【有色金属】碳热法稀土硅铁合金的显微组织.pdf

第卷增刊2
中国有色金属蝉报
998年9月
Vol 8 Suppl. 2
The Chinese Ournal of Nonfertmos Metal
Sep, 1998
碳热法稀土硅铁合金的显微组织
涂撬峰任存治李喜材张成枰郫竹资
(东北大学材料与阳金学院,沈?110060
摘利用X射线行射、扫描电镜和电子探针等分析手段对碳热还原法稀土硅鏃合佥的物相及
显微组织进行了分析,合金中的主要物相为Si,RFSi2和FeS2;对合金中的单质鞋醵带网状结构,RE-
S2与S和RESE2与 Fesiz I两类共晶組织进行了校为详细的讨论,这二种组织形成了合金稳定的结树。
同时对合金中的主要杂质元素Ca,4和Ba的存在形式进行了初步定,Ca主要以固溶态的形式存
在,A和Ba主要以化合物形式存在。在此基础上说明了显微组织结枘对合金性能的影响。
关词稀土稀土硅铁合金显微组织
我国是生产与应用稀土硅铁合盘景早的国为样品,合金熔体在鳟铁模中自然柃却。以典
家之一,但是至今仍以电硅热法为主[。由于型的含RE30%的合金为代表,其成分见表1。
在炉膛内形成熔渣或者曦化物炉瘤,采用碳热
1希土硅鉄念的化学成分%」
法将导致合金质量和全部生产经济技术指标严
元 RE Si Al Ba Ca Ti Mn Fe
重恶化2-“。近几年,我们经重新确立还原过
含量30.158.21,73.91.30.150.10余量
程中的理论,解决了碳热还原法生产工艺中的
难题,实现了长期稳定的工业化生产l。
用该种方法生产出的稀土硅铁合金与电硅
合金经粉碎和研磨后在理学D/mnxr-B型
热法生产的在物理化学性质上有明显的差异,X射线行射分析仪上进行物相分析。按金相制
在使用性能上也得明显提高(?,成功地解决禅方法进行膳平和机械抛光,对样品进行形
了合金粉化间题及由此而带来的存储和使用过貌、面扫描和线扫描分析,所用设备为岛髀
程中的不便门,这与合金的显微组织有一定的EPM810型电子探针分析仪。
内在联系。
无论是电硅热法还是碳热法稀土碓铁合2实验结果及分析
,国内外研究者都认为铁硅相的相转变是造
成合金粉化的主要原因之一[3,,并从显微组2.1相分折
织结构的角度进行了研究(29,对硅的含量进
图1为合金粉未的X射线衍射图谱,证明
行了限織,不能超过44%[。但是用文献[5]合金中的主要物相组成为S,RESi2和FesS2
的方法生产的稀土硅铁合金硅含量已大大超出相,没有观察到其它物相的谱线,表明其它物
该值,但并不粉化门,关键在于显组织结构相的相对含量是极少的。
的控制。
2.2显微组架
从元素含量及相的分布看(图2),该合金
实验方法
的组织为:单质硅是合金中的主体相,大部分
以薄片状独立形式存在,这是由于此合金中含
采用氯碳铈精矿、硅石、碳质还原剂为原有较多的硅,从化学计量上看,除去部分与
料,在7000kVA矿热炉内生产稀土硅铁合金稀土和形成RES2和FeSi2之外,尚有大量
中国有色金属学报
1998年夕月
热法稀土硅铁合金中,由于不存在単质碓,因
此没有这种结构。
2.3共晶组织特征
图3为合金显微组织的形貌和主要元素面
分布。RES2和i的共晶组织特征为:在连续
分布的硅相(黑色)中分布誉形状、大小不一的
不规则形态的RESi2相(白色)。它的形成可能
6050403020是由于Si和RESi2具有光滑界面和非光滑界
26(°)
面,领先的非光滑界面相将超越光滑界面相而
图1土铁含金X射线衍射谱
任意生长,它超越之后就会迫使滞后生长的光
滑界面相应的发生歧化,从而得到不规则形态
的显微组织。此外,这种不规则的形态也可能
是由于?生长时各向异性造成的。由于这种
共晶呈复杂的形态,在显徽磨面上表现出好象
是分散的第二相,因此极易造成惜觉。在RE-
S二元系中,这一共晶组织是稳定的。
FeSi2与RFSi2的共晶组织特征为:在连
续分布的FeSi2相(灰色)中规则分布着RESi2
相(白色),这种共晶组织的形成是由于在凝固
过程中FeSi2相在熔体中忧先形核和生长(a
相),随后RESi2相(β相)又形核和生长,两相
2稀土硅铁合金显從组织SEM照片(65×)
交替地形核和生长,形成了这种规则分布的共
的硅富余,而硅的熔点为1420℃,是合金中晶组织。在图3f中,RFS2相呈樺状形式排
所有相及各种组织中熔点最高的,因此在结晶列,而图3a中RFSi2呈近似球状分布,事实
过程中单质硅首先结晶出来,并连成了网状结上,这两者是同一分布,只不过结晶取向不
构。在这种并不十分规则的网状结构间分布着同。在这种共晶组织中不存在铁硅相的相转
形状不ー、大小各异且分布不规则的块状和条变,因此,不会有相变引起的应力作用,从而
状的RFSi2及FeSi2相;同时还存在两种不同导致合金粉化。
类型的共晶组织,即由稀土硅化物(RFSi2)相2.4Ca,Al和Ba的分布
与单质硅(Si)相构成的金属-非金属型共晶组
图4为与图3a向一视场下的Ca,AI和Ba
织及稀土硅化物(RESi2)相与铁硅化物(FeSi2)的面分布,从图4(a)中可以看出一部分钙以固
相构成的金属金属型共晶组织。
溶物的形式富集在某些稀土硅化物相中,且有
单质硅网状组织在文献[2]中被认为是枝在晶界偏析的趋势,另一部分钙则分布在其它
晶组织,这是因为研究者所取的视场所致。Si相中(包括一部分稀土硅化物相)。钡除了有可
在其生长过程中由于各向异性往往以薄带能以BaSi2的形式存在以外,更多的是与铝和
111晶体的形态生长,如果从薄带的垂直截硅形成化合物。
面观察,则可以看到枝晶组织特征,而从平行
图5为该化合物的线扫描分析照片,从中
于薄带某一单质硅晶体的{11界面观察,则可以观察到这种化合物中还含有少量的铈而不
可看到片状的晶面,事实上,在合金的宏观断含钢,这种现象在其它稀土-碱土合金中也观
面上用肉眼即可同时观察到这两种特征。在碰察到过?。同时这种化合物的化学计量不十