论文部分内容阅读
本文探索了利用含有大量弥散分布的TiN粒子的Fe-Ti-N中间合金来细化工业纯铁凝固组织、提高等轴晶区比率的方法。本文从理论的角度分析讨论了氮化钛在铁熔体中析出的热力学,以及铁熔体中杂质元素碳氧对中间合金中TiN析出的影响。通过控制钢熔体中的钛、氮含量,使得[Ti][N]浓度积大于其对应条件下的溶度积,可以使得TiN粒子在液相中大量析出。而钢的本身成分、溶解的氧含量、温度及元素相关系数都会影响[Ti][N]溶度积的大小。钢中的碳、氧会和氮竞争与钛反应而生成TiC、TiO2及Ti2O3,为了使钛与氮充分反应,应该控制钢中的碳氧含量。在理论研究的基础上,通过实验研究分析通氮方式,钛的添加量及反应时间对第二相粒子的大小、分布及形态的影响。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDX)及粒度分析仪分析了中间合金中第二相粒子成分、尺寸和分布。实验结果表明,向熔体内部引入氮气制备得到的中间合金中弥散分布着大量的TiN粒子。Ti的添加量会影响TiN粒子的尺寸、分布及形态:钛的添加量在5%~10%之间时,中间合金中的第二相的粒子数较多,分布较均匀,适宜作为细化用中间合金。随着Ti含量的升高,第二相粒子尺寸增大。同时反应时间也会影响TiN粒子的尺寸、分布及形态随着反应时间的增长,第二相粒子的出现团聚和重熔现象。通入氮气时间在一分钟以内时,有利于生成弥散的TiN颗粒的生成。利用第二相粒子数量较多且分布均匀的的中间合金对工业纯铁进行细化实验,实验结果表明,向高温铁熔体中加入少量的Fe-Ti-N中间合金后,铸锭的柱状晶区明显变短、变细,等轴晶区扩大,中间合金的细化效果非常明显。在影响中间合金细化效果的各个因素中,中间合金的Ti含量起主要作用。Ti的添加量为10%的中间合金细化后铸锭的等轴晶组织由20%上升至60%,晶粒尺寸由700?m细化至200?m。TiN对工业纯铁的细化作用主要体现在三个方面:凝固初期细化初生晶、在/γ相变过程中细化奥氏体晶粒以及在γ/相变过程中作为晶内铁素体核心细化-Fe。