Kakšne so aplikacije prahu fero silicijevega nitrida Si3N4 v metalurgiji?

Silicijev nitrid (SiN₄) v prahu, s Si₃N4 kot svojo jedrno fazo, običajno vsebuje 55 %-65 % Si, 10 %-15 % N in 15 %-25 % Fe, s skupnimi nečistočami (Al, Ca, S, P) manj kot ali enako 3 %. Njegove osnovne značilnosti podpirajo različne aplikacije na metalurškem področju:

 Močna termodinamična stabilnost:Si₃N4 ima tališče približno 1900 stopinj in se ne razgradi v staljenem jeklu/železu pod 1600 stopinjami, kar ima za posledico blago in nadzorovano reakcijo.

 Primerna reaktivnost:Reakcijska prosta energija med Si in O (ΔG₂₀₀₀K=-477 kJ/mol) ter med N in O sta nizki, kar omogoča učinkovito deoksidacijo brez vnosa škodljivih nečistoč.

 Odlične lastnosti delcev:Industrijski{0}}prah ima velikost 100–300 mesh (48–150 μm), veliko specifično površino in se zlahka razprši v staljeni kovini, kar ima za posledico dobro enakomernost reakcije.

(1) Deoksidacija pri izdelavi jekla: izboljšanje čistosti in stabilnosti staljenega jekla

Silicijev nitrid v prahu, kot zelo učinkovitkompozitni dezoksidant, ima pomembne prednosti pred tradicionalnimiferosilicijin deoksidanti aluminija:

Mehanizem deoksidacije:

Si₃N₄ reagira z O v staljenem jeklu, da nastane SiO₂ in N₂. SiO₂ ima gostoto 2,65 g/cm³, kar je veliko manj kot gostota staljenega jekla (7,8 g/cm³), zaradi česar zlahka plava in se odstrani z žlindro. Ko N₂ uhaja v obliki mehurčkov, lahko nosi nekaj majhnih vključkov, ki nadalje čistijo staljeno jeklo.

Primerni scenariji:

Uporablja se za nizko{0}}legirano visoko{1}}trdno jeklo, ležajno jeklo, vzmetno jeklo in druga jekla z visokimi zahtevami glede čistosti. Lahko zmanjša notranjo poroznost in napake vključkov v jeklu ter izboljša natezno trdnost in življenjsko dobo ob utrujenosti.

(2) Prilagoditev legiranja: Optimizacija mehanskih lastnosti jekla

Si in N delujeta sinergistično, da dosežeta ravnotežje med "ojačitvijo in žilavostjo" v jeklu:

Mehanizem krepitve:

Si se raztopi v mreži železa, kar povzroči popačenje mreže, ovira gibanje dislokacij in izboljša trdnost in trdoto jekla; N tvori fine in razpršene nitride (kot sta NbN in VN) z elementi, kot sta Nb in V v jeklu, kar povzroči učinek ojačitve izločanja, medtem ko rafinira zrna;

Podatki o izboljšanju delovanja:

Pri izdelavi-legiranega jekla z visoko trdnostjo dodajanje 0,4 %–0,8 %silicijev nitrid fero prahpoveča mejo tečenja jekla za 15% -20%, natezno trdnost za 10% -15%, raztezek pa ostane nad 18%, uravnoteženje trdnosti in plastičnosti;

(3) Polje litja: Izboljšanje kakovosti litja in oblikovanja

Silicijev nitrid železov prah ima funkcije cepljenja in prilagajanja pretočnosti, primeren za sivo lito železo, nodularno železo in natančno litje:

Optimizirana pretočnost:

Zmanjša površinsko napetost staljenega železa, zmanjša viskoznost za 15%-20%, izboljša zmogljivost polnjenja staljenega železa in zmanjša napake, kot sta "nezadostno vlivanje" in "hladno zaprtje";

Rafiniranje zrn:

Delci prahu delujejo kot heterogena nukleacijska jedra v staljenem železu, spodbujajo enakomerno obarjanje grafita, rafinirajo velikost zrn ulitkov z 80 μm na 30-40 μm, povečajo trdnost za 25%-30% in izboljšajo odpornost proti obrabi;

(4) Proizvodnja posebnega jekla: izpolnjevanje zahtev glede zmogljivosti visokokakovostnih scenarijev

Pri proizvodnji posebnih jekel, kot so visoko{0}}temperaturne zlitine in nerjavno jeklo, ima prah fero silicijevega nitrida edinstveno vlogo:

Visoko{0}}temperaturne zlitine:

Ko se uporablja v proizvodnji visoko{0}}temperaturnih zlitin za turbinske lopatice letalskih-motorjev, N tvori stabilne nitride z elementi, kot sta Cr in Co, s čimer poveča trdnost lezenja zlitine pri 1000 stopinjah za več kot 25 %, poveča odpornost proti oksidaciji za 30 % in lahko prenese ekstremno visoke temperature in udarce zračnega toka;

Nerjaveče jeklo:

Dodajanje 0,3 %-0,5 % prahu lahko optimizira porazdelitev Cr v nerjavnem jeklu, prepreči nastanek območij, ki so revna s Cr, in prečisti zrna, s čimer podaljša čas odpornosti proti koroziji s solnim pršenjem z 200 ur. Podaljšano na več kot 350 ur, primerno za zelo korozivna okolja, kot sta kemična oprema in pomorski inženiring;

Druga posebna jekla:

Pri proizvodnji orodnega jekla lahko izboljša rdečo trdoto in odpornost proti obrabi jekla; Pri nizko{0}}temperaturni proizvodnji jekla zmanjša temperaturo krhkega prehoda z rafiniranjem zrn, kar omogoča jeklu, da ohrani dobro žilavost pri -60 stopinjah.

(1) Nadzor količine dodatka

Deoksidacija pri izdelavi jekla:

0,3 %-0,6 % (masa jekla), pretirano dodajanje lahko zlahka povzroči prekomerno vsebnost dušika v jeklu (več kot 0,015 %), kar povzroči "dušikovo krhkost";

Inokulacija litja:

0,2 %-0,5 % (masa staljenega železa), čezmerno dodajanje bo ulitek naredilo pretrdo, kar bo vplivalo na zmogljivost obdelave;

Posebno legiranje jekla:

0,4% -0,8% (masa staljenega jekla), je treba natančno prilagoditi glede na ciljno sestavo razreda jekla.

(2) Čas in način dodajanja

Izdelava jekla:

Dodajte v kasnejših fazah taljenja polnjenja peči (temperatura jekla 1500-1600 stopinj), da zagotovite enakomerno disperzijo prahu in preprečite lokalno aglomeracijo;

Casting:

Dodajte 1-2 minuti pred udarjanjem staljenega železa ali dodajte med postopkom vlivanja, da izboljšate učinek cepljenja.

(3) Izbira materiala

Zahteve glede čistosti:

Visoko{0}}čist prah FeSi3N4 (vsebnost Si₃N₄ večja ali enaka 90 %, skupne nečistoče manj kot ali enaka 1 %) se uporablja za vrhunske-razrede jekla;

Izbira velikosti:

100-200 mesh prah za navadno izdelavo jekla/litje, 200-300 mesh fin prah za natančno litje za zagotovitev enotne reakcije.