球墨鑄鐵黑渣缺陷分析

黑渣(硅酸鎂渣)是一種以MgO和SiO2復合形成的化合物為主體、并含有硫化物、氧化物、鐵、碳以及少量硫、鈣、錳所形成的熔渣。從形態上看,這種熔渣呈塊狀、條索狀或細碎狀。塊狀黑渣常和漂浮石墨結合在一起,尺寸由幾百微米到幾毫米,鄰近渣區的石墨大部分是片狀或蠕蟲石墨。繩索狀黑渣多半是在鐵水流動時形成,一般多出現在鑄件上部。其附近的石墨多數呈爆裂狀或蠕蟲狀,更遠處有不規則石墨或片狀石墨。單個細碎黑渣體積比較細小,成群地存在于鑄件各處,沒有漂浮石墨的區域也有這種渣存在。渣區附近存在不規則石墨,鄰近渣區氧含量很低。

    硅酸鎂渣在光鏡下呈暗黑色,常稱為黑渣。

    黑渣的主要組成物是MgO、SiO2組成的復化合物硅酸鎂(2MgO·SiO2或 MgSiO3)和非晶質硅酸鹽。硅酸鎂被稱為鎂橄欖石。在黑渣中的質量分數約為25%~30%。除了鎂橄欖石以外,黑渣中還含有 FeSiO4(鐵橄欖石)。MgSiO3和 FeSiO4或以聚合狀態或以游離狀態存在于鐵水中。上述成分的熔渣熔點較高,成為鐵水中的固態渣。

    含有鎂和硅的球化合金中鎂大部分以Mg2Si形式存在。合金中的Mg2Si在高溫鐵水中瞬間即行燃燒,殘留物為MgO和硅。硅進一步氧化生成的SiO2與MgO反應,可能產生兩種產物:

   2MgO+SO2—>Mg2SiO4(鎂橄欖石)

   MgO+SiO2—> MgSiO3(頑輝石)

    當MgO和SO2符合2MgO·SiO2化合比或MgO過剩時反應產物絕大多數為Mg2SiO4,反之則 MgSiO3生成量增加。我們希望盡量減少渣中 Mg2SiO4量,因為Mg2SiO4含量少的熔渣,易于浮至鐵水表面而被清除。

    爐前處理完畢的鐵水應盡快澆注。因為鐵水停留時間延長,硅的氧化物增多,而且Mg2SiO4的陽離子被鐵離子置換,置換下來的鎂可能又進入新的硅酸鹽,增加黑渣數量。

以硅酸鎂為主體的熔渣量隨加鎂量增加而增加。加鎂0.15%時,熔渣總量約占鐵水重量的0.1%。球化劑中硅含量低時,Mg2SiO4、晶態和非晶態氧化物均減少。即使球化劑不含硅,上述物質仍存在。球化劑中含有鈰或重稀土元素,明顯減少黑渣的生成量。殘余鎂量超過0.06%時,黑渣量明顯增加。MgS不是構成黑渣的物質,但它容易和黑渣聚合,增加黑渣體積。

黑渣是影響球墨鑄鐵質量的缺陷,應盡力使之減少或消除。主要的消除方法是在鐵水中加入占鐵水重量0.05%~0.1%的鋁冰晶石(Na3AlF6)。高溫下冰晶石能溶解鐵水及熔渣中的鎂、硅、鈣、鐵、鋁的氧化物,氧化物在冰晶石中溶解后形成熔點較低的液態熔渣。鐵水澆注前鎮靜幾分鐘,熔渣浮于鐵水表面再加些除渣劑或氟化鈣,使渣呈聚集狀態,即可順利扒除。對減少鑄件中的黑渣十分有效。

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              2021年10月30日