影響各種類型石墨形成的因素

影響各種類型石墨形成的因素

影響 A 型石墨形成的主要因素

1. 鑄鐵結(jié)晶過(guò)冷度 過(guò)冷度直接受冷卻速度、化學(xué)成分、及形核能力的影 響，但對(duì)造型線上大批量生產(chǎn)鑄件時(shí)，冷卻速度并不可以控制和管理。 在鑄件壁厚不是很均勻時(shí)，對(duì)于鑄件上的邊角薄小部位冷卻速度快， 過(guò)冷度大，但如果鐵液冶金質(zhì)量及孕育良好，并不會(huì)出現(xiàn)過(guò)冷石墨， 不過(guò)是石墨尺寸偏細(xì)小而已。

2. 鐵液中的非均質(zhì)核心的影響

正常情況下沖天爐熔化的鐵液中的 S含量 可以達(dá)到 0.06-0.15%左右，鐵液中的 S 和 Mn、Ca 等元素可以結(jié)合生 成 MnS、CaS等硫化物作為石墨形核的核心和以 SiO2 為外殼的晶核。 有的廠家用電爐熔化廢鋼加增碳劑的方法生產(chǎn)灰鑄鐵，鐵水中硫含量 0.03%以下，在灰鐵中硫含量并非越低越好，這樣就非常不利于產(chǎn)生大 量非均質(zhì)核心，從而容易造成石墨形態(tài)趨向于 D 型和 B 型，這種情況 下在電爐中加入適量硫鐵將硫含量提高至 0.07%左右即可。有關(guān)研究表 明，SiO2 晶體可以作為石墨結(jié)晶的外來(lái)晶核，在高于鐵液氧化皮形成 溫度時(shí)，析出的 SiO2 質(zhì)點(diǎn)不可能作為石墨核心，其原因在于鐵液尚未 進(jìn)入凝固時(shí)期， SiO2 內(nèi)有效結(jié)晶表面或隨時(shí)間延長(zhǎng)而溶解，或變?yōu)槿?渣而失去孕育能力。只有在凝固期間， SiO2 有一個(gè)晶質(zhì)表面，它既不 成渣，也不溶解，從而起到石墨核心的作用。要使析出的 SiO2 起到石 墨核心的作用，須具備以下三個(gè)條件：①應(yīng)合理加入含硅孕育劑②鐵 液中應(yīng)有足夠的氧（ 20-30ppm），以便形成有效的 SiO2 晶核。③加入 孕育劑和凝固之間的時(shí)間間隔應(yīng)為最短，隨流孕育完全可以滿足這個(gè) 要求。

3. 高溫靜置的影響 在大批量生產(chǎn)線作業(yè)的工廠一旦某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題， 會(huì)導(dǎo)致整條線停產(chǎn)，這時(shí)尚在電爐中的鐵液在平衡溫度以上長(zhǎng)時(shí)間過(guò) 熱后，鐵液中的自由氧及 SiO2 與鐵液中的 C 發(fā)生（SiO2+2C=[Si]+2CO （g）反應(yīng)，鐵液因 CO 揮發(fā)而貧氧。這樣的鐵液在澆注冷卻凝固時(shí)， 可能形成極少數(shù)的 SiO2 晶核，且其中一大部分很容易失去作用，成為 一種缺少晶核的鐵液，這樣的鐵液石墨化率會(huì)很低下，很可能形成 D 型石墨和鐵素體基體 [2]。若用孕育劑處理這樣的鐵液也不會(huì)有太好的 效果，因?qū)τ谛纬勺銐虻?SiO2 有效晶核來(lái)說(shuō)，還缺乏氧源。這就是為 什么長(zhǎng)時(shí)間高溫靜置的鐵液石墨化能力差的原因。此時(shí)對(duì)這樣的鐵液 重新加入部分生鐵廢鋼及回爐鐵等材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理即可。

4. 孕育劑的影響 在鐵液質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，孕育劑的加入方式有包內(nèi)加 入和包嘴隨流孕育兩種方式。包內(nèi)加入的方式一般在做球墨鑄鐵時(shí)使 用，因?yàn)榻?jīng)球化的鐵水白口傾向比較大，同時(shí)球化鐵水最好在 7 分鐘 內(nèi)澆注完畢，否則易發(fā)生球化及孕育衰退現(xiàn)象；在做灰鐵時(shí)以包嘴隨 流孕育的方式效果應(yīng)為最佳，孕育劑粒度 0.3-0.5mm，使用量?jī)H在 0.1-0.15%之間，加入時(shí)間與凝固時(shí)間的時(shí)間間隔為最短，這樣還完全 可以避免孕育衰退的發(fā)生。

影響 D 型石墨形成的因素 過(guò)冷石墨的形態(tài)特征是在奧氏體枝晶間分布著大量細(xì)小而無(wú)一定方向性的 近似點(diǎn)狀石墨。 首先由于鐵水缺乏形核因子或孕育效果的影響、 或鑄件本身壁薄 同時(shí)澆注后冷卻速度非常快， 造成結(jié)晶過(guò)冷度變大， 這樣的情況下都可能導(dǎo)致鑄 件形成 D 型石墨。具有 DTYPE 石墨組織的鑄件在清理機(jī)中清理時(shí)容易發(fā)生破損 和掉角現(xiàn)象。 所以正常情況下這種石墨組織應(yīng)盡可能避免。 目前部分空調(diào)器壓縮 機(jī)用氣缸鑄件本身就要求金相組織以 D 型石墨為主，所以在鑄造方法上有的采 用金屬型提高冷卻速度，同時(shí)加入 0.05-0.07%的 Ti 進(jìn)一步加大結(jié)晶過(guò)冷度，從 而促進(jìn) D 型石墨的形成。

影響 B 型石墨形成的因素 據(jù)有關(guān)資料介紹， B 型石墨就相當(dāng)于 D+A 的組合。首先由于受鐵水質(zhì)量或 孕育效果的影響 （在前文中已明確） 在鑄件的內(nèi)部最起初先形成了分枝多而且密 的 D 型石墨，隨著結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，在共晶轉(zhuǎn)變中釋放出結(jié)晶潛熱向周圍散出， 導(dǎo)致結(jié)晶過(guò)冷度降低， 故外層石墨生長(zhǎng)速率延緩， 石墨片又逐漸長(zhǎng)成了片狀， 而 且沿著熱流的方向長(zhǎng)成了輻射狀 [3]。再進(jìn)一步向外發(fā)展時(shí)，由于熱流已不再有 明顯的輻射方向性，故外圍又長(zhǎng)成了蜷曲的片狀 A TYPE 石墨。對(duì)要求 A TYPE 石墨比較嚴(yán)格的鑄件， 在鐵水冶金質(zhì)量及孕育處理方面必須嚴(yán)格管理和控制， 盡 量避免 D TYPE 石墨的形成，也即可避免 BTYPE 的發(fā)生。

影響 C 型石墨形成的因素 生產(chǎn)中鑄件出現(xiàn) C 型石墨一般有兩種情形， 一是生鐵遺傳性因素引起形成 C 型石墨，電爐本身過(guò)熱溫度低， 生鐵中的粗大石墨不能完全熔化， 但在沖天爐過(guò) 熱帶中過(guò)熱溫度可以達(dá)到 1700℃，生鐵中的粗大石墨基本可以熔化，所以一般 用沖天爐熔化的鐵水形成粗大石墨的幾率較低。 用電爐生產(chǎn)灰鑄鐵時(shí)所使用的生 鐵牌號(hào)控制在 18-22#鑄造生鐵較為恰當(dāng)；另一種情形就是目前很多廠家大批量使 用廢鋼加增碳劑用電爐直接熔化生產(chǎn)灰鑄鐵， 在澆注過(guò)程中電爐中儲(chǔ)存的鐵水中 的碳不可避免有部分被燒損， 為了不使初晶溫度進(jìn)一步提高， 作業(yè)者隨時(shí)向電爐 中補(bǔ)加部分增碳劑， 如果這部分增碳劑未能完全熔解即被倒出進(jìn)行澆注， 這樣將 有部分增碳劑進(jìn)入鑄件型腔隨其余鐵水一起結(jié)晶凝固， 這部分石墨就相當(dāng)于過(guò)共 晶成分鐵液先析出的初生石墨一樣， 其余游離碳進(jìn)一步附著并長(zhǎng)大， 從而形成粗 大的 C 型石墨。在生產(chǎn)中控制好補(bǔ)加增碳劑的熔解或著在時(shí)間允許的條件下采 取其它調(diào)質(zhì)措施即可解決此問(wèn)題。

A TYPE 石墨的形成必要條件：硫化物等非均質(zhì)核心及有效的 SiO2 為外殼的晶 核，鐵水中飽和平衡的含氧量及有效的孕育處理。

B TYPE 石墨即 D+A 的組合，加強(qiáng)鐵液質(zhì)量及孕育管理， 避免 D 型石墨生成， B 型石墨也會(huì)隨之減少。

C TYPE 石墨在鐵液質(zhì)量管理不好的狀態(tài)下在亞共晶成分鐵液中也會(huì)出現(xiàn)，必須 加強(qiáng)熔化原材料生鐵及未完全熔化石墨增碳劑的管理，避免粗大石墨生成。