“鐵神一號”凈化劑在“微合金化
孕育鑄鐵”中應(yīng)用研究總結(jié)
吳永良1，蔣祖濱2
1、四川大學(xué)制造學(xué)院材料成型系，四川成都610065
2、都江堰市金星鋼鐵助劑研究所，四川都江堰市611833
根據(jù)都江堰市科學(xué)技術(shù)局都科字（2004）05號文件精神，以及四川大學(xué)科技合同（橫）字第04H161號的合作協(xié)議內(nèi)容，都江堰市金星鋼鐵助劑研究所與四川大學(xué)材料成型系密切配合，對“鐵神一號”凈化劑在“微合金化孕育鑄鐵”中應(yīng)用項(xiàng)目做了較為深入的研究。在雙方共同努力下，完成了項(xiàng)目所規(guī)定的基本研究內(nèi)容，并于2004年8月，在都江堰市科學(xué)技術(shù)局的主持下，在都江堰郵電賓館會議室，專家組對項(xiàng)目進(jìn)行了科學(xué)技術(shù)成鑒定。鑒定結(jié)果認(rèn)為，“鐵神一號”凈化劑是一種具有復(fù)合功能的新型孕育劑，其獨(dú)特的配方和生產(chǎn)工藝處國內(nèi)領(lǐng)先水平。專家組還對“鐵神一號”凈化劑在鑄鐵中的應(yīng)用效果作了充分的肯定，對進(jìn)一步穩(wěn)定鐵神一號凈化劑生產(chǎn)工藝提出了中肯的建議。在此基礎(chǔ)上，研究所特制定了“鐵神一號”凈化劑的企業(yè)產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為該產(chǎn)品的科學(xué)管理，規(guī)范生產(chǎn)，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量起到了積極作用；對開拓占領(lǐng)市場，擴(kuò)大產(chǎn)品銷售起到了促進(jìn)效果。由于該產(chǎn)品對金屬液的綜合作用效果明顯，能為鑄造企業(yè)帶來新增效益，因此，該產(chǎn)品銷售數(shù)量逐年增加。“鐵神一號”凈化劑能夠得到市場的認(rèn)可，這是我們共同努力的結(jié)果，也是科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的具體表現(xiàn)。
為了更全面地了解認(rèn)識“鐵神一號”凈化劑對鑄鐵的復(fù)合效果，在原科技成果鑒定的基礎(chǔ)上，又經(jīng)四川大學(xué)材料成型系、河北工業(yè)大學(xué)鑄造研究所、西南交通大學(xué)焊接研究所、成都發(fā)動機(jī)公司理化測試中心等單位的研究、分析、檢測，以及全國數(shù)十家鑄造生產(chǎn)企業(yè)對“鐵神一號”凈化劑應(yīng)用的全面評價，一至認(rèn)為：“鐵神一號”凈化劑能細(xì)化鑄鐵組織，對金屬液凈化作用十分明顯。去氣除渣，提高鑄鐵性能，防止鑄件疏松，消除孔洞類鑄造缺陷十分有效，對鑄鐵綜合效果明顯。不愧為一種價廉物美具有復(fù)合功能的新型孕育劑。
為進(jìn)一步擴(kuò)大和提高“鐵神一號”凈化劑的應(yīng)用前景，向廠家使用“鐵神一號”凈化劑提供技術(shù)理論支撐，特對“鐵神一號”凈化劑的檢測結(jié)果作進(jìn)一步的分析和總結(jié)，以期達(dá)到更加完善和提高，為鑄造行業(yè)的不斷發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
1.鐵神一號凈化劑對鑄鐵組織的影響
1.1對鑄鐵石墨組織的影響。
在原鑄鐵組織中，由于石墨本身強(qiáng)度很低，猶如在金屬基體中鑲嵌了許多片狀“夾雜”，割裂了金屬基體；加之片狀石墨的尖角部位易引起應(yīng)力集中。因此石墨數(shù)量、大小、形狀及分布就與灰鑄鐵的力學(xué)性能密切相關(guān)。石墨數(shù)量多、石墨片粗大，都會降低鑄鐵的抗拉強(qiáng)度。
我們采用對比法，即用同爐鐵水，同一牌號，在同種工藝條件下，采用“鐵神一號”凈化劑凈化處理和未經(jīng)凈化劑處理的鐵水分別取樣，制備相應(yīng)的金相試樣進(jìn)行檢測。（詳見都江堰市寧江機(jī)床廠理化試驗(yàn)報告，四川都江堰曙光機(jī)械有限責(zé)任公司理化試驗(yàn)報告）檢測結(jié)果表明：鐵神一號凈化劑處理的鑄鐵其石墨數(shù)量、形狀變化不大，而對石墨分布和尺寸有一定影響。它能使石墨尺寸變得更加細(xì)小，使石墨長度在原水平基礎(chǔ)上提高一級，而且使分布更加均勻。
1.2對金屬基體組織的影響
鑄鐵組織中除石墨外還有金屬基體組織。經(jīng)過多次檢測，采用鐵神一號凈化劑處理的鐵水，金屬基體中，珠光體的片間距有所減小，使珠光體數(shù)量略有增加。而對于碳化物的影響，無明顯變化。
1.3對共晶團(tuán)數(shù)量的影響
鑄鐵共晶團(tuán)的數(shù)量與鑄鐵的強(qiáng)度性能密切相關(guān)。共晶團(tuán)數(shù)量的增加，有利于減少白口傾向。經(jīng)過河北工業(yè)大學(xué)院鑄造研究所檢測，在孕育鑄鐵中加入鐵神一號凈化劑處理和不加鐵神一號凈化劑處理，分別測定鑄鐵的共晶團(tuán)數(shù)，前者達(dá)到了441個/cm2，而后者僅為367個/ cm2。試驗(yàn)說明：在孕育鐵水中，加入鐵神一號凈化劑，提供了大量的外來結(jié)晶核心。提高了形核率，因而提高了共晶團(tuán)數(shù)量。
經(jīng)過鐵神一號凈化劑的處理，使灰鑄鐵的石墨組織更均勻，共晶團(tuán)數(shù)量有所增加，金屬基體的珠光體數(shù)量有所增加，片間距更小，正是這些有利因素的影響，可以預(yù)測：灰鐵的綜合性能將有較大程度的提高。
2.鐵神一號凈化劑對鑄鐵力學(xué)性能的影響
2.1鐵神一號凈化劑對鑄鐵抗拉強(qiáng)度的影響
鑄鐵作為零件毛坯，最基本的要求之一是滿足設(shè)計的力學(xué)性能要求。其主要的力學(xué)性能之一是抗拉強(qiáng)度。采用鐵神一號凈化劑處理的鑄鐵，經(jīng)成都發(fā)動機(jī)公司理化測試中心及寧江機(jī)床廠等單位的多次檢測，結(jié)果表明：采用鐵神一號凈化劑處理的鑄鐵抗拉強(qiáng)度通常能提高10%—15%。這就為減少鑄鐵壁厚的設(shè)計，節(jié)約原材料，減少機(jī)械加工余量提供了依據(jù)。
2.2鐵神一號凈化劑對鑄鐵延伸率的影響
在傳統(tǒng)的理論中，由于鑄鐵中含有大量強(qiáng)度較低的石墨組織，因而鑄鐵通常認(rèn)為是延伸率很低的脆性材料，這是大大地限制了鑄鐵的應(yīng)用。多年來鑄造工件者都在改變石墨形態(tài)上進(jìn)行探索，以期提高其鑄鐵韌性。如球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵的研制就是一個很好的例證。采用鐵神一號凈化劑處理的鑄鐵，經(jīng)檢測其延伸率達(dá)到了3.1%—3.3%，在未改變石墨形態(tài)，提高了鑄鐵韌性，這是可喜的成就。西南交通大學(xué)焊接研究所的研究也表明，經(jīng)鐵神一號凈化劑處理的鑄鐵，鉆屑不再是粉狀而呈卷曲塊狀，說明鑄鐵韌性確實(shí)有所提高。從而增加了鑄件承受沖擊載荷的能力，這將進(jìn)一步擴(kuò)大鑄鐵的應(yīng)用范圍。
2.3鐵神一號凈化劑對鑄鐵硬度的影響
一種材料硬度的高低直接與其耐磨性能有關(guān)，經(jīng)檢測用鐵神一號凈化劑處理的鑄鐵，其硬度通常都有所提高。對提高鑄鐵的耐磨性能，提高使用壽命起到良好的作用。
2.4對鑄鐵焊接性能的影響
由于鑄鐵中存在大量的導(dǎo)熱性能良好的石墨，傳統(tǒng)的焊接工藝對鑄鐵不能焊接。然而采鐵神一號凈化劑處理的鑄鐵，經(jīng)過西南交通大學(xué)焊接研究所的大量實(shí)驗(yàn)認(rèn)為：采普通的442焊條對不要求機(jī)加工和致密性的鑄件孔洞能夠進(jìn)行焊補(bǔ)。西南交通大學(xué)焊接研究所對鐵神一號凈化劑處理后的鑄件進(jìn)行成功焊接表明：鐵神一號凈化劑為鑄件的挽救工程又增添了一種重要的新方法。這是鐵神一號對鑄鐵發(fā)展做出的一項(xiàng)極大貢獻(xiàn)。
3.鐵神一號凈化劑在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用
3.1鐵神一號凈化劑在鑄管行業(yè)中的應(yīng)用
管道是流體輸送中必不可少的關(guān)鍵部件，除要求必要的強(qiáng)度，致密而外，還要求無鑄造缺陷，特別是孔洞、裂紋類缺陷應(yīng)嚴(yán)格避免。山西某某鑄管廠在未使用鐵神一號凈化劑以前，其鑄管質(zhì)量一直較差。鑄管中存在大量氣孔，根本不能承受壓力，廢品率一直居高不下。經(jīng)鐵神一號凈化劑應(yīng)用，消除了鑄管的氣孔、裂紋，鑄管致密性達(dá)到了極大提高，完全能夠承受壓力試驗(yàn)。使成品率上升到95%以上�，F(xiàn)在生產(chǎn)中已離不開鐵神一號凈化劑。企業(yè)規(guī)定：未經(jīng)鐵神一號凈化劑處理的鐵水一律不得采用�？梢婅F神一號凈化劑在鑄管中所起到的地位。
3.2鐵神一號凈化劑在缸體類鑄件中應(yīng)用
由于鐵神一號凈化劑能提高鑄鐵的致密性，所以在缸體類鑄件中應(yīng)用也十分廣泛。河南某某缸體鑄造廠，未使用鐵神一號凈化劑以前，缸體滲漏率達(dá)60%以上。自從使用了鐵神一號凈化劑以后，缸體的滲漏缺陷提到了圓滿解決，使一度虧損企業(yè)，變成年獲利達(dá)300多萬元的先進(jìn)企業(yè)。可見鐵神一號凈化劑應(yīng)用的社會場效益和經(jīng)濟(jì)效益都十分明顯。
4.結(jié)論
根據(jù)大量廠家使用鐵神一號凈化劑的信息反饋，以及多所大專院校和研究所的研究分析，鐵神一號凈化劑對鑄鐵的作用，主要表現(xiàn)如下：
4.1鐵神一號凈化劑以多成分的復(fù)合礦物為主，其中稀土本身具有除氣、脫氧、細(xì)化組織作用。
4.2鐵神一號凈化劑中的某些元素如，Si、Cr、Ni、Mn等可進(jìn)入鐵液起到合金化作用提高強(qiáng)度和硬度，同時又起到了異核心作用，使組織變得細(xì)小致密，提高了鑄件的致密度，提高了鑄件的綜合力學(xué)性能。
4.3鐵神一號凈化劑中的易氧化物與金屬中的氧結(jié)合，形成了新的氧化物，在上浮的過程中，由小顆粒聚集成大顆粒有利于渣子上浮而凈化了鐵水。
4.4由于鐵神一號凈化劑密度較金屬液小許多，當(dāng)金屬液沖入時，與其發(fā)生物理、化學(xué)作用。在上浮過程中聚氣、聚渣，有利于鐵液中氣體的去除。
4.5鐵神一號凈化劑起到的是綜合效果，就其鑄鐵某一單項(xiàng)指標(biāo)而言，可能不十分突出，但是就效果累加而言，就比較明顯了，所以能夠達(dá)到國內(nèi)鑄造企業(yè)的普遍認(rèn)可。
綜上所述，鐵神一號凈化劑對鑄鐵的孕育效果十分明顯，，同時對鐵水具有強(qiáng)烈的凈化作用，以及對鑄鐵組織的細(xì)化效果也十分明顯。至于為什么能起到如此神奇的作用，還有必要進(jìn)一步從理論上進(jìn)行研究，讓這朵科技之花開遍祖國大地，為鑄造行業(yè)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。
參考資料（略）
2005年8月18日
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