[科普中国]-稀土硅铁

简介

稀土硅铁合金作为钢铁中的变性剂是十分有效的。我国是开发、生产与应用稀土硅铁合金最早的国家之一。但是至今仍采用单一的电硅热法。该法总能耗较高；在冶炼过程中为剖造良好的还原条件，需加入大量的石灰造渣和调整炉渣碱度．冶炼渣量比较多，稀土收率较低；产品中Ca、A1的含量较高。在国外，稀土铁合金和碱土铁合金基本上是采用碳热述原法来熔炼的．这种方法由于利用便宜的矿石原料和在大容量的矿热炉中直接制取合金，可以大大降低产品的成本，但是，通常由于在炉膛内形成熔渣或者碳化物炉瘤，会碰到相当的困难。导致合金质量和全部生产技术经济指标严重恶化 。我国也曾作过有益的尝试。

稀土硅铁合金一般含稀土17%－37%，Si35%－46%，Mn5%－8%，Ca5%－8%，Ti6%，其余为铁。合金为银灰色，熔点为1473－1573℃。

稀土铁合金呈块状，有金属光泽，坚硬而脆，易粉碎。稀土硅铁合金呈银灰色。稀土硅铁镁合金在银灰色基体中闪烁着蓝色光泽。稀土中间合金密度为4.5－4.7g/cm3，熔点为1200－1260℃。

高铬白口铸铁作为抗磨材料, 已经在矿山机械、农业、建材等行业得到广泛应用。目前, 高铬铸铁存在的问题是其耐磨性和韧性在特定的工况下不能达到良好配合。我国稀土资源丰富, 通过稀土变质处理来使高铬铸铁的组织达到细化, 并配以相应的热处理工艺来改善其性能。稀土加入量为0.9%左右时, 高铬铸铁的耐磨性和韧性达到最佳配合1。

制备方法硅铁是以焦炭、钢屑、石英(或硅石)为原料，用电炉冶练制成的。硅和氧很容易化合成二氧化硅。所以硅铁常用于练钢作脱氧剂，同时由于SiO2生成时放出大量的热，在脱氧同时，可提高钢水温度降底练钢的能原消耗。硅铁作为金元素加入剂，广泛用于低合金结构钢、合结钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，常用来制造单晶硅或配制有色金属合金。硅铁在钢工业、铸造工业及其他工业生产中被广泛应用。

稀土硅铁改善高铬铸铁共晶碳化物的形态稀土硅铁能细化晶粒, 适量的稀土硅铁可以改善高铬铸铁共晶碳化物的形态。加入0.3%稀土硅铁时, 长条状碳化物变短使共晶碳化物碎化。当稀土硅铁含量达到0.9%时, 条状碳化物进一步变短, 且趋向于孤立, 均匀分布, 但仍有部分条状碳化物的存在。但当稀土硅铁含量超过0.9%时, 共晶碳化物开始粗化。

加入稀土硅铁变质处理对高铬白口铸铁硬度影响不大, 这是因为硬度主要与碳化物有关稀土硅铁变质量的增加, 冲击韧性和耐磨性都出现蜂值, 因为高铬白口铸铁中共晶碳化物变小, 且变得圆钝, 基体组织也相应的细化但是随着稀土硅铁含量的增加, 硅含量增加, 且分布在相界面, 使晶面结合力降低, 易使碳化物与基体分离。二者的综合作用导致了这一峰值的出现1。

物理化学性质的测定各元素的化学分析采用国家规定的通用方法(部分数据为有色金属研究总院提供)。密度的测定采用直接阿基米德法。考虑到稀土硅铁合金有一定的水化性．液体介质选用分析纯甘油 采用冷却曲线法测定熔化温度范围，合金装入石墨坩埚中，上面覆盖RE2O2 一REF3熔渣，并在氧气(>99．9% )保护下进行 ，以上两项均在ZC-1600(冶金综合测试仪-1600)上进行。物相分析在岛津x—ray衍射分析仪上进行。

稀土合金的粉化性稀土硅铁合金的粉化现象影响其储存和使用，并将降低其性能，也是碳热法所要解决的核心问题之一。粉化的方法制得的稀土硅铁合金在空气中放置一年半后无粉化现象，完好如初，表面保持良好的银灰色金属光泽；合金放入水中时，能观察到较明显的气泡析出现象，五分钟后基本终止，连续浸泡三个月后，也投有粉化现象，取出后仍然保持致密的组织，水中无残留物，但表面颜色发暗，无金属光泽。

总结适度的稀土硅铁变质处理对高铬白口铸铁冲击韧性与抗磨损性, 则有显著提高, 最大将提高。稀土硅铁的最佳加入量约为0.8-1.0%,超过此量, 导致冲击韧性及耐磨性将下降2。