[科普中國]-稀土硅鐵

簡介

稀土硅鐵合金作為鋼鐵中的變性劑是十分有效的。我國是開發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用稀土硅鐵合金最早的國家之一。但是至今仍采用單一的電硅熱法。該法總能耗較高；在冶煉過程中為剖造良好的還原條件，需加入大量的石灰造渣和調(diào)整爐渣堿度．冶煉渣量比較多，稀土收率較低；產(chǎn)品中Ca、A1的含量較高。在國外，稀土鐵合金和堿土鐵合金基本上是采用碳熱述原法來熔煉的．這種方法由于利用便宜的礦石原料和在大容量的礦熱爐中直接制取合金，可以大大降低產(chǎn)品的成本，但是，通常由于在爐膛內(nèi)形成熔渣或者碳化物爐瘤，會碰到相當(dāng)?shù)睦щy。導(dǎo)致合金質(zhì)量和全部生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)嚴(yán)重惡化 。我國也曾作過有益的嘗試。

稀土硅鐵合金一般含稀土17%－37%，Si35%－46%，Mn5%－8%，Ca5%－8%，Ti6%，其余為鐵。合金為銀灰色，熔點(diǎn)為1473－1573℃。

稀土鐵合金呈塊狀，有金屬光澤，堅(jiān)硬而脆，易粉碎。稀土硅鐵合金呈銀灰色。稀土硅鐵鎂合金在銀灰色基體中閃爍著藍(lán)色光澤。稀土中間合金密度為4.5－4.7g/cm3，熔點(diǎn)為1200－1260℃。

高鉻白口鑄鐵作為抗磨材料, 已經(jīng)在礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)、建材等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前, 高鉻鑄鐵存在的問題是其耐磨性和韌性在特定的工況下不能達(dá)到良好配合。我國稀土資源豐富, 通過稀土變質(zhì)處理來使高鉻鑄鐵的組織達(dá)到細(xì)化, 并配以相應(yīng)的熱處理工藝來改善其性能。稀土加入量為0.9%左右時(shí), 高鉻鑄鐵的耐磨性和韌性達(dá)到最佳配合1。

制備方法硅鐵是以焦炭、鋼屑、石英(或硅石)為原料，用電爐冶練制成的。硅和氧很容易化合成二氧化硅。所以硅鐵常用于練鋼作脫氧劑，同時(shí)由于SiO2生成時(shí)放出大量的熱，在脫氧同時(shí)，可提高鋼水溫度降底練鋼的能原消耗。硅鐵作為金元素加入劑，廣泛用于低合金結(jié)構(gòu)鋼、合結(jié)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、耐熱鋼及電工硅鋼之中，常用來制造單晶硅或配制有色金屬合金。硅鐵在鋼工業(yè)、鑄造工業(yè)及其他工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。

稀土硅鐵改善高鉻鑄鐵共晶碳化物的形態(tài)稀土硅鐵能細(xì)化晶粒, 適量的稀土硅鐵可以改善高鉻鑄鐵共晶碳化物的形態(tài)。加入0.3%稀土硅鐵時(shí), 長條狀碳化物變短使共晶碳化物碎化。當(dāng)稀土硅鐵含量達(dá)到0.9%時(shí), 條狀碳化物進(jìn)一步變短, 且趨向于孤立, 均勻分布, 但仍有部分條狀碳化物的存在。但當(dāng)稀土硅鐵含量超過0.9%時(shí), 共晶碳化物開始粗化。

加入稀土硅鐵變質(zhì)處理對高鉻白口鑄鐵硬度影響不大, 這是因?yàn)橛捕戎饕c碳化物有關(guān)稀土硅鐵變質(zhì)量的增加, 沖擊韌性和耐磨性都出現(xiàn)蜂值, 因?yàn)楦咩t白口鑄鐵中共晶碳化物變小, 且變得圓鈍, 基體組織也相應(yīng)的細(xì)化但是隨著稀土硅鐵含量的增加, 硅含量增加, 且分布在相界面, 使晶面結(jié)合力降低, 易使碳化物與基體分離。二者的綜合作用導(dǎo)致了這一峰值的出現(xiàn)1。

物理化學(xué)性質(zhì)的測定各元素的化學(xué)分析采用國家規(guī)定的通用方法(部分?jǐn)?shù)據(jù)為有色金屬研究總院提供)。密度的測定采用直接阿基米德法?？紤]到稀土硅鐵合金有一定的水化性．液體介質(zhì)選用分析純甘油 采用冷卻曲線法測定熔化溫度范圍，合金裝入石墨坩堝中，上面覆蓋RE2O2 一REF3熔渣，并在氧氣(>99．9% )保護(hù)下進(jìn)行 ，以上兩項(xiàng)均在ZC-1600(冶金綜合測試儀-1600)上進(jìn)行。物相分析在島津x—ray衍射分析儀上進(jìn)行。

稀土合金的粉化性稀土硅鐵合金的粉化現(xiàn)象影響其儲存和使用，并將降低其性能，也是碳熱法所要解決的核心問題之一。粉化的方法制得的稀土硅鐵合金在空氣中放置一年半后無粉化現(xiàn)象，完好如初，表面保持良好的銀灰色金屬光澤；合金放入水中時(shí)，能觀察到較明顯的氣泡析出現(xiàn)象，五分鐘后基本終止，連續(xù)浸泡三個月后，也投有粉化現(xiàn)象，取出后仍然保持致密的組織，水中無殘留物，但表面顏色發(fā)暗，無金屬光澤。

總結(jié)適度的稀土硅鐵變質(zhì)處理對高鉻白口鑄鐵沖擊韌性與抗磨損性, 則有顯著提高, 最大將提高。稀土硅鐵的最佳加入量約為0.8-1.0%,超過此量, 導(dǎo)致沖擊韌性及耐磨性將下降2。