鐵液中的氣體對鐵液狀態的影響

在1600℃、1atm下（標準大氣壓≈1.01MPa）氫在熔化純鐵中的平衡溶解量為26ppm，但當熔體凝固時溶解量急劇下降到7ppm。如果多余的19ppm的氫未能釋放到大氣中而留在鐵液中，氫氣孔則作為缺陷出現在鑄件中。在鑄鋼中，氫的溶解度更低。在最后凝固部位只要有12ppm多的氫就會產生超過1atm的壓力，這就足以產生氣孔。與此相反，由于碳和硅降低氫在鐵液中的溶解量（氫的活度升高），在碳質量分數為3.5%、硅質量分數為2.3%的鐵液中，1600℃時溶解的氫為15ppm，1200℃時則減少到7.5ppm，在共晶凝固后的固體中則降到5ppm，多余的2.5ppm的氫被凝固時析出的石墨吸收，很難形成氣孔缺陷。不過白口鑄鐵凝固時，由于氫不溶解于滲碳體內，易形成氣孔。

    需要注意的是水蒸氣會提高氫的溶解量。根據埃利奧特的研究，在1600℃水蒸氣分解成氫和氧溶解在金屬熔液中，即使在水蒸氣分壓極低的情況下，如水蒸氣的分壓等于0.01atm，一旦金屬液中的O的濃度達到0.003%，將有27ppm的氫溶解于金屬液中。因各種燃料在燃燒時產生相當高的蒸氣分壓，氫阻礙石墨化的傾向強烈，因此，不要在較高的PH2O下保存熔化的鑄鐵液。

    氮在鑄鐵中的溶解量與氫相似。1600℃在純鐵中溶解量為450ppm，這是相當高的，凝固時氮在δ鐵中的溶解量大幅下降，過剩的氮從鐵中釋放出來，形成氣體缺陷。在鑄鐵中含有較多的C和Si，因此氮在鐵液和γ鐵中的溶解量明顯下降。有趣的是，在鑄鐵中氮在γ鐵中的溶解量要比在共晶鐵液中的溶解量大。因此氮在鐵液中即使達到過飽和，也難以生成氮氣引起的氣孔。更重要的是與氮相關的石墨化問題。鐵液中含氮量的微小差別也將會顯著影響鐵液的性質。鐵液中存在兩種類型的氮，即以原子狀態溶解在鐵液中的氮和氮化物中的氮。石墨化作用和氣孔缺陷主要與以原子狀態溶解在鐵液中的氮有關，因此按照總含氮量來評價熔化金屬的性質是不正確的。

氣體元素中，氧在鐵液中的溶解度最小，容易與其他元素生成化合物，它的影響也是最復雜的。由于按氧的分布狀態分別定量是特別困難的，所以研究氧對熔化金屬性質、狀態的影響有一定的困難。在氧對石墨化影響的問題上，存在著促進和抑制兩種相反的觀點。

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技術參數

              南京諾金高速分析儀器廠

        2022年12月3日