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稀土镁球化剂如何选择与使用

发布时间:2021/2/21 10:35:07
在铸造生产领域,主要的球化剂类型有镁硅系合金、稀土镁硅系合金、钙系合金(日本用的较多),镍镁系合金、纯镁合金、稀土合金(分别是以铈、镧为主的轻稀土和以钇为主的重稀土)等。这些合金中目前世界上用的**为广泛的是稀土镁硅铁合金,除此之外还衍生出单一轻稀土球化剂(以铈、镧为主)、单一重稀土球化剂(以钇为主)、含钡球化剂、含锑球化剂、含铋球化剂、含铜球化剂等。
  球化剂是生产球墨铸铁必不可少的重要材料,其品质好坏直接影响所生产的球墨铸铁的质量,如铸件球化率、石墨球大小,以及铸件产生缩松、气孔、夹渣的倾向等。在球墨铸铁的生产中,只有充分了解球化剂中各种元素的作用,然后根据实际生产条件、铸件的技术要求,合理选择并正确使用球化剂,才能保证生产出高品质的球墨铸铁。
  一、球化剂中的元素以及特性
  目前普遍采用的稀土镁硅铁球化剂,其中含有元素镁、稀土、钙,还有一定的铁、硅,以及少量的锰、铝、钛等。球化剂的成分与球化处理方式、铁液条件等有关。本文以使用**普遍的稀土硅铁镁球化剂为例进行分析。
  1.球化元素的含量
  球化元素就是能把铁液中的片状石墨转化为球状石墨的元素。化学周期表中几乎所有元素的转化能力都被进行了研究。认为镁是主要的球化元素,此外某些情况下铈、镧、钙、钇也能用作辅助的球化元素。
  球墨铸铁件中球化元素的残留量与铸件的大小、壁的厚薄以及原铁液的硫含量有关,要保证石墨成球以及球化的稳定性,有效残留镁量应>0.030%。为了保证镁有必要的回收率, 镁合金球化剂的镁含量常低于10%。在选择球化剂的含镁量时,一般高温球化铁液时(1500~1550℃)选用Mg稍低点的球化剂(镁5%~6%),低温球化铁液时(1400~1450℃)选用Mg稍高点的球化剂(镁6%~8%),这样可以控制球化反应的平稳性,获得合适的残留镁量。在实际生产时,在温度差别不是很大时,车间为了操作方便,往往不会这么严格地区分,一般采用合理覆盖球化剂,控制加入量的方式,来控制球化爆发的平稳性,以获得合适的残留镁量。
  稀土元素球化能力次于镁,国内球化剂中的稀土含量一般分为高量(7%~9%) 、中量(4%~6%)和低量(1%~3%)三档。相比之下国外球墨铸铁大量使用电炉熔炼,采用脱硫工艺,所以主要采用低Mg(2.5%~6.0%)低RE(<2.0%)的球化剂。因而球化反应平稳,球墨圆整度较高。
  稀土有轻稀土和重稀土之分,国内生产普通球墨铸铁主要以铈(Ce)、镧(La)为主的轻稀土球化剂,但是随着对重稀土的不断研究,其在厚大断面球铁中已经开始使用,而且使用效果良好,可以有效地克服厚断面大型球墨铸铁件易出现球化衰退、断面敏感性强、断面中心部位力学性能低等问题。
  钙一般在球化剂中是限量元素,适量(电炉用一般采用2%~3%Ca)可以控制球化剂在铁液中的吸收与反应速度。但是要注意过量的钙,不仅球化剂熔化慢,而且还会导致石墨向蠕虫状发展,尤其是大断面球墨铸铁,因此在大断面球铁生产中一定要注意球化剂中钙的控制,球化剂中的钙低还有一个直观反映是球化后浇包里面渣子少。
  钡在球化剂中是为了发挥稀土、镁、钙元素的协调作用,降低稀土和镁的含量,使球化效果更好。钡作为石墨化元素与镁一起可降低镁在高温下的蒸汽压,提高镁的吸收率,增加单位体积球墨铸铁的石墨球数,强化孕育的效果,抑制碳化物的形成。
  2.铁、硅的含量
  硅和铁是球化剂中的基本成分,是熔炼合金时配入的,改变它们的含量能调整球化剂的密度和熔点。稀土镁硅铁球化剂中的硅一般在40%~50%,熔点为1220℃,Si低、Fe高则熔点升高,密度增大。Si过于低(Fe必高),球化剂难以熔解,而且这种球化剂在熔炼时,终点温度高,Mg的烧失较大,所含MgO量可能较多。当需多用球墨铸铁回炉料时,宜使用压制的低Si 或“无Si”球化剂。
  二、球化剂的品质要求
  球化剂的品质是决定球墨铸铁能否稳定生产的一个重要因素。优质球化剂必须具备:化学成分稳定,波动小;合金纯度高,MgO含量低;合金组织致密;粒度分布均匀合理等。
  1.化学成分
  球化剂的化学成分要做到稳定波动小,否则会严重影响球墨铸铁生产的质量稳定性。成分中尤其要注意Mg、RE的波动值。国标规定各个牌号中Mg、RE的含量允许偏差为±1%。评价球化剂的首要内容是该球化剂中Mg、RE实际含量偏离名义含量的幅度大小。一般好的球化剂,偏差应控制在±0.2%~±0.3 %。在这里需要说的是球化剂厂家供应的球化剂中的RE类型以及比例是否稳定可靠,对于球墨铸铁生产厂家来说很重要。比如某厂曾作过对比试验,球化剂仅RE不同,分别为单一Ce和Ce+La,结果含Ce+La的石墨球数明显增多,缩松倾向减小。
  2.MgO含量
  球化剂中的球化元素必须是活性的。如果它们被氧化或硫化,将失去球化能力。因此在生产球化剂时,要避免球化元素被氧化或被硫化。氧化、硫化程度越强,球化剂的球化效果越差。因而在生产球化剂时,对球化剂中MgO的含量要给予特殊的注意。
1993年新国标中规定MgO<1%,但是根据许多优质球化剂厂家生产的球化剂MgO检验结果,以及球墨铸铁生产厂家的实际使用来看,MgO控制<0.50%可以获得需要的有效镁量,有利于球化质量的稳定性。清华大学的盛达认为,球化剂中的氧化镁含量随镁的变化而变化的,用单一1.0%的氧化镁含量控制所有球化剂是不适当的,控制指标应改为MgO%/Mg%≤0.1+0.02。
  3.断口密实程度
  观察球化剂断口, 可以直观分辨球化剂的优劣。优质球化剂色灰兰略黄,断口组织致密,断口呈金属光泽(见图1a),劣质球化剂断面致密性差,有气缩孔、夹渣等异物,断面灰暗(见图1b)。
  合金锭断口要致密,不要出现大范围缩孔、气孔和夹渣,否则合金的密度会降低。合金的致密度降低,合金未熔化前已漂浮到了液面,爆发激烈,不仅影响球化质量,而且也影响安全。