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鈮與碳極強的親和力使其在鑄鐵及相似的高碳熔池中的回收變得復(fù)雜化。在鐵合金或熔煉界面快速形成一層鈮的碳化物，其溶解情況決定了鈮在熔池中的回收率。通過對鈮鐵溶解過程的研究，進一步確定鈮在鑄鐵中的行為。

1實驗材料及設(shè)備

根據(jù)制動盤性能以及鑄造工藝要求，實驗用鈮鐵純度為65%的標準鈮鐵，鈮鐵的熔點范圍為1580～1630℃(固相線和液相線溫度)，遠高于鑄鐵，略高于鑄鋼。鈮與鐵不發(fā)生放熱反應(yīng)。因此，鈮鐵在鐵水中不是熔化過程，而是一個以界面擴散為基礎(chǔ)的溶解過程。這個溶解過程需要一定時間，根據(jù)實驗條件，將鈮鐵塊加工為大小為Ф5mm×30mm的圓柱型。

實驗設(shè)備包括10kg中頻感應(yīng)電爐，每次試驗熔煉量為7kg，Ф35mm×150mm砂鑄型，實驗前砂型預(yù)熱到200℃，鐵水過熱到1500℃澆注。分析儀器包括4XB金相顯微鏡、掃描電鏡、MCO120-MHV-2000型顯微硬度計等。

2實驗結(jié)果及分析

對鈮鐵溶解擴散的研究分為水平方向和垂直方向。擴散層的寬度為80～150μm，在界面擴散前沿存在著大量的細小石墨。

研究發(fā)現(xiàn)，在水平擴散前沿方向上，石墨中的碳與擴散前沿的鈮發(fā)生作用，形成了鈮的化合物，從而使石墨變得細小卷曲，石墨受鈮鐵的蠶食分解情況。

在遠離擴散前沿方向上的石墨形態(tài)受到的影響不大。

線掃描分析及顯微硬度測試結(jié)果表明，在水平擴散方向上，鈮在珠光體基體中的固溶度逐漸降低，離擴散徑向方向越遠，鈮含量越低，當鈮含量很低的時候，其對石墨組織的形態(tài)影響不大，這與前人及本課題組之前所做單鈮成分研究的結(jié)果一致。

對比研究表明，鈮鐵在垂直方向上的溶解擴散情況與在水平方向上相似。在垂直擴散方向上，由于擴散溫度條件較水平擴散情況要高，擴散層的寬度也相對寬些，約為200～300μm，在界面擴散前沿同樣存在著一定數(shù)量的細小石墨。

在遠離擴散前沿方向上的石墨形態(tài)受到的影響不大。線分析及顯微硬度測試結(jié)果表明，在垂直擴散方向上，鈮在珠光體基體中的固溶度逐漸降低，離擴散徑向方向越遠，鈮含量越低，當鈮含量很低的時候，其對石墨組織的形態(tài)影響不大，這與水平擴散情況一致。

無論是水平擴散還是垂直擴散，研究結(jié)果均表明，鈮對珠光體基體組織的影響在于使組織細化，但對珠光體量基本沒有影響，靠近擴散前沿方向上的珠光體基體組織，遠離擴散前沿方向上的珠光體基體組織。在擴散前沿，由于鈮含量較高，珠光體基體明顯得到了細化，片層間距得到了縮短。此研究結(jié)果與前人及本課題組所做單鈮成分研究的結(jié)果一致。

3結(jié)論

1)鈮鐵在鐵水中不是熔化過程，而是一個以界面擴散為基礎(chǔ)的溶解過程。在擴散前沿上，鈮與石墨中的碳相互作用，使得石墨形態(tài)變得細小卷曲，在遠離擴散方向上，由于鈮含量較低，石墨形態(tài)受到的影響不大。

2)在垂直方向上，由于擴散溫度較水平方向上高，其擴散層的寬度也較大，即垂直方向上更有利于鈮鐵的溶解擴散。

3)研究表明，鈮對珠光體基體的影響在于使其細化，從而提高了材料的強度。