Какви са приложенията на Si3N4 феро силициев нитрид на прах в металургията?

Прах от силициев нитрид (SiN₄)., със Si3N4 като основна фаза, обикновено съдържа 55%-65% Si, 10%-15% N и 15%-25% Fe, с общи примеси (Al, Ca, S, P) По-малко или равно на 3%. Неговите основни характеристики поддържат различни приложения в металургичната област:

 Силна термодинамична стабилност:Si₃N4 има точка на топене приблизително 1900 градуса и не се разлага в разтопена стомана/желязо под 1600 градуса, което води до лека и контролируема реакция.

 Подходяща реактивност:Реакционната свободна енергия между Si и O (ΔG₂₀₀₀K=-477 kJ/mol) и между N и O са ниски, което позволява ефективно дезоксидиране без въвеждане на вредни примеси.

 Отлични характеристики на частиците:Индустриалният-прах има размер от 100-300 меша (48-150 μm), голяма специфична повърхност и лесно се диспергира в разтопен метал, което води до добра еднородност на реакцията.

(1) Деоксидация при производството на стомана: Подобряване на чистотата и стабилността на стопената стомана

Силициев нитрид на прах, като високоефективенкомпозитен дезоксидант, има значителни предимства пред традиционнитеферосилицийи алуминиеви дезоксиданти:

Механизъм на дезоксидация:

Si₃N4 реагира с O в разтопена стомана, за да генерира SiO₂ и N₂. SiO₂ има плътност от 2,65 g/cm³, много по-ниска от разтопената стомана (7,8 g/cm³), което го прави лесно плаващ и отстранен със шлаката. Когато N₂ избяга под формата на мехурчета, той може да носи някои малки включвания, допълнително пречиствайки стопената стомана.

Подходящи сценарии:

Приложимо за ниско{0}}легирана високо{1}}якостна стомана, лагерна стомана, пружинна стомана и други стомани с високи изисквания за чистота. Може да намали вътрешната порьозност и дефектите на включването в стоманата и да подобри якостта на опън и живота на умора.

(2) Регулиране на легирането: Оптимизиране на механичните свойства на стоманата

Si и N работят синергично, за да постигнат баланс между "укрепване и закаляване" в стоманата:

Укрепващ механизъм:

Si се разтваря в желязната решетка, причинявайки изкривяване на решетката, възпрепятствайки движението на дислокациите и подобрявайки здравината и твърдостта на стоманата; N образува фини и диспергирани нитриди (като NbN и VN) с елементи като Nb и V в стоманата, предизвиквайки ефект на утаяване на укрепване, като същевременно рафинира зърната;

Данни за подобряване на производителността:

Когато произвеждате-легирана стомана с висока якост, добавяне на 0,4%-0,8%силициев нитрид феро прахувеличава границата на провлачване на стоманата с 15%-20%, якостта на опън с 10%-15%, а удължението остава над 18%, балансираща якост и пластичност;

(3) Поле за отливане: Подобряване на качеството и възможността за формоване

Прахът от силициев нитрид има функции както за инокулация, така и за регулиране на течливостта, подходящ за сив чугун, сферографитен чугун и прецизно леене:

Оптимизирана течливост:

Намалява повърхностното напрежение на разтопеното желязо, намалявайки вискозитета с 15%-20%, подобрявайки капацитета за пълнене на разтопеното желязо и намалявайки дефекти като "недостатъчно изливане" и "студено затваряне";

Усъвършенстване на зърното:

Прахообразните частици действат като хетерогенни нуклеационни ядра в разтопеното желязо, насърчавайки равномерното утаяване на графита, рафинирайки размера на зърното на отливките от 80 μm до 30-40 μm, увеличавайки якостта с 25%-30% и подобрявайки устойчивостта на износване;

(4) Производство на специална стомана: отговаряне на изискванията за ефективност на сценарии от висок клас

При производството на специални стомани като високо{0}}температурни сплави и неръждаема стомана прахът от феросилициев нитрид играе уникална роля:

Високотемпературни-сплави:

Когато се използва в производството на високо{0}}температурни сплави за турбинни лопатки на авио-двигатели, N образува стабилни нитриди с елементи като Cr и Co, повишавайки якостта на пълзене на сплавта при 1000 градуса с повече от 25%, увеличавайки устойчивостта на окисляване с 30% и способността да издържа на екстремни високи температури и въздушен поток;

Неръждаема стомана:

Добавянето на 0,3%-0,5% прах може да оптимизира разпределението на Cr в неръждаема стомана, да избегне образуването на бедни на Cr зони и да подобри зърната, като увеличи времето за устойчивост на корозия на солен спрей от 200 часа. Удължен до над 350 часа, подходящ за силно корозивни среди като химическо оборудване и морско инженерство;

Други специални стомани:

При производството на инструментална стомана може да подобри червената твърдост и устойчивостта на износване на стоманата; При ниско{0}}температурното производство на стомана той намалява температурата на преход на крехкост чрез усъвършенстване на зърната, което позволява на стоманата да поддържа добра издръжливост при -60 градуса.

(1) Контрол на количеството на добавяне

Деоксидация при производството на стомана:

0,3%-0,6% (стоманена маса), прекомерното добавяне може лесно да доведе до прекомерно съдържание на N в стоманата (над 0,015%), причинявайки "азотна крехкост";

Инокулация за леене:

0,2%-0,5% (маса на разтопено желязо), прекомерното добавяне ще направи отливката твърде твърда, което ще повлияе на производителността на обработката;

Специално легиране на стомана:

0,4%-0,8% (маса на стопена стомана), трябва да се регулира прецизно според целевия състав на марката стомана.

(2) Време и метод на добавяне

Производство на стомана:

Добавете по време на по-късните етапи на топенето на зареждането на пещта (температура на стоманата 1500-1600 градуса), за да осигурите равномерно прахово разпръскване и да избегнете локална агломерация;

Кастинг:

Добавете 1-2 минути преди да почукате разтопеното желязо или добавете по време на процеса на изливане, за да подобрите ефекта на инокулация.

(3) Избор на материал

Изисквания за чистота:

Прах от FeSi3N4 с висока{0}}чистота (съдържание на Si₃N₄ по-голямо или равно на 90%, общи примеси по-малко от или равно на 1%) се използва за високо{5}}класове стомана;

Избор на размер:

100-200 меша прах за обикновено производство на стомана/леене, 200-300 меша фин прах за прецизно леене, за да се осигури еднаква реакция.