原材料中针状碳化物在低铬白口铸铁中的遗传效应
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摘要
本文简述了金属遗传性的发展历程及研究现状，剖析了低铬白口铸铁磨球组织中因存在针状碳化物而引起破碎率高的原因。在深入分析原材料中针状碳化物的遗传效应对低铬白口铸铁组织与性能影响的基础上，以探讨针状碳化物的遗传机理，改善针状碳化物的不良遗传效应为宗旨，利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段深入研究了原材料及其相应的低铬白口铸铁中针状碳化物的组织形态、化学成分以及微观结构；并采用重熔、过热以及电磁搅拌三种工艺措施，探讨消除不良遗传物质——针状碳化物的最佳途径，为铸造合金遗传性研究以及提高耐磨材料的服役性能提供了理论依据。
通过对不同原材料中针状碳化物对低铬白口铸铁的遗传效应的研究，发现原材料中存在针状碳化物者，其获得的试样中也存在同样的组织，其中以全白口生铁和废机铁为主要原材料生产的低铬白口铸铁试样中针状碳化物遗传现象最为明显。分别对原材料及其制备的低铬白口铸铁中的针状碳化物进行化学成分分析及微观结构探讨得出，原材料中针状碳化物主要化学成分为C、Fe，低铬白口铸铁中针状碳化物化学成分为C、Fe、Cr：原材料及低铬白口铸铁中的针状碳化物其微观结构均为斜方晶格结构。这一论据有力地证明了针状碳化物具有明显的遗传效应。
在研究改善针状碳化物的遗传效应时分别采用重熔、过热、电磁搅拌三种工艺措施。研究结果显示，三种工艺措施都在不同程度上削弱了针状碳化物的遗传性。增加重熔次数使得针状碳化物尺寸减小，数量增加；提高熔炼温度和增大磁场强度，则使得针状碳化物尺寸减小，数量下降，电磁搅拌对针状碳化物的削弱作用明显优于重熔与过热，同时电磁搅拌对低铬白口铸铁力学性能的改善作用也强于重熔及过热处理。
In this paper, the history and present status of metal heredity were introduced and the reason that the low chromium cast iron showed high rate of reduction owing to the needle-like carbide were analyzed. Then, on the basis of studying the influence of the needle-like carbide heredity in the primary material on the structure and property of the low chromium cast iron, the hereditary mechanics of the needle-like carbide were analyzed and the poor hereditary effect of needle-like carbide were improved. The morphosis, constitution and micro structure of primary material and low chromium cast iron were detailedly investigated by means of optical microscope, SEM, TEM etc. The measures for removing the heredity of needle-like carbide were investigated using different technology, such as remelting, overheating and electromagnetic stirring. The theory was provided for studying the hereditary effect of casting alloy and increasing the service life of wear resistant material.
Through the research of the hereditary mechanism of needle-like carbide, it was found that the same structures were also found in the low chromium cast iron when there was needle-like carbide in the primary material. In particular, the hereditary effect of needle-like carbide in low chromium cast iron were most obvious when primary material was the complete chill pig iron or the returns. The constitution and the microstructure of the primary material were analyzed as well as the low chromium cast iron sample. The results showed that the elements in primary material were C and Fe and the needle-like carbides in the low chromium cast iron samples contains C, Fe and Cr. It is important the microstructure of needle-like carbide were both the orthorhombic in the primary material and low chromium cast iron sample. It was proved that needle-like carbide possessed the visible hereditary effect.
The improvement of hereditary effect of the needle-like carbide was studied by means of remelting, overheating and electromagnetic stirring. The results showed the above three kind of technologies all weakened the hereditary effect to some degrees, the needle-like carbide sizes were lessened and the quantities were increased with the remelting times. And also, the sizes and quantities of the needle-like carbides were decreased by increasing the melting temperature and the magnetic density. It was found that the influence of electromagnetic stirring on improving the heredity of needle-like carbides and the mechanical property of the low chromium cast iron was better than the remelting times and overheating temperature.
通过对不同原材料中针状碳化物对低铬白口铸铁的遗传效应的研究，发现原材料中存在针状碳化物者，其获得的试样中也存在同样的组织，其中以全白口生铁和废机铁为主要原材料生产的低铬白口铸铁试样中针状碳化物遗传现象最为明显。分别对原材料及其制备的低铬白口铸铁中的针状碳化物进行化学成分分析及微观结构探讨得出，原材料中针状碳化物主要化学成分为C、Fe，低铬白口铸铁中针状碳化物化学成分为C、Fe、Cr：原材料及低铬白口铸铁中的针状碳化物其微观结构均为斜方晶格结构。这一论据有力地证明了针状碳化物具有明显的遗传效应。
在研究改善针状碳化物的遗传效应时分别采用重熔、过热、电磁搅拌三种工艺措施。研究结果显示，三种工艺措施都在不同程度上削弱了针状碳化物的遗传性。增加重熔次数使得针状碳化物尺寸减小，数量增加；提高熔炼温度和增大磁场强度，则使得针状碳化物尺寸减小，数量下降，电磁搅拌对针状碳化物的削弱作用明显优于重熔与过热，同时电磁搅拌对低铬白口铸铁力学性能的改善作用也强于重熔及过热处理。
In this paper, the history and present status of metal heredity were introduced and the reason that the low chromium cast iron showed high rate of reduction owing to the needle-like carbide were analyzed. Then, on the basis of studying the influence of the needle-like carbide heredity in the primary material on the structure and property of the low chromium cast iron, the hereditary mechanics of the needle-like carbide were analyzed and the poor hereditary effect of needle-like carbide were improved. The morphosis, constitution and micro structure of primary material and low chromium cast iron were detailedly investigated by means of optical microscope, SEM, TEM etc. The measures for removing the heredity of needle-like carbide were investigated using different technology, such as remelting, overheating and electromagnetic stirring. The theory was provided for studying the hereditary effect of casting alloy and increasing the service life of wear resistant material.
Through the research of the hereditary mechanism of needle-like carbide, it was found that the same structures were also found in the low chromium cast iron when there was needle-like carbide in the primary material. In particular, the hereditary effect of needle-like carbide in low chromium cast iron were most obvious when primary material was the complete chill pig iron or the returns. The constitution and the microstructure of the primary material were analyzed as well as the low chromium cast iron sample. The results showed that the elements in primary material were C and Fe and the needle-like carbides in the low chromium cast iron samples contains C, Fe and Cr. It is important the microstructure of needle-like carbide were both the orthorhombic in the primary material and low chromium cast iron sample. It was proved that needle-like carbide possessed the visible hereditary effect.
The improvement of hereditary effect of the needle-like carbide was studied by means of remelting, overheating and electromagnetic stirring. The results showed the above three kind of technologies all weakened the hereditary effect to some degrees, the needle-like carbide sizes were lessened and the quantities were increased with the remelting times. And also, the sizes and quantities of the needle-like carbides were decreased by increasing the melting temperature and the magnetic density. It was found that the influence of electromagnetic stirring on improving the heredity of needle-like carbides and the mechanical property of the low chromium cast iron was better than the remelting times and overheating temperature.
引文
[1] 边秀房，刘相法，马家骥．铸造金属遗传性．济南：山东科学技术出版社，1999．1-31
[2] 李国安，李雪峰．TQ新型抗磨球铁、衬板研制．铸造技术，2002(4)：59-62
[3] 刘根生．变质处理和冷却速度对低铬钒钛白口铸铁组织和性能的影响．铸造，1997(9)：24-26
[4] 伺建南，吴菲．孟德尔的遗传真理观．南昌大学学报(社会科学版)，1997(3)：27-30
[5] Andre Levi. Heredity in Cast Iron. The Iron Age, 1927(6):960
[6] H. W. Gillett .Heredity in cast iron .Metals and Alloys AFA, 1934:15
[7] 1932(2) :5-6
[8] 2. 1948:480
[9] 1930(3):5-8
[10] J.Motz. Influence of trace elements on the structures and properties of modular iron casting.Giessereiforsching, 1976 (3):109
[11] 刘相法，边秀房．铝硅合金锭中气孔的遗传现象及控制．铸造，1994(4)：5-8
[12] Margerie J.C. The Notion of Heredity in Cast Iron .The Metallurgy of Cast Iron, 1974:546
[13] 刘相法，边秀房．中间合金变质效果的遗传效应．金属学报，1997(6)：32-35
[14] 顾景诚，孙兴信．原料组织遗传性对铝及铝合金显微组织的影响．轻合金加工技术，1995(4)：32
[15] 刘相法，边秀房．AlTiB中间合金细化效果的组织遗传效应．金属学报，1996(32)：2
[16] 刘相法．AlTiB中间合金遗传的研究：[博士学何论文]．山东工业大学：1997．6-7
[17] 1995:18
[18] 1967:199
[19] 1970:353
[20] 1980:192
[21] 1947 : 276
[22] 1959:557
[23] 1959:9
[24] 贾均，李培杰．合金液-固态结构遗传的研究和发展．94全国铸造铝合金熔铸金属及理论学术研讨会论文集，1994：1
[25] 李培杰，曾大本，贾均．铝砗合金中的结构遗传及其控制．铸造，1999(6)：10-14
[26] 1985(5):34-41
[27] 1986(5):47-51
[28] 李双寿，朱跃峰，吴群虎．原料组织遗传性及其再铸造铝合金中的应用．铸造，1999(8)：53-54
[29] 1991 (4): 4
[30] 李培杰，曾大本，贾均，等．合金熔体遗传现象的热力学分析．铸造，1999(10)：12-15
[31] 祁小群，李秀兵．WC颗粒增强高铬铸铁基表面复合材料喷射口衬板的研制．铸造技术，2002(9)：282-283
[32] 邵子平．球磨机衬板材料及热处理工艺．金属热处理，2002(9)：38-39
[33] 栾道成，魏成富，杨哿，等．铸态奥氏体-贝氏体复合强韧化耐磨铸钢衬板．铸造，1997(1)：34-36
[34] 李卫，朴东学．低铬白口铸铁及其生产工艺的研究与发展．铸造，1991(10)：1-5
[35] 张进孝．铸铁中铬的快速测定方法．铸造技术，2002(5)：292-294
[36] 姚三九，宋增光．高铬铸铁熔炼工艺的研究．现代铸造，1997(2)：32-35
[37] 西安交通大学铸造及耐磨材料研究所．铸造技术，2002(1)：56-58
[38] 贺林，张长军．珠光体低铬铸铁冲击疲劳抗力及冲击磨损性能的研究．第七届全国金属耐磨材料学术会议论文选集，55-61
[39] 苏俊义．铬系耐磨白口铸铁．北京：国防工业出版社，1990．100-101
[40] 韩复生，王小明，何旭光，等．低铬白口铸铁磨球的组织与性能研究．铸造，1993(6)：16-20
[41] 于春田，肖军，肖平，等．中铬抗磨铸铁磨球的研究．铸造，1998(2)：17-20
[42] 孙玉福，赵靖宇．贝氏体-马氏体抗磨球铁磨球的研制．铸造技术，2002(1)：25-28
[43] 蔺百潮，薛小敏．马氏体球墨铸铁磨球的研制和生产应用．铸造技术，2002(5)：288-289
[44] 葛继平，陈美玲．热处理对CrO_2低铬铸铁组织和性能的影响．金属学报，1996：56-59
[45] 刘相法，边秀房．铝合金中Fe相形态的遗传性及球化机制的研究．金属学报，2001(10)：77-78
[46] 叶以富，张林，荣福荣，等．铸铁组织获得性的遗传．材料加工和研究新技术：1994．278-281
[47] 桂满昌．Al-Si18％过共晶合金的熔体结构特征及磷的影响．金属学报，1995(4)：177
[48] 李培杰，桂满昌，贾均．Al-16％Si合金熔体的电阻率极其结构遗传．铸造，1995(9)：15-20
[49] Singh M. Structure of liquid aluminum-silicon alloys[J]. JMatSci, 1973 (8) :317-320
[50] 耿浩然，耿贵立，高希起，等．ZA27合金熔体的温度处理对组织和性能的影响．中国有色金属学报，1994，(4增刊)：149-153
[51] 1992 (9): 53-56
[52] 金萍，孔繁华，张元健．连铸机电磁搅拌技术．一重技术，1999(3)：1-2
[53] 王晓东，李廷举，金俊泽，等．磁力搅拌法的研究与开发．材料科学与工艺，2000(12)：1-4
[54] 白丙中．电磁搅拌和电磁制动技术在连铸生产中的应用．首钢科技，1999(6)：3-6
[55] 王学东，张伟强，时海芳．电磁搅拌技术的国内外发展现状．辽宁工程技术大学学办，2001(2)：82-84
[56] 刘国均，张奎，张景新，等．搅拌铸造ZA27合金的组织与性能．特种铸造及有色合金，2000(1)：10-13
[57] 张宏丽，贾光霖，王恩刚．电磁搅拌改善铸坯内部质量的实验研究．东北大学学报，2001(3)：315-318
[58] 高允彦，贾光霖，乔元君．选择电磁搅拌器电源频率的判据．东北工学院学报，1990(11)：585-588
[59] Siebo Kunstreich(法)．连铸电磁搅拌．武钢技术，1997(10)：33-38
[60] 韩至成．电磁冶金学．北京：冶金工业出版社，2001．143
[61] 杨华，孙益民，张均艳，等．原料生铁与铸件组织遗传性研究．钢铁研究学报，1999(12)：53-56
[62] 毛卫民，李树索，赵爱民，等．电磁搅拌Al24％Si合金的显微组织．中国有色金属学报，2001(5)：819-823
[63] 杨旭，左建国．螺线管的电磁等效直径及其在涡流检测中的应用．无损探伤，2000(1)：14-16
[64] 张载明，胡天明，熊荣权．低铬白口铸铁磨球的研制．铸造，1998(11)：25-27
[65] 张西平，彭毅，肖毕林．火电厂磨煤用低铬铸铁磨球的优化生产及应用．铸造技术，2003(1)：30-31
[66] 何奖爱，王玉炜．材料磨损与耐磨材料．沈阳：东北大学出版社，2001．151-152
[67] 崔忠圻．金属学与热处理．北京：机械工业出版社，1994．125
[68] 耿浩然，叶以富，马家骥，等．铸铁合金的遗传效应及其利用．钢铁研究学报，1996(8)：37
[2] 李国安，李雪峰．TQ新型抗磨球铁、衬板研制．铸造技术，2002(4)：59-62
[3] 刘根生．变质处理和冷却速度对低铬钒钛白口铸铁组织和性能的影响．铸造，1997(9)：24-26
[4] 伺建南，吴菲．孟德尔的遗传真理观．南昌大学学报(社会科学版)，1997(3)：27-30
[5] Andre Levi. Heredity in Cast Iron. The Iron Age, 1927(6):960
[6] H. W. Gillett .Heredity in cast iron .Metals and Alloys AFA, 1934:15
[7] 1932(2) :5-6
[8] 2. 1948:480
[9] 1930(3):5-8
[10] J.Motz. Influence of trace elements on the structures and properties of modular iron casting.Giessereiforsching, 1976 (3):109
[11] 刘相法，边秀房．铝硅合金锭中气孔的遗传现象及控制．铸造，1994(4)：5-8
[12] Margerie J.C. The Notion of Heredity in Cast Iron .The Metallurgy of Cast Iron, 1974:546
[13] 刘相法，边秀房．中间合金变质效果的遗传效应．金属学报，1997(6)：32-35
[14] 顾景诚，孙兴信．原料组织遗传性对铝及铝合金显微组织的影响．轻合金加工技术，1995(4)：32
[15] 刘相法，边秀房．AlTiB中间合金细化效果的组织遗传效应．金属学报，1996(32)：2
[16] 刘相法．AlTiB中间合金遗传的研究：[博士学何论文]．山东工业大学：1997．6-7
[17] 1995:18
[18] 1967:199
[19] 1970:353
[20] 1980:192
[21] 1947 : 276
[22] 1959:557
[23] 1959:9
[24] 贾均，李培杰．合金液-固态结构遗传的研究和发展．94全国铸造铝合金熔铸金属及理论学术研讨会论文集，1994：1
[25] 李培杰，曾大本，贾均．铝砗合金中的结构遗传及其控制．铸造，1999(6)：10-14
[26] 1985(5):34-41
[27] 1986(5):47-51
[28] 李双寿，朱跃峰，吴群虎．原料组织遗传性及其再铸造铝合金中的应用．铸造，1999(8)：53-54
[29] 1991 (4): 4
[30] 李培杰，曾大本，贾均，等．合金熔体遗传现象的热力学分析．铸造，1999(10)：12-15
[31] 祁小群，李秀兵．WC颗粒增强高铬铸铁基表面复合材料喷射口衬板的研制．铸造技术，2002(9)：282-283
[32] 邵子平．球磨机衬板材料及热处理工艺．金属热处理，2002(9)：38-39
[33] 栾道成，魏成富，杨哿，等．铸态奥氏体-贝氏体复合强韧化耐磨铸钢衬板．铸造，1997(1)：34-36
[34] 李卫，朴东学．低铬白口铸铁及其生产工艺的研究与发展．铸造，1991(10)：1-5
[35] 张进孝．铸铁中铬的快速测定方法．铸造技术，2002(5)：292-294
[36] 姚三九，宋增光．高铬铸铁熔炼工艺的研究．现代铸造，1997(2)：32-35
[37] 西安交通大学铸造及耐磨材料研究所．铸造技术，2002(1)：56-58
[38] 贺林，张长军．珠光体低铬铸铁冲击疲劳抗力及冲击磨损性能的研究．第七届全国金属耐磨材料学术会议论文选集，55-61
[39] 苏俊义．铬系耐磨白口铸铁．北京：国防工业出版社，1990．100-101
[40] 韩复生，王小明，何旭光，等．低铬白口铸铁磨球的组织与性能研究．铸造，1993(6)：16-20
[41] 于春田，肖军，肖平，等．中铬抗磨铸铁磨球的研究．铸造，1998(2)：17-20
[42] 孙玉福，赵靖宇．贝氏体-马氏体抗磨球铁磨球的研制．铸造技术，2002(1)：25-28
[43] 蔺百潮，薛小敏．马氏体球墨铸铁磨球的研制和生产应用．铸造技术，2002(5)：288-289
[44] 葛继平，陈美玲．热处理对CrO_2低铬铸铁组织和性能的影响．金属学报，1996：56-59
[45] 刘相法，边秀房．铝合金中Fe相形态的遗传性及球化机制的研究．金属学报，2001(10)：77-78
[46] 叶以富，张林，荣福荣，等．铸铁组织获得性的遗传．材料加工和研究新技术：1994．278-281
[47] 桂满昌．Al-Si18％过共晶合金的熔体结构特征及磷的影响．金属学报，1995(4)：177
[48] 李培杰，桂满昌，贾均．Al-16％Si合金熔体的电阻率极其结构遗传．铸造，1995(9)：15-20
[49] Singh M. Structure of liquid aluminum-silicon alloys[J]. JMatSci, 1973 (8) :317-320
[50] 耿浩然，耿贵立，高希起，等．ZA27合金熔体的温度处理对组织和性能的影响．中国有色金属学报，1994，(4增刊)：149-153
[51] 1992 (9): 53-56
[52] 金萍，孔繁华，张元健．连铸机电磁搅拌技术．一重技术，1999(3)：1-2
[53] 王晓东，李廷举，金俊泽，等．磁力搅拌法的研究与开发．材料科学与工艺，2000(12)：1-4
[54] 白丙中．电磁搅拌和电磁制动技术在连铸生产中的应用．首钢科技，1999(6)：3-6
[55] 王学东，张伟强，时海芳．电磁搅拌技术的国内外发展现状．辽宁工程技术大学学办，2001(2)：82-84
[56] 刘国均，张奎，张景新，等．搅拌铸造ZA27合金的组织与性能．特种铸造及有色合金，2000(1)：10-13
[57] 张宏丽，贾光霖，王恩刚．电磁搅拌改善铸坯内部质量的实验研究．东北大学学报，2001(3)：315-318
[58] 高允彦，贾光霖，乔元君．选择电磁搅拌器电源频率的判据．东北工学院学报，1990(11)：585-588
[59] Siebo Kunstreich(法)．连铸电磁搅拌．武钢技术，1997(10)：33-38
[60] 韩至成．电磁冶金学．北京：冶金工业出版社，2001．143
[61] 杨华，孙益民，张均艳，等．原料生铁与铸件组织遗传性研究．钢铁研究学报，1999(12)：53-56
[62] 毛卫民，李树索，赵爱民，等．电磁搅拌Al24％Si合金的显微组织．中国有色金属学报，2001(5)：819-823
[63] 杨旭，左建国．螺线管的电磁等效直径及其在涡流检测中的应用．无损探伤，2000(1)：14-16
[64] 张载明，胡天明，熊荣权．低铬白口铸铁磨球的研制．铸造，1998(11)：25-27
[65] 张西平，彭毅，肖毕林．火电厂磨煤用低铬铸铁磨球的优化生产及应用．铸造技术，2003(1)：30-31
[66] 何奖爱，王玉炜．材料磨损与耐磨材料．沈阳：东北大学出版社，2001．151-152
[67] 崔忠圻．金属学与热处理．北京：机械工业出版社，1994．125
[68] 耿浩然，叶以富，马家骥，等．铸铁合金的遗传效应及其利用．钢铁研究学报，1996(8)：37