球墨铸铁石墨球核心组成及形核机制的研究.pdf

2012
o.61No.4
FOUNDRY
357
新材料·新工艺
球墨铸鉄石墨球核心组成及形核机制的研究
中志清,国学雷,郑洪亮,李桐桐,徐岩,许荣福,张宁2
(1.山东大学材液固结构演变与加エ教育部重点实验室,山东济南250061;
2.北京航星机器制造公司,北京100013)
摘要:通过浇注相同球化剂、不同孕育剂处理的球墨铸铁禊形和激冷试样,采用F-SEM对石墨球核心的形貌、尺寸、
物相组成进行分析,对核心物质与石墨的失配度进行计算。结果表明,石墨球核心形状各异,主要有球形、锥形以及
片状。核心的尺寸为0.6-7m。核心物质主要由硫化物、氧化物、碳化物等组成。石墨球异质核心既有单个核心结构,
也有双重和多重核心。大部分核心物质与石墨的失配度8低,可以直接成为石墨形核衬底,但SiO2与石墨失配度高,需
要SiC结合オ能间接成为石墨形核衬底。
关键词:球墨铸铁;石墨球核心;异质形核;形核机理
中图分类号:TG143.5文献标识码:A文章编号:1001-4977(2012)04-0357-05
Phase Composition and Nucleation Mechanism of
Spheroidal Graphite Nucleus in Ductile Iron
SHEN Zhi-qing, TIAN Xue-lei ZHENG Hong-liang, LI Tong-tong, XU Yan, XU Rong-fu, ZHANG Ning
(1. Key Laboratory for Liquid-solid Structural Evolution&Processin of Materials Ministry of Education, Jinan 250061
Shandong, China; 2. Beijing Hangxing Machinery Manufacturing Corporation, Beijing 100013, China)
Abstract: The morphology, size and composition of spheroidal graphite (SG)nuclei were researched by
casting a series of different samples which were treated by the same nodulizer and different inoculants
Wedge and chill test pieces used for chemical analysis were cast. The observation of the SG nucleus was
done by using of FE-SEM. The results indicate that the morphologies of SG nuclei are different, including
spherical, conical, polygonal and so on. The SG nucleus consist of sulfide, oxide and carbide, and the size is
about 0.6-7 wm. Not only single core but also double and multiple cores are found in SG nuclei. The
mismatch between most nuclei compounds and graphite is small, so compounds are good nucleating sites for
SG. For the 6 between the Sio2 and graphite is large, Sio2 can act as spherical graphite substrate only after the
combination with Sic
Key words: ductile iron; spheroidal graphite nuclei; heterogeneous nucleation; mechanism of nucleation
石墨球化率对球墨铸铁有重要影响作用。球化率为六边形的 Almg2s Si2 Nso Benjanin!?研究发现,石墨球
提高,不但可以提高球墨铸铁的抗拉强度、伸长率等异质核心存在Si、Ca、P及S的富集,形核物质主要是
力学性能,还可以有效抑制菜氏体、缩孔、片状石墨CeO2、Fe2O、MgO,尺寸主要在2~5m。 Jacobs等
的产生习。石墨球的数量是影响球化率的重要因素,人对1um夹杂进行能谱测定后提出,核心质点具有双
因此如何提高石墨球的数量成为提高球墨铸铁性能的重结构,芯部为(Ca、Mg)S型硫化物,外壳是一层
重要手段。核心是石墨球形成的基础,通过研究核心(Mg、Al、Si、Ti)氧化物。 Skalandの等对双重结构形
的组成及形核机理,可以为球铁生产提供理论依据,核物质深入研究后确定石墨球核心为六边形的双重结
以提高球墨铸铁的力学性能。几十年来,人们采用了构,芯部为(Ca、Mg)S,外壳是复式硅酸盐MgO-SiO
各种检测技术对石墨球的核心进行检测。
和2 Mgo. Sio2,复式硅酸盐与石墨的失配度大,形核势
Hideo认为石墨球异质核心主要是MgS、RES、垒高,石墨不易在其上形核。尽管经Mg处理后的铁液产
CaS及SiO2,并且核心的尺寸为0.1~1um。 Horie间、生很多 Mgo Sio2及2MgO,SiO基底,但不能期望生成较
Lalich间等研究稀土对石墨球形核的作用,认为石墨球多的石墨核心。只有经过孕育的铁液,石墨才能大量析
的核心是稀土硫化物。 Solberg研究发现,石墨球核心出。孕育后反应产物XO-SiO2和 XO. Al,O、2SiO2等六方
基金项目:2009年度山东省优秀中青年科学家科研奖励基金计划(BS200977005)。
收稿日期:2011-12-12收到初稿,2012-01-10收到修订稿。
作者简介:申志清(1984-),男,硕士生,主要从事球墨铸铁中石墨球形核机制的研究。电话:0531-88392727,E-mail:zishen2l4@163.com