98文献综述

毕业设计（论文）文献综述题目Ba、Sb复合孕育对HT300灰铁组织及性能的影响专业材料成型与控制工程班级成型105班学生周会财指导教师徐锦锋教授2014年文献综述1《钡、锑复合孕育对HT300灰铁组织及性能的影响》文献综述一．前言1.1灰铸铁灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80%以上。灰铸铁碳量较高（2.7%～4.0%），可看成是碳钢的基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；珠光体一铁素体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。铁素体灰铸铁是在铁素体的基体上分布着多而粗大的石墨片，其强度、硬度差，很少应用；珠光体灰铸铁是在珠光体的基体上分布着均匀、细小的石墨片，其强度、硬度相对较高，常用于制造床身、机体等重要件；珠光体—铁素体灰铸铁是在珠光体和铁素体混合的基体上，分布着较为粗大的石墨片，此种铸铁的强度、硬度尽管比前者低，但仍可满足一般机体要求，其铸造性、减震性均佳，且便于熔炼，是应用最广的灰铸铁。灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。HT300为珠光体类型的灰铸铁。其强度高，耐磨性好，但白口倾向大，铸造性能差，需进行人工时效处理。用于机械制造中重要铸件，如床身导文献综述2轨、车床、冲床及受力较大的床身、主轴箱齿轮等；还可用作高压油缸、泵体、阀体等以及镦模、冷冲模和需经表面淬火的零件。1.2孕育处理铁液浇注以前，在一定的条件下（如一定的过热条件下、一定的化学成分、合适的加入方法等），向铁液中加入一定量的物质（孕育剂）以改变铁液的凝固过程，改善铸态组织从而达到提高性能为目的的处理方法，称之为孕育处理。在生产高强度灰铸铁时，往往要求铁液过热，伴随而来的必然是成核能力的降低，因此，往往会在铸铁组织中出现过冷石墨，甚至还会有一定量的自由渗碳体存在。孕育处理能降低铁液的过冷倾向，促使铁液按稳定系共晶进行凝固，同时对石墨形态亦会发生积极影响。孕育处理的目的在于，促进石墨化，降低白口倾向；降低断面敏感性；控制石墨形态，消除过冷石墨；适当增高共晶团数和促进细片状珠光体的形成，从而达到改善铸铁的强度性能及其他性能的目的。铸铁孕育剂使用已有近80年的历史。第一次世界大战期间,在德国用于炉前添加硅铁粉时意外地发现,铸铁白口减少,组织致密性提高。到20世纪三四十年代,这种工艺被确定下来,并被命为为“孕育”。五六十年代相继出现了Ba墨化孕育剂及Cr、Ni的稳定孕育剂,后来,又出现了硅钡孕育剂、含锶孕育剂以及复合孕育剂等。孕育剂推动了高强度灰口铸铁的发展,完善了蠕墨铸铁、球墨铸铁的生产工艺。20世纪90年代以后,国内孕育剂的研究与应用有了长足发展。在借鉴国外技术的基础上逐渐发展了锶硅铁孕育剂、稀土孕育剂、硅钡孕育剂、碳系孕育剂以及铸态球铁专用孕育剂等,极大地丰富了孕育剂的品种和铸铁生产实践,满足了不同生产工艺对孕育剂的要求。孕育可以细化石墨,促使球铁石墨圆整,减少或消除激冷,防止表面游离渗碳体的形成,均匀组织,提高力学性能等。孕育的目的不同,对孕育剂的要求也不尽相同。有的以石墨为主,有的以提高机械强度为主,有的想获得综合效果,而且熔炼条件不同,铁液性质不同,则处理文献综述3工艺也有所不同。只有对孕育剂特性的正确把握,才能合理选择和使用孕育剂。[1]孕育效果的评估，常用白口倾向的减少、共晶团数的增加以及过冷度的降低来进行孕育效果的评定。白口倾向的评定：常用孕育前后的炉前三角试样的白口宽度大小（或深度）来评定孕育的效果。孕育前后的白口差别越大，说明效果越好。共晶团数：在工艺条件相同的条件下才能以此来评定孕育的效果，因工艺条件改变时，共晶团数会有很大的变化。一般在试样上测定孕育前后的共晶团数，藉以衡量孕育前后成核程度的差别。测定共晶过冷度：铁液孕育后，成核能力显著提高，因而共晶过冷度降低，一般亦可以以孕育前后的过冷度大小比值来衡量孕育效果。比值越大，孕育效果越好[2]二．课题国内外研究现状2.1常用的灰铸铁孕育剂目前，用于处理灰铸铁的孕育剂品种繁多，但广泛应用的还是75硅铁。近年来，对薄壁铸铁的需求日益增多，对孕育处理的要求也更为严格，在铸铁碳当量较低的情况下，采用含锶、钡、铋、锆或某种稀土元素的孕育剂，能较好地控制薄壁处的白口倾向。还有报道说，采用含钡、铋和稀土元素的孕育剂，可减缓孕育的衰退。此外，碳质孕育剂的应用近来也日渐增多。关于孕育剂的选用，虽然已进行了大量的研究工作，但还不足以形成普遍适用的准则。(1)75硅铁75硅铁是最常采用的孕育剂，其中的铝、钙含量对孕育效果有重要的作用，有报道说，不含铝、钙的硅铁对灰铸铁的孕育作用很小，甚至没有作用。一般认为：在铁液中，铝和钙会与氧、氮反应，形成高熔点的化合物，成为石墨结晶的核心。而且，加入孕育剂后，铁液中可形成局部的富硅微区，有利于石墨析出。采购孕育用硅铁时，不能不考文献综述4虑其中铝和钙的含量。对于作孕育剂的75硅铁，美国相关标准规定含铝量为0.75～1.75％，含钙量为0．5～1．5％。我国标准GB／T2272—1987中有不同铝含量的75硅铁牌号，铝含量的上限值分别为0.5％、1.0％、1.5％和2.0％，含钙量的上限值则为1.0。但是，铁液中的铝含量不能太高，加入0.01％的铝，就可能导致铸件产生皮下气孔。选择孕育剂品种和确定孕育剂用量时，对此也应有所考虑。（2）含锶硅铁含锶硅铁消除白口的能力很强，特别有利于改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，使不同厚度处组织的差别更小，过冷组织只见于铸件的表层。目前，我国已有含锶硅铁供应，其中锶含量有0.6～1.0％和1．0～2.0％两种。一般可选用含锶0.6～1.0％的品种，锶含量过高则不能充分发挥其作用。含锶硅铁的加入量约为75硅铁的一半。(3)含钡硅铁含钡硅铁也具有很强的促进石墨化的能力，可改善薄壁铸件中石墨的形态分布状况，而且还有减缓孕育衰退的作用，处理时的用量也少于75硅铁。有报道说，加入过多的钡会使基体组织中铁素体含量增多，导致铸铁的强度降低。目前，我国也有含钡硅铁供应，其中钡含量一般为4～6％。国外有研究报告称，含铋的硅铁也具有与含钡硅铁类似的效果。（4）含锆硅铁锆有脱氧作用，有利于提高铁液的流动性，能减轻铸铁的白口倾向，促成均匀、细小的A型石墨。而且还有减缓孕育衰退的作用。我国也有含锆硅铁供应，但目前采用者还很少。（5）硅钡合金用含钡20～30％的硅钡合金作孕育剂，能显著降低铸铁的白口倾向，并可使保持孕育效果的时间增至30min左右，特别适用于大型铸件。处理时，合金加入量约为0.1％。（6）硅钙合金硅钙合金虽有很强的孕育作用，但是，除制成包芯线应用外，用粒状合金作铸铁的孕育剂并不太合适，其主要缺点是：密度远低于铁液，易于飘浮而影响其与铁液的作用；成渣倾向大；孕育作用衰退快；处理需用的加入量大，约为0.3～0.5％。文献综述5（7）稀土孕育剂稀土混合金属和稀土硅铁等含稀土金属的孕育剂，加入量适当时，孕育作用很强，其效果可以是75硅铁的若干倍，能有效地消除自口，并减缓孕育作用的衰退。如加入量过高，则可能使铸铁结晶时产生过冷，出现渗碳体组织。使用时必须严格控制用量。（8）碳质孕育剂碳质孕育剂主要用于铁液孕育前的预处理，一般都是结晶态的碳质材料。有研究报告称：对于灰铸铁，以85～90％的冶金碳化硅效果最好，晶态石墨也有效。预处理时的加入量一般为0.75～1.0％，应根据试验结果求得最佳值。[3]这其中，硅系复合孕育剂在铸造生产应用中面广量大,它的主要元素是Si,其次是Ca、Ba、Sr、Al、Ti、Zr、Mn、Cr、B、C、Bi、Sb、Ce、La等元素。除Si以外的元素,在孕育剂中的含量仅百分之几,孕育剂加入量最多为0.5%,由孕育剂进入铁液的元素含量要比合金化进入铁液的量少1～2个数量级,铸铁凝固以后,有的元素往往检测不到,所以很难用合金成分的增加来分析孕育的影响。[4]2.2钡在灰铁中的研究钡在铸铁中获得工业应用是始自60年代初，1962年美国Kessler取得了一项含Ba(2%)孕育剂专利；B．Lux等人首先研究了纯钡对Fe—C和Fe—C—Si等纯合金的孕育作用。之后，随着孕育铸铁和球铁的发展，对钡在铸铁中应用的研究更加深入，含Ba孕育剂在国外许多国家得到长足的发展，品种急剧增加，并已栅步形成标准化、系列化和商品化产品，应用范围也在不断扩大。我国对于Ba孕育剂的冶炼和应用研究也取得了可喜的成果经研究认为，由于Ba对O，S、P及N有很大的亲和力，并具有高的沸点和在铁合金中有大的表面活性，固而在铸铁中具有精炼作用和孕育作用。[5]2.2.1钡对铸铁组织及性能的影响钡硅铁在国内外铸造生产中已获得广泛应用,它显著改善铸件的性能,文献综述6抗衰退性强,对高牌号薄壁铸件有良好的孕育效果。在《钡对孕育铸铁组织的影响》一文中，通过选择含钡量不等的两种孕育剂(表1),在中频炉内熔化HT250铁水,孕育后铁水化学成份见表2。其碳当量(CE)约为3.53,共晶度(SC)约为0.81。采用冲入法孕育,使用的孕育剂粒度为3～5mm,加入量为0.25%。出铁温度1400～1420℃(光学高温计)。浇注三角试片、阶梯试样及抗弯试棒。铸型为湿型。金相试样取自弯断后的试棒。最后得出结论：a.钡对铸铁中各种组织有不同程度的影响,有利于A型石墨生成并细化石墨片,增加基体中珠光体数量和共晶团数,增加初生奥氏体枝晶数量并改善其形态和分布,有利于铸铁机械性能的提高;b.未发现Ba进入Fe或石墨的晶格,或为其提供异质核心。但Ba在奥氏体枝晶前沿等处有富集,对石墨的成核有促进和增加核心数的作用。[6]上文研究了钡对于铸铁机械性能的提高，而下文则讨论了钡孕育剂在抗衰退能力及对球墨铸铁力学性能影响，采用中颏感应电炉熔制HT250成分的铁液．在浇包中分别加入FeSi75及FeSi75Ba2两种孕育剂，其孕育时间分别为：lmin，3min，5min,8min，12min，14min．浇铸三角试片和Φ30x100的试棒各一个．观察自口宽度随孕育时间的变化；在显微镜下观察石墨大小、形态及分布随孕育时间的变化；用硫酸铜(4g)加盐酸(20ml)加水(20m1)腐蚀剂腐蚀观察共晶团个数随孕育时间的变化情况．图1为两种孕育剂孕育的铸铁，其自口宽度孕育文献综述7时间变化的曲线．从图l可明显看到：随孕育时间的延长，三角试片自口宽度逐渐增大，这说明两种孕育剂均发生了衰退；但二者的衰退速度是不同的．FeSi75Ba2孕育的铸铁的自口宽度始终小于用FeSi75孕育的铸帙的自口宽度．这表明FeSi75Ba2有比FeSi75更强的抑制白口倾向的能力。图2为经两种孕育剂孕育处理后，共晶团个数随时间变化曲线，可看出，共晶团个数随孕育时间的延长逐渐减少，同一时刻得到的共晶团个数始终都较使用孕育剂FeSi75Ba2的多，而使用FeSi75孕育的试样的共晶团数随孕育时间变化曲线的斜率大于FeSi75Ba2孕育的。用金相显微镜观察了两种孕育剂处理后不同孕育时间的石墨形态的变化，如图3所示。孕育时间为1～3分钟时，皆为A型石墨，但FeSi75Ba2孕育的A型石墨比FeSi75孕育的石墨细小；孕育时间为5分钟时，经FeSi75孕育的试样中，出现菊花状的B型石墨，而经过FeSi75Ba2孕育的试样中仍为A型石墨……总之可以看出，FeSi75Ba2明显提高铸铁的抗衰退能力。[7]文献综述8文献综述92.2.2钡含量的测定及含量探讨在认识了钡对铸铁组织及性能的影响之后，我们接下来就要深究钡