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    稀土對鑄鋼的韌性影響十分明顯


    眾所周知,在鋼鐵材料里添加適量的稀土元素對材料的組織和性能都會產生明顯的影響。通常鋼中稀土元素加入量為0.05%~0.20%。由于稀土與鐵的原子半徑之比遠遠超過15%,且稀土與鐵的負電性差值很大,這些都不利于形成固溶體,因此稀土在鋼鐵中的溶解度很低。鋼中的稀土元素絕大部分以稀土化合物的形式存在,主要是稀土氧化物、稀土硫化物等。西安航空職業技術學院開展了在鑄鋼中加入稀土元素對其組織與性能的影響的研究,他們以ZG35CrMnSi鑄鋼為試驗材料,所用稀土添加劑為混合稀土,考慮到試驗材料中含有一定量的硫及加入稀土元素時的流失,稀土加入范圍取0.23%~0.38%,這個加入量是指熔煉時向鋼液中加入稀土的總量。對比加有稀土元素與不加稀土元素兩組試樣的組織和性能。用中頻感應爐鑄鋼熔煉,用熔模鑄造方法制備鑄件,之后再將試件加熱到900°C+670°C空冷,然后加熱到890°C油中淬火;再進行570~630°C回火。  
    對比試驗結果表明,稀土對鑄鋼強度的影響不大,而對鑄鋼的韌性影響十分明顯,沖擊韌性提高了43%,延伸率提高了13.3%。組織檢測表明,未加入稀土元素的鑄鋼組織的回火索氏體,比較粗大,其晶粒度約為5級;其中灰色塊狀物為MnS夾雜物,其在整個受檢面上分布不均,MnS的形態絕大多數有棱角。添加稀土元素的鑄鋼試樣組織為均勻而細小的回火索氏體,晶粒度約為8~9級。說明加入稀土元素后可使鑄鋼組織細化。另外,加入稀土元素后對鋼的脫硫效果不明顯,但對MnS形態的影響較大。未加入稀土元素時,鋼中的MnS為條狀或帶棱角的塊狀;加入稀土元素后,硫化物為近似的球狀,且相對于未加稀土元素的試樣分布比較分散,只是在個別地方能夠看到條狀或塊狀硫化物夾雜。在未加入稀土元素的試樣斷口上,MnS較集中,且呈枝晶狀,MnS夾雜區斷口以沿晶斷裂為主,局部可見沿晶二次裂紋。在加入稀土元素的試樣中,斷口為韌性穿晶斷裂,即使在硫化物較集中區,基體金屬仍為韌性穿晶斷裂。添加了稀土元素的鑄鋼消除了枝晶狀硫化物,使其改變為球狀或無棱角的棒、塊狀的稀土硫化物,從而有利于韌性的改善。

    研究指出,稀土元素細化組織的原理可能是以下幾個原因:
    (1)稀土元素加入鋼中所形成的硫化物及氧化物夾雜可成為鋼的非自發晶核,而使等軸晶細化,并使柱狀晶區縮短。
    (2)稀土元素在固相中的溶解度很小,一旦鋼液凝固,稀土富集在正在生長的結晶前沿的液相,阻止晶體長大,因而使晶粒細化。
    (3)稀土元素易于在晶界聚集,降低合金界面張力,使晶粒長大的驅動力減少,從而抑制奧氏體晶粒長大,相應地淬火所形成的片狀馬氏體也較細小。


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