾元素復(fù)合球化劑，以改善大斷面球墨鑄鐵的處理效果及石墨球的圓整度。

我國絕大部分的生鐵中含有鈦，有的生鐵中含鈦高達(dá)0.2～0.3wt%，但稀土鎂球化劑由于能使鐵中的稀土殘留量達(dá)0.02～0.03wt%，故仍可保證石墨球化良好。如果在球墨鑄鐵中加入0.02～0.03wt%Bi，則幾乎把球狀石墨完全破壞；若隨后加入0.01～0.05wt%Ce，則又恢復(fù)原來的球化狀態(tài)，這是由于Bi和Ce形成了穩(wěn)定的化合物。稀土的形核作用。

制造步驟
（一）嚴(yán)格要求化學(xué)成分，對原鐵液要求的碳硅含量比灰鑄鐵高，降低球墨鑄鐵中錳，磷，硫的含量 
（二）鐵液出爐溫度比灰鑄鐵更高，以補(bǔ)償球化，孕育處理時(shí)鐵液溫度的損失   
（三）進(jìn)行球化處理，即往鐵液中添加球化劑   
（四）加入孕育劑進(jìn)行孕育處理   
（五）球墨鑄鐵流動性較差，收縮較大，因此需要較高的澆注溫度及較大的澆注系統(tǒng)尺寸，合理應(yīng)用冒口，冷鐵，采用順序凝固原則   
（六）進(jìn)行熱處