稀土镁在球墨铸铁生产中的作用

陈柏旭

镁、稀土和钙在铸铁中都有使石墨球化的作用。作为实际应用的球化剂，就它们各自的综合评价而言，镁是居于首位的。铸造小编获悉在以镁作主要球化元素的条件下，配以适当的稀土，可以得到更好的球化效果。
  
　　1.脱硫、脱氧

　　镁、稀土和钙，它们在铁液中都有很强的脱硫、脱氧作用。
  
　　就元素与硫、氧作用生成硫化物和氧化物的自由能而言，稀土(铈)和钙的脱硫、脱氧能力都比镁强。但是，镁的沸点为1107℃，进入铁液后迅速气化，对铁液有强烈的搅拌作用。同时，溶于铁液中的气体易于向气泡中扩散、析出，从而被气泡带出。铁液中的氧化物、硫化物夹杂也易于被气泡吸附并排出。考虑到反应动力学方面的因素，在铁液中，镁脱氧、脱硫的作用实际上强于稀土(铈)和钙。

  
　　2.对铸铁白口倾向的影响有其两面性

　　溶于铁液的稀土，促进形成碳化物的作用很强，是反石墨化元素，但是，在以镁为主的球化剂中配以少量的稀土，却可以使铸铁的白口倾向大为减轻;在加入量较多的情况下，却会增强铸铁的白口倾向。这种看似矛盾的现象，实际上并不矛盾，其原因是：稀土与硫、氧结合的能力很强，少量的稀土很快就与铁液中的硫和氧作用，形成大量细小的硫化物和氧化物，为铸铁的石墨化提供了大量异质晶核，使石墨球的数量大幅度增加，便于铁中的碳向石墨球扩散，从而抑制白口的生成。如果稀土加入量较多，除与氧和硫作用的以外，还有多余的溶于铁液，这部分稀土就会增强铸铁的白口倾向。

  
　　3.抑制干扰元素的作用

　　球墨铸铁中，有一些元素起反球化的作用，通常称之为干扰元素。干扰元素大致可分为两类：
  
　　一类，有人称之为消耗型干扰元素，如硫、氧等，都易于与当前广泛应用的各种球化元素形成化合物。镁、稀土和钙都可以脱硫、脱氧，消除它们的负面影响，当然本身也要因此而消耗掉一部分。
  
　　球化剂中含有稀土时，其硫化物和氧化物稳定性很高，粒度细小，在铁液中难以上浮，而且这些化合物与石墨晶格的失配度很小，可作为石墨析出的异质核心。球化剂镁的氧化物MgO的熔点高，稳定性好，在铁液中的溶解度低，但粒度稍大，可以上浮到表面成为浮渣，也可能被卷入铸件内部成为夹渣。同时，硫化镁(MgS)的密度低，易于上浮到铁液表面，但其稳定性较差，与氧接触后会形成氧化镁，将硫释放回铁液、再次与铁液中的镁反应。这种反应的不断发生，是单用镁作球化剂时球化易于衰退的主要原因之一。用稀土(铈)作球化剂时，衰退现象就不这么明显，形成夹渣的倾向也较小。
  
　　另一类是偏析型反球化元素，如钛、锑、铅、钒、铋等，在铸铁发生共晶转变时富集于共晶团之间，使石墨的形状畸变。镁抗干扰元素的能力差，而稀土元素抑制这类干扰元素有害作用的能力很强，铸铁中残留铈量(质量分数)为0.008%时，就能有效地控制干扰元素的反球化作用。所以，以镁为主的球化剂中加入稀土，可减缓球化衰退，而且形成夹渣的倾向也较小。