灰铸铁中铌铁溶解过程研究

铌与碳极强的亲和力使其在铸铁及相似的高碳熔池中的回收变得复杂化。在铁合金或熔炼界面快速形成一层铌的碳化物其溶解情况决定了铌在熔池中的回收率。通过对铌铁溶解过程的研究进一步确定铌在铸铁中的行为。


1实验材料及设备

根据制动盘性能以及铸造工艺要求，红外热像仪实验用铌铁纯度为65%的标准铌铁铌铁的熔点范围为1580～1630℃(固相线和液相线温度)远高于铸铁略高于铸钢。铌与铁不发生放热反应。因此铌铁在铁水中不是熔化过程而是一个以界面扩散为基础的溶解过程。这个溶解过程需要一定时间根据实验条件将铌铁块加工为大小为Ф5mm×30mm的圆柱型。

实验设备包括10kg中频感应电炉每次试验熔炼量为7kgФ35mm×150mm砂铸型实验前砂型预热到200℃铁水过热到1500℃浇注。分析仪器包括4XB金相显微镜、扫描电镜、MCO120-MHV-2000型显微硬度计等。


2实验结果及分析
对铌铁溶解扩散的研究分为水平方向和垂直方向。扩散层的宽度为80～150μm在界面扩散前沿存在着大量的细小石墨。
研究发现，粗糙度仪在水平扩散前沿方向上石墨中的碳与扩散前沿的铌发生作用形成了铌的化合物从而使石墨变得细小卷曲石墨受铌铁的蚕食分解情况。
在远离扩散前沿方向上的石墨形态受到的影响不大。
线扫描分析及显微硬度测试结果表明，光照度计在水平扩散方向上铌在珠光体基体中的固溶度逐渐降低离扩散径向方向越远铌含量越低当铌含量很低的时候其对石墨组织的形态影响不大这与前人及本课题组之前所做单铌成分研究的结果一致。
对比研究表明铌铁在垂直方向上的溶解扩散情况与在水平方向上相似。在垂直扩散方向上由于扩散温度条件较水平扩散情况要高扩散层的宽度也相对宽些约为200～300μm在界面扩散前沿同样存在着一定数量的细小石墨。
在远离扩散前沿方向上的石墨形态受到的影响不大。线分析及显微硬度测试结果表明在垂直扩散方向上铌在珠光体基体中的固溶度逐渐降低离扩散径向方向越远铌含量越低当铌含量很低的时候其对石墨组织的形态影响不大这与水平扩散情况一致。

无论是水平扩散还是垂直扩散研究结果均表明铌对珠光体基体组织的影响在于使组织细化但对珠光体量基本没有影响靠近扩散前沿方向上的珠光体基体组织远离扩散前沿方向上的珠光体基体组织。在扩散前沿由于铌含量较高珠光体基体明显得到了细化片层间距得到了缩短。此研究结果与前人及本课题组所做单铌成分研究的结果一致。


3结论
1)铌铁在铁水中不是熔化过程而是一个以界面扩散为基础的溶解过程。在扩散前沿上铌与石墨中的碳相互作用使得石墨形态变得细小卷曲在远离扩散方向上由于铌含量较低石墨形态受到的影响不大。
2)在垂直方向上由于扩散温度较水平方向上高其扩散层的宽度也较大即垂直方向上更有利于铌铁的溶解扩散。
3)研究表明铌对珠光体基体的影响在于使其细化从而提高了材料的强度。

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