球墨铸铁铸件生产技术 球化元素概述 球墨铸铁的球化元素（2020）.pptxVIP

球 化 元 素（2020） 宋娟目 录CONTENTS一球化元素概述二镁球化元素三稀土球化元素四钙球化元素一、球化元素概述球墨铸铁是一种具有优良机械性能的灰口铸铁。一般在浇注之前，在铁液中加入少量球化剂（通常为镁、稀土镁合金或含铈的稀土合金）和孕育剂（通常为硅铁），使铁液凝固后形成球状石墨。球墨铸铁的强度和韧性比其他铸铁高，有时可代替铸钢和可锻铸铁，在机械制造工业中得到了广泛应用。如何判定各元素的球化能力？元素的球化能力可以从在铸铁不同的纯净度和冷却速度下获得球状石墨的难易来判定（表1）。表1 某些元素的一些性质及其对Fe-C-Si合金中石墨形态的影响表中符号：+肯定；-否定； (+)未肯定；(—)未否定；？不定。从表1可知：1.有较强的球化能力的元素有镁、钇、铈和钙，它们可以使工业铸铁获得球状石墨。2.有球化能力的元素有铒、镱、钬、镧等，它们也可以使工业铸铁获得球状石墨。3.在一定条件下具有球化能力的元素有锂、钍、锶、钡、钠和钾，它们只有在不含硫的Fe -C或Fe -C- Si合金中有球化能力。4.球化能力很弱的元素有锌、镉、铝、锡等，它们只有在不含硫以及快冷的条件下才具有球化能力，这些元素球化条件极苛刻，因而不能做为工业球化剂。5.各球化元素的球化能力与特点镁、钇、铈、钙和其他稀土元素中，镁的球化能力最强。其次是钇，它要求高碳过共晶成分，钇的抗衰退能力强。铈的球化能力稍差，它要求过共晶成分，铈的抗干扰能力很强。钙的球化能力较差，它要求低硫铁液，处理后球铁白口倾向较小。钇、铈、钙都要求在较高温度下处理，反应平稳，但反应动力学条件较差，尤其是钙。因此，这几种球化元素各有特色。为发挥各自的长处，弥补其弱点，可采用含镁和其他球化元素的复合球化剂。球化元素有哪些共同特征呢？球化元素的要求有那些？（1）有1或2个价电子，与氧、硫有很高的亲合力，生成稳定化合物。（2）在铁和石墨晶格中溶解度小，以致表现出明显的偏析倾向。 脱硫、脱氧能力强是做为球化元素的一个必要条件，但还不是充分条件。多数球化元素沸点低，在铸铁熔化温度下有较高的蒸气压，但铈、钇例外。目前工业上应用的球化元素有镁、铈和钇等稀土元素以及钙。二、镁球化元素1.镁的基本性质镁属碱土金属，蕴藏量约占地壳总重的2.1%，主要矿石有菱镁矿（MgCO3）和白云石（CaCO3 MgCO3）。镁原子量24.32，固态镁呈密排六方晶格。工业纯镁比重1.74，熔点651℃，沸点1107℃。 镁的原子半径比铁大得多，故不溶于铁。镁的化学性质非常活泼，能和铁液中的大多数组分起反应，形成Mg2C、Mg2Si、Mg3 P2、MgS、MgO等一系列化合物而放出大量的热。随温度升高，镁蒸汽压急剧上升（表2），在通常的球化处理温度下可达6~10大气压。表2 镁蒸汽压与温度的关系温度（℃）110711501200125013001350140014501500压力（大气压）11.4452.1733.0834.3455.9848.09110.7214.03镁促成球状石墨的形成首先与它脱氧去硫的作用有关，镁与氧、硫作用时的自由能远负于铁，即镁在铁液中有很强的脱氧、去硫能力。2.镁的球化原理3.镁作为球化剂的优点（1）镁的球化能力最强，获得的石墨球圆整。（2）镁在铁液中有很强的脱氧、去硫能力，加镁处理的结果，使铁液中硫减少80%~90%，氧下降40%~50%。（3）标准状况下，形成的MgO和MgS都是高熔点的化合物，比重又远小于液态铁液，因而容易从铁液中上浮。（4）镁的沸点低，加入铁液后迅速蒸发，引起铁液剧烈的翻腾，铁液中的气体、夹渣向镁蒸汽泡扩散或吸附被带出铁液，铁液大为净化。（5）镁做球化剂也能够放宽对铁液的限制，处理工艺性较好。4.镁作为球化剂的缺点（1）抗干扰元素能力差。（2）沸腾反应恶化了劳动条件。（3）抗衰退能力不如钇。（4）恶化球墨铸铁的铸造性能，使球墨铸铁铸件形成夹渣、缩松、皮下气孔等缺陷的倾向增加。三、 稀土球化元素稀土元素在地壳中的含量约0.015%。其中在地壳中含量较多的为铈、钇、镧。稀土元素并不稀少，地壳中稀土含量比锌、铅、锡、钼、钨及金、银、铂多几十倍或几百倍，比常见的铜、铅还要多。我国稀土资源丰富，储藏量居世界首位。为发展稀土镁球墨铸铁提供了可靠的物质基础。1.稀土元素的基本性质稀土元素指周期表第ⅢB族中的17个元素。稀土元素包括原子序数57（镧）到71（镥）的镧系元素，以及与镧系元素化学性质十分相近的钪（原子序数21）和钇（原子序数39）。稀土矿铈钇铽镧稀土元素是典型的金属，具有金属光泽，在大气中容易氧化失去光泽。大部分稀土金属均为密排六方晶格，其中某些金属在高温下转变为体心立方晶格。稀土金属随原子量增高，密度、熔点大致呈增高的规律。所有的稀土金属在高于300℃下氧化。一般在高