Wie wir alle wissen, hat die Zugabe einer angemessenen Menge an Seltenerdelementen zu Stahlmaterialien einen erheblichen Einfluss auf die Struktur und Leistung des Materials. Normalerweise werden die Seltenerdelemente in Stahl in 0.05% bis 0.20% hinzugefügt. Da das Verhältnis der Atomradien von Seltenen Erden zu Eisen weit über 15% liegt und der Unterschied in der Elektronegativität zwischen Seltenen Erden und Eisen sehr groß ist, sind diese der Bildung von Mischkristallen nicht förderlich, also der Löslichkeit von Seltenen Erden in Stahl ist sehr niedrig. Die meisten Seltenerdelemente in Stahl liegen in Form von Seltenerdverbindungen vor, hauptsächlich Seltenerdoxiden und Seltenerdsulfiden.
Die Xi’an Aeronautical Vocational and Technical College hat Untersuchungen zu den Auswirkungen der Zugabe von Seltenerdelementen zu Stahlguss auf dessen Struktur und Leistung durchgeführt. Als Testmaterial verwendeten sie ZG35CrMnSi-Gussstahl, und das verwendete Seltenerd-Additiv war gemischte Seltene Erden. In Anbetracht der Tatsache, dass das Testmaterial eine bestimmte Menge an Schwefel enthält und der Verlust bei der Zugabe von Seltenerdelementen, der Bereich der Seltenerdzugabe 0.23% bis 0.38% beträgt, bezieht sich diese Zugabe auf die Gesamtmenge an Seltenerd, die dem geschmolzenen Stahl während des Schmelzens zugesetzt wird. Vergleichen Sie die Struktur und Leistung der beiden Probensätze mit und ohne Seltenerdelemente. Stahlguss wird in einem Zwischenfrequenz-Induktionsofen geschmolzen und der Guss wird durch Feinguss hergestellt. Dann wird das Teststück zur Luftkühlung auf 900 °C + 670 °C erhitzt und dann zum Abschrecken in Öl auf 890 °C erhitzt; dann 570~630°C Feuer.
Die Vergleichstestergebnisse zeigen, dass Seltene Erden einen geringen Einfluss auf die Festigkeit von Stahlguss haben, jedoch einen signifikanten Einfluss auf die Zähigkeit von Stahlguss. Die Schlagzähigkeit wird um 43% erhöht und die Dehnungsrate wird um 13.3% erhöht. Die Untersuchung der Mikrostruktur zeigt, dass das angelassene Sorbit der Stahlgussstruktur ohne Seltenerdelemente relativ grob ist und seine Korngröße etwa 5 beträgt; darunter sind die grauen Klumpen MnS-Einschlüsse, die nicht auf der gesamten untersuchten Oberfläche verteilt sind. Im Allgemeinen ist die Morphologie von MnS meist eckig. Das Probengefüge des Stahlgusses mit Seltenerdelementen ist gleichförmiges und fein angelassenes Sorbit, und die Korngröße beträgt etwa 8-9. Es zeigt, dass die Struktur von Stahlguss nach Zugabe von Seltenerdelementen verfeinert werden kann.
Darüber hinaus ist der Entschwefelungseffekt von Stahl nach Zugabe von Seltenerdelementen nicht offensichtlich, hat jedoch einen größeren Einfluss auf die Morphologie von MnS. Wenn die Seltenerdelemente nicht hinzugefügt werden, liegt das MnS im Stahl in Form von Streifen oder Blöcken mit Kanten und Ecken vor; Nach der Zugabe der Seltenerdelemente ist das Sulfid ungefähr kugelförmig und die Verteilung ist relativ zur Probe ohne die Seltenerdelemente relativ dispergiert, jedoch nur an wenigen Stellen Sie können Sulfideinschlüsse abstreifen oder blockieren. Beim Bruch der Probe ohne Seltenerdelemente ist MnS konzentriert und dendritisch. Der Bruch des MnS-Einschlussbereichs ist hauptsächlich ein interkristalliner Bruch, und lokal sind interkristalline Sekundärrisse zu sehen.
Bei den Proben mit Seltenerdelementen handelt es sich bei dem Bruch um einen duktilen transgranularen Bruch. Selbst in dem Bereich, in dem Sulfide konzentriert sind, ist das Matrixmetall noch duktiler transgranularer Bruch. Stahlguss, der mit Seltenerdelementen versetzt ist, eliminiert dendritische Sulfide und wandelt sie in kugelförmige oder nicht-eckige Stäbe und massive Seltenerdsulfide um, was für die Verbesserung der Zähigkeit von Vorteil ist.
Studien haben gezeigt, dass das Prinzip der Veredelung von Seltenerdelementen folgende Gründe haben kann:
(1) Sulfide und Oxideinschlüsse, die durch Hinzufügen von Seltenerdelementen zu Stahl gebildet werden, können zu nicht-spontanen Kristallkeimen von Stahl werden, die gleichachsige Kristalle verfeinern und säulenförmige Kristallbereiche verkürzen können.
(2) Die Löslichkeit von Seltenerdelementen in der Festphase ist sehr gering. Sobald die Stahlschmelze erstarrt ist, werden die Seltenen Erden in der flüssigen Phase an der Vorderseite der wachsenden Kristalle angereichert, wodurch das Kristallwachstum verhindert wird, wodurch die Körner verfeinert werden.
(3) Seltenerdelemente neigen dazu, sich in den Korngrenzen anzusammeln, verringern die Grenzflächenspannung der Legierung und verringern die Triebkraft für das Kornwachstum, wodurch das Wachstum von Austenitkörnern gehemmt wird. Dementsprechend ist auch der durch das Abschrecken gebildete Martensitflocken kleiner. .
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