Vol.21 No.3 郭晓倬等：高温合金冶炼过程中泡沫陶瓷过滤器的作用 ·247· 表2各炉液态金属过滤前后氧氨含量变化（质量分数） 过滤器 炉号 合金 氧含量/×106 氮含量/×10· 类型 过滤前过滤后去除率%过滤前过滤后去除率% 1 K3 2 0.0067 0.0057 14.9 0.00140.0015 -7.14 2 K3 1 0.0130 0.0068 47.7 0.0070 0.0090-28.57 3 K17G 2 0.0054 0.0051 5.6 0.0020 0.0020 0 2 0.0063 0.0030 4 K17G 0.0066 0.0040 注：第4炉的2个钢锭均进行过滤 ZrO2中加入具有近似结构的氧化物CaO,MgO, 由表3数据可知，1“过滤器无论是未用的 Y0,等，进行稳定化处理.过滤器采用部分稳定 还是使用过的，其单斜相含量均低于2“过滤器， ZO2(PSZ,即一部分为稳定的ZO2固溶体，另一 而且它在用过后，单斜相含量仅增加2.8%，2" 部分为有晶型转变的t-ZO),在常温下由两相 过滤器却增加14.4%，是前者的5倍.可见，1 (c+m)或三相(c+m+t)组成. 过滤器的抗热震性明显好于2"过滤器，这得益 根据Hamilton关于ZrO2系的相图分析，认 于1#过滤器中较少的m-ZO2含量.通常认为 为采用多晶型技术可得到很好的单斜ZO,含量 ZrO2陶瓷的抗热震性同c-ZrO2中弥散的m-ZrO, 结果.多晶型方法就是把稳定的立方ZO,相认 粒子有关.当裂纹遇到细小的m-ZO2粒子时绕 为是高温多晶型ZrO2.Adams和Cox从X射线 道而行，按“之”字前行，改善材料断裂韧性并使 强度标定稳定一亚稳定体系中得到： 抗热震性提高.当m-Z02含量为6%时，具有最 ImuD+IID =I) (1) 好的抗热震性，随着m-ZO2含量的增加，并在 其中，是四方或立方高温多晶型ZO2(11I) 晶界处共析分解，使m-Z02集中分布，微裂纹 方向强度.由此可推算出样品中的单斜晶系所 增多并连接起来，导致韧性和抗热震性下降. 占分数为： 另外，值得注意的是，虽然1“过滤器在热 +lmom 强度和抗热震性等性能指标上均优于2#过滤 X。-Iaan+lann+ (2) 器，但其细小的网孔在预热温度低时，会因钢液 但是，由于Adams和Cox在ZrO2单斜晶系 表面张力大而被阻塞，造成浇注失败. 中使用了不正确的品体结构，此分析只能进行 半定量分析，实验研究结果表明，当不计稳定离 3结论 子的影响和它们的小原子的散射因子时，使用 多晶型方法分析MgO-ZO2体系的误差为 (1)过滤器对钢液中氧化物夹杂的逵滤有明 2.15%,所以，尽管等式(2)在理论.上并不完全正 显效果，而对氮化物夹杂无滤除作用. 确，但仍为乙“体系相分析的一种很有效的手段. (2)从对1”，2"过滤器的结构对比分析中发 己知阳离子空位化合物在稳定Z:系中是存在 现，过滤器中单斜ZO2的大量存在，会使其抗 的，而且离子一般都不可能准确地分布在它们 高温性、抗热冲击性和抗热震性等性能明显下 的点阵位置，这种情况会使误差得以补偿，因 降 此，式(2)是可以使用的.利用上述方法对实验 参考文献 前后的单斜Z02的含量进行计算，结果如表3. 1 Mollard F R,Davidson N.Ceramic Foam:A Unique Meth- 表3过滤器中单斜Z0,质量分数% od of Filtering Aluminum Castings Transaction.AFS, 1" 2 1978.86:479 过滤前 过滤后 过滤前过滤后 2 Mollard F R,Davidson N.A Non-polluting Degassing 56.5 59.3 63.7 78.1 Technique for Aluminum Transaction.AFS,1978,86:501 3 Hannink R H.Microstructural Development of Sub-eutec- X射线衍射分析表明：无论1“过滤器还是 toid Aged MgO-ZrO:Alloys.J.Mater.Sci,1983,18:457 2“过滤器，在其用过后，衍射峰均明显降低.这 4 Ronald C Garvie,Patricks Nicholson.Phase Analysis in 是因为过滤器在使用过程中发生t-ZrO2m-ZrO2 Zirconia Systems.Canada:McMaster University Hamil- 的转变，体积突变后，使组成过滤器的颗粒本身 ton Ontario,1972 疏松，从而使衍射强度下降. (下接250页)V b l . 2 1 N O 一 3 郭晓悼等 : 高温 合金 冶炼过程 中泡沫陶瓷过滤器 的作用 . 2 4 7 . 表 2 各炉液 态金属过滤前后氧氮 含量变化 ( 质量分数 ) 炉号 合金 过滤器 类型 氧含量/ x l o 一 6 氮含量/ x l o 一 6 过滤前 过滤后 去除率% 过滤前 过滤后 去除率% 0 . 0 0 6 7 0 . 0 0 5 7 14 . 9 0 . 0 0 1 4 0 . 0 0 1 5 一 7 . 14 0 . 0 1 3 0 0 . 0 0 6 8 4 7 . 7 0 . 0 0 7 0 0 . 0 0 9 0 一 2 8 . 5 7 0 . 0 0 5 4 0 . 0 0 5 1 5 . 6 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0 2 0 0 一 0 . 0 0 6 3 一 一 0 . 0 0 3 0 一 一 0 . 0 0 6 6 一 一 0 . 0 0 4 0 一 弃卫开 `, ō K 气八一j, 且 注 : 第 4 炉 的 2 个钢锭均进行过滤 z 到〕 2 中加入具有近似结构的氧化物 C ao , M g O , Y 2 0 3 等 , 进行稳 定化处理 . 过滤器采用部分稳定 2 10 2 ( P S Z , 即一部分为稳定的 Z到〕 2 固溶体 , 另一 部分为有 晶型转变 的 t . Z 到〕 2 ) , 在常温 下 由两相 ( e + m ) 或三 相 ( c + m + t ) 组 成 . 根据 H aln il ot n 关 于 Z 州。 2 系的 相 图分析 3I] , 认 为采用 多晶型技术可得 到很好的单斜 Z lr 〕 2含量 结果 . 多 晶型方法就 是把 稳定的立 方 Z州〕 2 相认 为是高温 多晶型 Z州〕 2 . A d am s 和 C ox ’l 从 x 射线 强度标 定稳定一 亚 稳定体系 中得到 : m(I 11 1) + mI ( 1 ,。 = n(I l l l , ( l ) 其 中 m(J : 川 是 四方或立方 高温 多晶 型 Z Or Z l( n ) 方 向强 度 . 由此可 推算 出样 品 中的单斜 晶系所 占分 数为 : Xm mI ( 1, , ) + mI ( 1 I D mI ( , : : ) + mI ( 1 ID + 几( . 11) ( 2 ) 但是 , 由于 A d a m s 和 C o x 在 Z 心 2 单斜 晶系 中使用 了不 正确 的晶 体结构 , 此分析只 能进行 半定 量分析 . 实验研究结果 表 明 , 当 不 计稳定离 子 的影 响和 它 们 的 小原 子 的散射 因 子 时 , 使用 多 晶 型 方 法 分 析 M g O 一 rZ 0 2 体 系 的 误 差 为 2 . 巧% , 所 以 , 尽 管等式 (2) 在理 论上 并不 完全 正 确 , 但仍为 rZ 体系相 分析 的 一种很 有效 的手 段 . 已 知 阳 离子 空位 化合 物 在稳 定 rZ 系 中是存 在 的 , 而且 离子一 般都 不 可 能 准确 地 分 布在 它 们 的点阵位置 , 这种情 况会使误差 得 以补偿 , 因 此 , 式 (2 ) 是可 以使用 的 . 利用 上 述方法 对 实验 前后 的单斜 Z r 0 2 的含量 进行计算 , 结果 如表 3 . 表 3 过滤 器 中单斜 Z Or : 质 量 分数 % 1 禅 2 ` 过滤前 过滤后 过滤前 过滤 后 5 6 . 5 5 9 . 3 6 3 . 7 7 8 . 1 X 射线衍射分 析表 明 : 无论 1 ” 过滤器还 是 2 “ 过滤器 , 在其用过后 , 衍射 峰均 明显 降低 . 这 是 因为过滤器在使用过程 中发 生 t 一 z or Z m . Z r 0 2 的转变 , 体积突变后 , 使组 成过滤器的颗粒本身 疏松 , 从而 使衍射 强度 下 降 . 由表 3 数据可 知 , 1 “ 过滤 器无论是 未用 的 还是使用过的 , 其单斜相含量均低 于 2 ” 过滤器 , 而 且 它 在用过 后 , 单斜相 含量仅增 加 .2 8% , 2 “ 过滤器却 增 加 14 .4 % , 是前 者 的 5 倍 . 可 见 , 1 ” 过滤器 的抗热震 性 明显 好于 2 ” 过滤器 , 这得 益 于 1 ” 过滤器 中较 少 的 m . Z 州〕 2 含量 . 通 常认 为 Z到〕 : 陶瓷 的抗热震 性 同 c . Z 州〕 : 中弥散的 m 一 Z旧 2 粒 子有 关 . 当 裂纹遇到细 小的 m 一 Z 旧 2 粒子 时 绕 道而 行 , 按 “ 之 ” 字前行 , 改善材料断裂韧性并使 抗热 震性提 高 . 当 m . Z 到〕 2 含量为 6 % 时 , 具 有最 好 的抗热震性 , 随着 m 一 Z Or Z 含量 的增加 , 并 在 晶 界处 共析分解 , 使 m 一 Z旧 2 集 中分布 , 微裂 纹 增多并连接起来 , 导致韧 性和 抗热 震性 下 降川 . 另 外 , 值得注 意 的 是 , 虽 然 1 ” 过滤器在 热 强 度和 抗热震 性 等性能 指标 上均优 于 2 ” 过 滤 器 , 但 其细 小 的 网孔在预热温度低 时 , 会因钢 液 表面张 力大而 被阻 塞 , 造成浇注 失败 . 3 结 论 ( l) 过滤器对钢 液 中氧化物夹杂的违滤有 明 显 效 果 , 而 对 氮化物 夹杂无 滤除 作用 . (2 )从对 1 ” , 2 ” 过滤器的 结 构对 比分 析中 发 现 , 过滤 器 中单斜 Z心 : 的大量存 在 , 会使其抗 高温性 、 抗热 冲 击性和 抗热震性等性 能 明 显 下 降 . 参 考 文 献 1 M o l lar d F R , D va i ds o n N . C e r am i e F o am : A U n iq u e M het - o d o f F ilet ir n g A l um i n um C as t in g s T 件nI s ac ti o n . A F S , 19 7 8 , 8 6 : 4 7 9 2 M o llar d F 民 D va i d s o n N . A N o n · P o l lut i n g D e g as s in g eT e hn iq u e fo r A lunt i n imt T r a n s a e ti on . A F S , 19 7 8 , 8 6 : 5 0 1 3 H a n n ink R H . M i e r o s utr c t u r a 1 D e v e l o Pm e nt o f S u b 一 e ut e e - t o i d A g e d M g o 一 Z or : A l l o y s . J . M at e .r S e i , 19 8 3 , 1 8 : 4 5 7 4 OR n a l d C G var i e , P a tr i e ks N i e h o l s o n . P h a s e A l 1 a ly s i s in Z icr o n i a Sy s t e m s . C an a d a : M e M as t e r U n i V e sr i yt H am i l - ot n o n t a r i o , 19 7 2 (下接 2 5 0 页)