Jakie są zastosowania proszku azotku żelazokrzemu Si3N4 w metalurgii?

Proszek azotku krzemu (SiN₄).z Si₃N₄ jako fazą rdzeniową, zazwyczaj zawiera 55%-65% Si, 10%-15% N i 15%-25% Fe, przy całkowitej zawartości zanieczyszczeń (Al, Ca, S, P) mniejszej lub równej 3%. Jego podstawowe cechy umożliwiają różnorodne zastosowania w dziedzinie metalurgii:

 Silna stabilność termodynamiczna:Si₃N₄ ma temperaturę topnienia około 1900 stopni i nie rozkłada się w stopionej stali/żelazie poniżej 1600 stopni, co daje łagodną i kontrolowaną reakcję.

 Odpowiednia reaktywność:Wolna energia reakcji pomiędzy Si i O (ΔG₂₀₀₀K=-477 kJ/mol) oraz pomiędzy N i O jest niska, co umożliwia skuteczne odtlenienie bez wprowadzania szkodliwych zanieczyszczeń.

 Doskonała charakterystyka cząstek:Proszek-klasy przemysłowej ma wielkość oczek 100–300 mesh (48–150 μm), dużą powierzchnię właściwą i łatwo dysperguje w stopionym metalu, co zapewnia dobrą jednorodność reakcji.

(1) Odtlenianie stali: poprawa czystości i stabilności roztopionej stali

Proszek azotku krzemu, jako wysoce wydajny środekkompozytowy odtleniacz, ma znaczną przewagę nad tradycyjnymiżelazokrzemi odtleniacze aluminium:

Mechanizm odtleniania:

Si₃N₄ reaguje z O w roztopionej stali, tworząc SiO₂ i N₂. SiO₂ ma gęstość 2,65 g/cm3, znacznie niższą niż roztopiona stal (7,8 g/cm3), dzięki czemu łatwo unosi się na wodzie i usuwa się wraz z żużlem. Kiedy N₂ wydostaje się w postaci pęcherzyków, może zawierać drobne wtrącenia, które dodatkowo oczyszczają stopioną stal.

Odpowiednie scenariusze:

Ma zastosowanie do stali nisko-o wysokiej-wytrzymałości, stali łożyskowej, stali sprężynowej i innych stali o wysokich wymaganiach czystości. Może zmniejszyć porowatość wewnętrzną i defekty wtrąceń w stali oraz poprawić wytrzymałość na rozciąganie i trwałość zmęczeniową.

(2) Regulacja stopu: Optymalizacja właściwości mechanicznych stali

Si i N działają synergicznie, aby osiągnąć równowagę pomiędzy „wzmocnieniem i hartowaniem” stali:

Mechanizm wzmacniający:

Si rozpuszcza się w siatce żelaza, powodując zniekształcenie sieci, utrudniając ruch dyslokacyjny oraz poprawiając wytrzymałość i twardość stali; N tworzy drobne i rozproszone azotki (takie jak NbN i VN) z pierwiastkami takimi jak Nb i V w stali, powodując efekt wzmacniania wydzieleniowego podczas rafinacji ziaren;

Dane dotyczące poprawy wydajności:

Przy produkcji stali stopowej-o wysokiej wytrzymałości dodanie 0,4–0,8%proszek żelazowy azotku krzemuzwiększa granicę plastyczności stali o 15%-20%, wytrzymałość na rozciąganie o 10%-15%, a wydłużenie utrzymuje się powyżej 18%, równoważąc wytrzymałość i plastyczność;

(3) Pole odlewania: poprawa jakości odlewu i odkształcalności

Proszek żelaza z azotku krzemu ma zarówno funkcje inokulacji, jak i regulacji płynności, odpowiedni do żeliwa szarego, żeliwa sferoidalnego i odlewów precyzyjnych:

Zoptymalizowana płynność:

Zmniejsza napięcie powierzchniowe roztopionego żelaza, zmniejszając lepkość o 15% -20%, poprawiając zdolność wypełniania roztopionego żelaza i redukując wady takie jak „niewystarczające wylewanie” i „zimne zamknięcie”;

Rozdrobnienie ziarna:

Cząstki proszku działają jak heterogeniczne rdzenie zarodkowe w roztopionym żelazie, sprzyjając równomiernemu wytrącaniu grafitu, udoskonalając wielkość ziaren odlewów od 80 μm do 30-40 μm, zwiększając wytrzymałość o 25% -30% i poprawiając odporność na zużycie;

(4) Produkcja stali specjalnej: spełnianie wymagań wydajnościowych w scenariuszach-najwyższej klasy

W produkcji stali specjalnych, takich jak stopy wysokotemperaturowe- i stal nierdzewna, proszek azotku żelazokrzemu odgrywa wyjątkową rolę:

Stopy wysokotemperaturowe-:

Stosowany do produkcji-stopów wysokotemperaturowych do łopatek turbin-silników lotniczych, N tworzy stabilne azotki z pierwiastkami takimi jak Cr i Co, zwiększając wytrzymałość stopu na pełzanie w temperaturze 1000 stopni o ponad 25%, zwiększając odporność na utlenianie o 30% i będąc w stanie wytrzymać ekstremalnie wysokie temperatury i uderzenia przepływu powietrza;

Stal nierdzewna:

Dodanie 0,3%-0,5% proszku może zoptymalizować rozkład Cr w stali nierdzewnej, zapobiec tworzeniu się obszarów ubogich w Cr i udoskonalić ziarna, zwiększając czas odporności na korozję w mgle solnej z 200 godzin. Wydłużony do ponad 350 godzin, odpowiedni do środowisk silnie korozyjnych, takich jak sprzęt chemiczny i inżynieria morska;

Inne stale specjalne:

W produkcji stali narzędziowej może poprawić twardość czerwoną i odporność stali na zużycie; Przy produkcji stali w niskich-temperaturach zmniejsza temperaturę przejścia kruchego poprzez rozdrobnienie ziarna, dzięki czemu stal zachowuje dobrą wytrzymałość w temperaturze -60 stopni.

(1) Kontrola ilości dodatku

Odtlenianie staliwnicze:

0,3%-0,6% (masa stali), nadmierny dodatek może łatwo doprowadzić do nadmiernej zawartości N w stali (przekraczającej 0,015%), powodując „kruchość azotową”;

Zaszczepienie odlewu:

0,2% -0,5% (masa stopionego żelaza), nadmierny dodatek spowoduje, że odlew będzie zbyt twardy, co wpłynie na wydajność przetwarzania;

Specjalna stal stopowa:

0,4%-0,8% (masa roztopionej stali) należy dokładnie dostosować w zależności od docelowego składu gatunku stali.

(2) Czas i metoda dodawania

Produkcja stali:

Dodawać na późniejszych etapach topienia wsadu pieca (temperatura stali 1500-1600 stopni), aby zapewnić równomierne rozproszenie proszku i uniknąć miejscowej aglomeracji;

Odlew:

Dodaj 1-2 minuty przed dotknięciem roztopionego żelaza lub dodaj podczas procesu nalewania, aby poprawić efekt zaszczepiania.

(3) Wybór materiału

Wymagania dotyczące czystości:

Proszek FeSi3N4 o wysokiej{{0}czystości (zawartość Si₃N₄ większa lub równa 90%, całkowite zanieczyszczenia mniejsze lub równe 1%) jest stosowany w-najwyższych gatunkach stali;

Wybór rozmiaru:

Proszek o uziarnieniu 100–200 mesh do zwykłego wytwarzania stali/odlewania, drobny proszek o uziarnieniu 200–300 mesh do odlewania precyzyjnego w celu zapewnienia jednolitej reakcji.