稀土球化剂的质量和选用(1)

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　　球墨铸铁现在几乎在所有的铸铁厂都有生产，而作为生产球墨铸铁必不可少的球化剂亦越来越受到普遍关注。不同的生产条件选择什么样的球化剂，或者说什么样的球化剂最好，已成为球化剂生产厂和使用厂常年探讨或争论不休的问题。本文从球化剂的上产和使用两个角度来探讨说明什么样的球化剂是好的，应该在铸造过程中热核选用球化剂，也就是球化极品值得的判定和选用问题。

　　1、球化剂及球化元素的作用

　　尽管国内外球化剂的种类很多，呆在我们国内目前应用最多的还是稀土镁类合金，现主要论述该类合金及其球化元素的作用。

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　　1、1球化元素及反球化元素1、1、1球化元素的作用

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　　所谓球化元素是指那些能够促进石墨球状化、使石墨球生成或增加的元素。球化元素一般有以下共同性质：(1)元素最外电子层上有一个或两个价电子，次内层有8个电子。这种电子结构使元素与硫、氧和碳有较强的亲和力，反映产物稳定，能显著减少贴水中的硫和氧。(2)元素在铁水中溶解度低，凝固过程中有显著偏析倾向。(3)虽然和碳有一定亲和力，但在石墨晶格内溶解度低。根据以上特点，Mg,Ce,Y,Ca属于有效球化元素。

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　　Mg：一是在铁水中蒸气压力高，使铁水佛腾。镁的原子量和密度比铁水小，熔点650度，沸点1108度，在铁水的处理温度下，镁产生的蒸气压力很高(超过1Mpa).镁的熔解热为21J/g,蒸发潜热为406J/g。因此，镁加入铁水时，要产生汽化，使铁水翻腾。二是与硫、氧有很强的亲和力。所生成的MgO和MgS熔点高，密度也远小于铁，容易与铁水分离，因此镁处理后的铁水，硫和羊的含量都很低；三是在铁水凝固过程中有偏析于石墨的倾向，当其在铁水中的残留量超过0.035%时，使末就可以球化，但当镁残留量超过0.07%时，一部分镁偏析于晶界，并于晶界中的碳、磷等发生放热反应，生成MgC2、Mg2C3、Mg3P2等。残留镁量更多时，晶间碳化物增多。

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　　Re：稀土族元素对石墨球化有显著作用的是轻稀土元素中的铈和重稀土中的钇。一是稀土元素的沸点均比镁高，加入铁水中时，不会引起铁水的翻腾和喷溅；二是铈和钇基稀土元素有比镁更强的脱硫脱氧能力，生成的硫化稀土、氧化稀土等化合物熔点高、稳定性好；三是，稀土元素与铁水中的球化干扰元素也能形成稳定的化合物，因此含稀土的球化剂比镁球化剂的抗干扰能力强。

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　　稀土元素残留量对石墨球化有明显的影响。轻稀土处理过共晶铁水，当残留铈含量0.04%时，石墨就可以球化，而且很稳定；处理亚共晶铁水时，轻稀土加入量要增加。轻稀土处理得球铁，石墨圆整度比镁处理得球铁要差，并出现碎块状石墨；另外轻稀土处理得球铁白口倾向大，因此需要控制其加入量。重稀土钇本身熔点高，其脱氧除硫产生的氧化物、硫化物在高温下比较稳定，因此其抗球化衰退能力很强。1400度的铁水保温1小时，球化率降低不超过10%，含硫0.06%的铁水，用钇基重稀土合金处理后，能得到完整的球状石墨。铁水中残留钇0.10—0.15%，石墨球化良好；低于此限度，随钇量减少一次出现不规则石墨和蠕虫状石墨；残留钇超过0.15而低于0.30%时，白口倾向逐渐增大，石墨圆整度变差，并在更高残留量时出现YTe4。

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　　Ca：钙在铁水中的溶解度很低，它对金相组织的影响是通过与氧和硫的结合而间接实现的。与镁相比，钙与硫、氧的亲和力更强，能够有效的脱硫除氧。钙残留量很低时，石墨分枝倾向增加，残留量较多时，可是使石墨尺寸减小，分枝倾向降低。钙残留量达到0.2%时，白口倾向明显加大。

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　　1、1、2反球化元素(球化干扰元素)的作用

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　　该类元素主要是指破坏和阻碍使石墨球化的元素，按其作用机理大概可以分三类：

　　一是消耗型反球化元素，如硫、氧、硒、碲等，它们与镁、稀土元素生成化合物，通过消耗球化元素来阻止球状石墨的形成。

　　二是境界偏析的球化干扰元素，包括锡、锑、砷、铜、硼、钛、铝等，这些元素富集到晶界，促使碳在共晶后期结晶时，形成畸形的枝晶状石墨，如果这些元素含量较高，也可在共晶中期促成石墨畸变，形成团状或厚片状石墨。

　　三是一些中间球化干扰元素，如铝、铋，它们在含量较低时主演通过偏析作用促成石墨畸变，含量较高时也能消耗球化元素。另外，反球化元素对球铁基体也有不同的影响。Te\B强烈促进白口的形成，As\Sn\Sb\Pb\Bi稳定珠光体，Al\Zr促进铁素体形成，Se无影响。

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　　1、2球化元素的配置和球化剂的种类

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　　镁、稀土和钙，是目前公认的有促进石墨球化的能力，但如何结合工业生产实际来制备和使用，既保证球化剂的球化能力，又要在生产中容易制取，原料经济，使用方便，便成为配制和使用球化剂的的原则。