?

　　不銹鋼件易導(dǎo)致的鑄成瑕疵之一是相紙，它存有于模具角質(zhì)下，一般在模具淬火和噴丸清掃后，甚至是在研磨加工后才能發(fā)現(xiàn)，因此這種鑄成瑕疵常常導(dǎo)致原材料、機(jī)加工時(shí)、能源的浪費(fèi)，據(jù)歷史文獻(xiàn)[1]，為開(kāi)發(fā)新式機(jī)床，要求生產(chǎn)抗位氣壓達(dá)300MPa的灰不銹鋼。為達(dá)至高氣壓，在DAT160上要加大量廢鋼，以減少不銹鋼的碳钚，抗拉氣壓提高了，但是隨之而來(lái)的因相紙瑕疵導(dǎo)致仿曬大大提高。相紙是如何逐步形成的，如何防止，成為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品首先要解決的問(wèn)題。

　　1 相紙逐步形成機(jī)理

　　據(jù)歷史文獻(xiàn)[2]，逐步形成相紙的原因，主要取決于3方面。

　　（1）鐵液中的含風(fēng)量越高，梅西縣逐步形成相紙。

（2）非自發(fā)氣核的多少。相紙是由于在鐵液中逐步形成的液體來(lái)不及逸出模具外面逐步形成的?？勺鰹橐后w氣核的有鐵液中夾雜物以及與模具碰觸的瑙脂表層上存有的蕗蕨（蕗蕨直徑在Loiron至幾百微米之間，再大將被鐵液充填，不能作為氣核），它們會(huì)成為液體逐步形成的氣核，則模具易逐步形成相紙瑕疵，如果在面砂斑籽一些三氧化二鐵細(xì)粉，當(dāng)鐵液注入瑙脂后，會(huì)在型壁處逐步形成一層玻璃態(tài)硅酸鐵，氣核大為減少，可以減少模具逐步形成相紙的理論性。

　?。?）鐵液粘滯的大小

　　鐵液粘滯與逐步形成相紙的液體居合體濃度有關(guān)。

　　液體居合體的壓力與鐵液中含風(fēng)量成正比，含風(fēng)量越高梅西縣逐步形成相紙。反過(guò)來(lái)講，同樣的鐵液含風(fēng)量，鐵液粘滯越小，則梅西縣逐步形成相紙。據(jù)歷史文獻(xiàn)[1]，用于生產(chǎn)高氣壓灰不銹鋼的低碳钚鐵液，實(shí)測(cè)粘滯為402.7dyne/cm。

由于用75FeSi對(duì)不銹鋼展開(kāi)孕育出，使鐵液中含有微量鋁,圖1表明少量鋁會(huì)減少鐵液粘滯,當(dāng)鐵液中含鋁量在0.%時(shí),粘滯降至最低,含鋁量再高,表層力提高。

　　圖1中給出了一條虛線，凡粘滯大于650dyne/cm，則模具不會(huì)出現(xiàn)相紙。

　　如果在模具澆鑄前，于CQ45能快速測(cè)鐵液的粘滯，就可以預(yù)測(cè)澆鑄的鑄保護(hù)區(qū)5上能否導(dǎo)致相紙。如查有逐步形成相紙的危險(xiǎn)性，及時(shí)采取工藝措施，避免因相紙瑕疵導(dǎo)致的損失。

　　2、提高灰不銹鋼液粘滯的措施

　　根據(jù)歷史文獻(xiàn)［4］，鐵液中C、Mn、Si、P等元素濃度變化時(shí)單廂對(duì)鐵液粘滯導(dǎo)致影響，但當(dāng)濃度變化不大時(shí)，影響較小，而鐵液中含氧量增高，粘滯會(huì)在為減少。

如果鐵液粘滯太低，有逐步形成相紙瑕疵傾向時(shí)，可選用含鋁較高的焦炭做育劑，或選用新式高效孕育出劑，減少孕育出劑的重新加入量?？蛇x用含油氣焦炭的復(fù)合型孕育出劑參看歷史文獻(xiàn)［1］，對(duì)高氣壓低碳钚鐵液，重新加入0.5% Si-Fe+0.3%1#油氣硅時(shí),原鐵液濃度由95.1%×10-4%,粘滯402.7dyne/cn,變成濃度為38.2×10-4%,粘滯達(dá)854 dyne/cn,模具相紙瑕疵消解。

　　重新加入0.3%左右的FeSiRE21,使鐵液脫氧、脫硫，從而提高了鐵粘滯，消解了模具逐步形成相紙理論性。

　　3 粘滯與模具中硅型態(tài)的關(guān)系

為科學(xué)研究鐵液粘滯與不銹鋼硅形狀之間的關(guān)系，本科學(xué)研究在電爐中熔化鐵液，DAT160為100%首鋼Z14生鐵，原鐵液化學(xué)成分ω（%）為：3.39C, 1.39Si, 0.69Mn, 0.076P, 0.149S。當(dāng)鐵液環(huán)境溫度達(dá)至1450℃時(shí)，展開(kāi)蠕化（或球化）處置，選用包底坑沖入法，處置后加一定量75SiFe展開(kāi)孕育出處置，將處置后鐵液倒入經(jīng)預(yù)熱的10號(hào)硅坩堝中，扒出表層電爐，填入熱電偶測(cè)溫，打開(kāi)惰性氣體瓶，使氣路充滿惰性氣體，調(diào)節(jié)氣體流量達(dá)至合適值，下?lián)u管壁滾輪器，使管壁碰觸鐵液冷卻液，歷史記錄鋒面計(jì)中噴水冷卻液高度計(jì)h始，上移百分表，使百分表芯桿端部與滾輪器下表層碰觸，將百分表盤旋至零點(diǎn)，下降管壁填入鐵液一定深度，由有分表歷史記錄h1，觀察鋒面計(jì)噴水高度計(jì)的最大值，歷史記錄h末。如此展開(kāi)粘滯測(cè)定并計(jì)算，每次測(cè)量10個(gè)粘滯數(shù)值，取平均值做為試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)后澆鑄Φ30mm試棒，用QRMg8RE7及FeSiRE21兩種，以相同配比、相同重新加入量處置鐵液，以期得到多種硅型態(tài)。

　　通過(guò)80余爐試驗(yàn)，科學(xué)研究了粘滯、鐵液環(huán)境溫度與不銹鋼硅結(jié)晶間的關(guān)系，其結(jié)果如表1、表2與圖2。

　　表1中65#為不加變質(zhì)劑的灰鐵鐵液，為使含硅量與其它各爐大致相同，向鐵液斑籽了1.17%Si展開(kāi)孕育出。

　　根據(jù)表2中的環(huán)境溫度、粘滯和硅型態(tài)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，在以粘滯-鐵液環(huán)境溫度坐標(biāo)系中得出了3條曲線（見(jiàn)圖2），它們將坐標(biāo)平面分成了4個(gè)區(qū)域，各自代表著相同類型硅型態(tài)。

線1以下為普通柱狀硅不銹鋼區(qū)，當(dāng)鐵液粘滯大于線1，而小于線2時(shí)，硅片比較細(xì)小，進(jìn)而隨著粘滯增高而出現(xiàn)柱狀硅+蠕墨+球墨，但達(dá)不到不含柱狀的蠕墨不銹鋼狀態(tài)。鐵液粘滯達(dá)線2，則柱狀硅完全消失，在其線附近，硅型態(tài)為75%~100%的蠕蟲(chóng)狀硅，而球狀硅占0~25%。粘滯高于線2而低于線3時(shí)，則隨著粘滯增加，硅晶體中球化率增高，蠕化率減少。當(dāng)粘滯達(dá)線3時(shí)，球化率高達(dá)90%以上。線上部區(qū)域，為球墨不銹鋼區(qū)域?？梢?jiàn)，隨著粘滯增高，硅結(jié)晶將相應(yīng)由柱狀轉(zhuǎn)變成蠕蟲(chóng)狀，進(jìn)而變成球形。

　　表1灰鐵及加球化劑后鐵液的化學(xué)成分

　　爐次

　　附加劑重新加入量（%）

　　處置后鐵液化學(xué)成分ω（%）

　　Si

　　Mg

　　RE

　　C

　　Si

　　S

　　Mg

　　RE

　　35

　　2.12

　　0.094

　　0.576

　　0.025

　　0.019

　　0.061

　　50

　　1.35

　　0.090

0.245

　　3.60

　　2.7

　　0.028

　　0.026

　　0.061

　　19

　　2.12

　　0.094

　　0.576

　　3.54

　　4.05

　　0.024

　　0.027

　　0.121

　　76

　　1.27

　　0.032

　　0.216

　　0.026

　　0.020

　　0.104

　　42

　　1.35

　　0.067

　　0.310

　　3.25

　　2.51

　　0.027

　　/

　　/

　　41

　　1.55

　　0.080

　　0.440

　　3.35

　　2.44

　　0.025

　　0.016

　　0.065

　　40

　　2.12

　　0.094

　　0.576

　　0.023

　　/

　　/

　　11

　　1.17

　　0.054

　　0.531

　　3.65

　　2.01

　　0.027

　　0.019

　　0.045

　　73

　　1.27

　　0.032

　　0.216

　　0.029

　　0.019

　　0.069

　　77

　　1.27

　　0.032

　　0.216

　　0.026

　　0.021

　　0.104

　　75

　　1.27

　　0.032

0.216

　　0.026

　　0.017

　　0.049

　　67

　　1.25

　　0.028

　　0.211

　　3.54

　　2.31

　　0.027

　　0.029

　　0.040

　　68

　　1.26

　　0.028

　　0.211

　　3.79

　　2.29

　　0.030

　　0.022

　　0.074

　　32

　　1.70

　　0.128

　　0.348

　　0.028

　　0.031

　　0.045

　　57

　　1.25

　　0.028

　　0.211

　　3.65

　　2.16

　　0.029

　　0.023

　　0.052

　　59

　　1.25

　　0.028

　　0.211

　　3.91

　　2.10

　　0.031

　　0.023

　　0.044

　　58

　　1.25

　　0.028

　　0.211

　　3.73

　　2.00

　　0.037

　　0.021

　　0.033

　　54

　　1.27

　　0.024

　　0.277

　　3.60

　　2.22

　　0.041

　　0.023

　　0.044

　　46

　　1.18

　　0.056

0.204

　　3.72

　　2.23

　　0.029

　　/

　　/

　　52

　　1.31

　　0.032

　　0.236

　　3.65

　　2.26

　　0.033

　　/

　　/

　　31

　　1.54

　　0.117

　　0.268

　　0.031

　　0.027

　　0.063

　　65

　　1.17

　　/

　　/

　　3.65

　　2.07

　　0.053

　　/

　　/

　　注：上述各種鐵液的含錳量為0.67%~0.71%，含磷量為0.071%~0.080%

　　表2 鐵液粘滯、環(huán)境溫度與硅型態(tài)對(duì)照表

　　爐號(hào)

　　環(huán)境溫度/℃

　　粘滯/(dyne/cm)

　　硅型態(tài)

　　35

　　1 340

　　1 273

　　4%蠕

　　95%球

　　52

　　1 340

　　1 255

　　100%球

　　19

　　1 360

　　1 207

　　10%蠕

　　90%球

　　76

　　1 362

　　1 169

　　10%蠕

　　90%球

　　42

　　1 372

　　1 135

　　5%蠕

　　95%球

　　41

　　1 381

　　1 151

　　10%蠕

90%球

　　40

　　1 383

　　1 172

　　10%蠕

　　90%球

　　11

　　1 340

　　1 061

　　20%球

　　80%蠕

　　75

　　1 359

　　1 015

　　25%球

　　75%蠕

　　77

　　1 364

　　993

　　20%球

　　80%蠕

　　73

　　1 364

　　1 007

　　25%球

　　75%蠕

　　67

　　1 380

　　1 022

　　20%球

　　80%蠕

　　68

　　1 385

　　1 062

　　5%球

　　95%蠕

　　31

　　1 360

　　990

　　20%球

　　80%蠕

　　32

　　1 380

　　972

　　5%球

　　95%蠕

　　57

　　1 342

　　1 157

　　40%球

　　60%蠕

　　59

　　1 340

　　1 153

　　35%球

　　65%蠕

　　58

　　1 358

　　1 144

　　30%球

　　70%蠕

　　54

　　1 362

　　1 137

　　35%球

　　65%蠕

　　46

　　1 360

　　1 155

　　50%球

　　50%蠕

　　52

　　1 363

　　1 153

　　50%球

　　50%蠕

近代科學(xué)研究認(rèn)為，不銹鋼硅型態(tài)和鐵液的表層張國(guó)之間沒(méi)有直接關(guān)系，它和硅晶體與鐵液間的界面張力存有著一定關(guān)系。也就是說(shuō)，鐵液粘滯增加，不見(jiàn)得硅型態(tài)就一定轉(zhuǎn)變，例如向鐵液中重新加入鋁，當(dāng)鐵液中含鋁量大于0.1%后，鐵液粘滯隨含鋁量增大而增高，但硅仍為柱狀（可參見(jiàn)圖1），那么，在什么樣條件下才能出現(xiàn)上述的試驗(yàn)結(jié)果呢？

　　從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只要保持原鐵液的化學(xué)成分大致相同，只改變球化元素和（或）油氣元素重新加入量，則硅型態(tài)與粘滯就有如前述關(guān)系，如何解釋這種關(guān)系呢？下面試作粗淺分析。

有歷史文獻(xiàn)指出了鐵液中碳、硅、錳、磷、硫及含氧量對(duì)粘滯的影響。這些元素變化對(duì)鐵液粘滯都有影響，其中C、Si、Mn、P四元素濃度少量變化對(duì)粘滯影響較小，而S、O濃度變化，影響則顯著。含硫量由0.1%增至0.2%，粘滯要降100dyne/cm;含氧量由0.1%增至0.2%，粘滯要降200dyne/cm。本實(shí)驗(yàn)中C、Si、Mn、P等元素大致不變，則鐵液的粘滯主要取決于鐵液中硫和氧濃度的變化，兩者濃度減少則粘滯增高。

眾所周知，不銹鋼中球化元素鎂和（或）油氣元素濃度增加，硅型態(tài)隨著發(fā)生變化。當(dāng)原鐵液中不含鎂或含鎂量＜0.001%時(shí)，是典型柱狀硅；隨著含鎂量增加至0.007%、0.011%，進(jìn)而至0.013%，柱狀硅變短、變細(xì)，進(jìn)而變成片墨+蠕墨+球墨。當(dāng)含鎂量增至0.016%時(shí)，硅則變成蠕蟲(chóng)狀，再增加含鎂量，球墨量增加，蠕墨量減少。當(dāng)含鎂量增至0.033%時(shí)，則全部成球狀硅。

　　球化元素是化學(xué)性質(zhì)活潑元素，重新加入鐵液中后，首先是脫氧、脫硫，使兩者濃度減少，其后果是鐵液粘滯提高。

　　把上述分析綜合起來(lái)不難看出，其它元素濃度基本不變的條件下（這和車間穩(wěn)定生產(chǎn)某種不銹鋼件時(shí)情況是一致的），鐵液中球化元素增加，其粘滯也要增高。因此根據(jù)鐵液粘滯的大小，就可以判斷不銹鋼結(jié)晶后的硅型態(tài)。在本試驗(yàn)條件下，粘滯為900dyne/cm以下時(shí)，為柱狀硅；粘滯在1000dyne/cm左右時(shí)，為蠕化率大于75%的蠕蟲(chóng)狀硅；當(dāng)粘滯為1 150~1 250dyne/cm時(shí)，硅呈球狀。

　　4結(jié)論

（1）不銹鋼件導(dǎo)致相紙的理論性與鐵液的粘滯有關(guān)，鐵液粘滯低，逐步形成相紙的理論性大。

　?。?）在澆鑄模具前，如能測(cè)得鐵液粘滯數(shù)值，對(duì)預(yù)防模具是否導(dǎo)致相紙瑕疵很有意義。可以及時(shí)采取工藝措施，避免模具中相紙瑕疵的導(dǎo)致。

　　（3）在一定條件下（不銹鋼中其它元素濃度基本保持不變，僅更球化元素鎂和油氣的濃度），試驗(yàn)結(jié)果證明，鐵液的粘滯和不銹鋼凝固后硅的結(jié)晶逐步形成有一定關(guān)系，即隨著鐵液粘滯的增加，硅從柱狀硅轉(zhuǎn)變成蠕蟲(chóng)狀，進(jìn)而成球狀。

（4）在本試驗(yàn)條件下，粘滯為90dyne/cm左右時(shí)，硅呈片在狀，當(dāng)粘滯為1000dyne/cm左右時(shí)，硅為蠕化率大于75%的蠕蟲(chóng)狀，當(dāng)粘滯達(dá)1150-1250dyne/cm時(shí)，硅呈球狀。