金相分析(三)
第七卷「大陆」佛山实习卷 | 吹牛者 | 约 2939 字 | 编辑本页
陈英在炉房里长大,父亲是铸锅行里的名师,从小就对冶铸行业的各类门道耳濡目染。什么生铁、熟铁、百炼钢,其中的分别她一清二楚。可在踏入这间实验室以前,她从没想过,仅仅铸铁、在澳洲人那里还有这样多的区分和说法。
在江记铁铺技术员的指导下,她渐渐明白了这些黑黑白白的图案里,包含着怎样的讯息。
原来,有明一代名闻海内外的广铁,质量好的原因是占了原料的优势、含硫量低。
原来,她父亲和佛山冶铸业同行们引以自豪的红模铸造法,在澳洲人眼中不过是误打误撞而已——在烧热的砂型里进行浇铸,令铸件的冷却速度慢下来、硅含量略增,不稳定的渗碳体得到了更多的分解、析出了更多的石墨,促使白口铸铁向灰口铸铁略微转化,进而提升了机械强度。
以前仅有模糊了解的许多铸铁知识,在显微镜下一览无余;那些谁也说不出个所以然的祖传秘诀,原理被几页图案解释得清清楚楚。而这只是澳铁技艺的沧海一粟罢了,澳洲人还有更好的冶铸秘法。
日头开始西斜时,陈英终于看过了大部分的试样。这些试样都是灰口铸铁,质量有好有坏,但均可归为“合格”之列。灰口铸铁件的订货量较大,单价却不算高。毕竟按照订单要求的工艺生产即可、并不需要额外的投入,只有生铁料必须从佛山工业园区的钢铁交易中心进货。
她站起来,活动了一番僵硬的身体,揉了揉视线有些模糊的眼睛。后面还剩下两枚试样待检验,另外就是那块陈家大炉房送来的样品了。这几个试样比较特殊,用得正是“澳洲铸铁秘法”。
她拿起一枚“孕育铸铁”的试样,开始细细抛光。
孕育铸铁是出炉时经过孕育处理的铸铁。一般来说,为了得到灰口铸铁,应使铁水中的碳含量较高,石墨才容易以游离形态析出,避免形成渗碳体引起白口化。然而,石墨片过多、过大,就相当于铸铁的金属基体内部存在许多尖锐裂隙,也会导致机械性能的下降。灰口铸铁的拉力强度不好,主要原因就在于此。所以,在含碳量较低的铁水中投入孕育剂,生成石墨结晶核心、防止白口化,能够使铸铁形成石墨片更细小均匀的金相结构,从而显著提高机械性能。
这种铸铁工艺有两个难点。其一,是温度控制和土炉的缺陷问题。孕育剂的投入是在浇铸之前,并且孕育处理过程会大量吸热,对于炉温条件不好的土炉来说,这令铁水出炉的火候难以把握。同时,土炉在熔化铁料的过程中,还很容易使铁水增碳增硫,化学成分的改变,将导致孕育铸铁件的质量下降。
其二,自然是孕育剂难得。旧时空的孕育剂五花八门,但元老院在本位面所能生产的,就只有被各路论文用做负面例子踩在脚底的“75 硅铁”,即硅含量 75%的粒状铁硅合金。这玩意虽然能明显提高铸铁性能,但制备起来十分昂贵——是用电解法的。把硅石和钢屑投入电炉中进行还原反应,每吨生产耗电超过 8000 度。
好在孕育剂的消耗量不大,旧时空一般是铁水重量的 0.5%-1%,元老院工艺不行,还要略多些。但几万吨的生铁总产量,就算都用来造孕育铸铁,每年也只需要几百吨罢了,何况现阶段还没这个必要。
佛山一共只有两台 80 千瓦的煤气发电机组,加在一起也无法达到启动电炉的必要功率,因此孕育剂暂时还只能从海南调拨,目前每月输入约 2-3 吨,除自用外,也高价外售一部分,算是转嫁些成本。
尽管价格堪称黑心,孕育剂依然是供不应求。佛山冶铸业纷纷传说,澳铁的优质,全在于这种秘方。“澳洲神铁药”的名声不胫而走,只要一摆出来,当天就能被食髓知味的本地炉户们抢光。几家大炉房甚至还倒买倒卖,大发横财。
显微镜下,孕育铸铁的金相组织果然与之前那些试样相当不同,细小的石墨片散布在珠光体间,割裂金属基体的危害性比普通灰口铁要小得多。这批铸件看来也是合格了。
陈英把样品放回原来的位置,用笔在标签上做了个记号,表示初步检验合格。然后拿起了木匣外的最后一枚试样。她瞥了标签一眼,发现这枚试样是梁三家送来的,铸铁种类是——可锻铸铁。
它的形状并不像其它样品是个小铁块,而是直接截了一段铸件送来检验。原本的铸件似乎是一种管道的弯头。
可锻铸铁也称马铁、玛钢。与孕育铸铁不同,无需任何特殊的原料或者添加剂就可以制造。它的坯料甚至不是灰口铁,而只是白口铁。化学成分也与白口铁相同。机械强度却并不输于孕育铸铁,还具有较高的塑性及韧性,在某些场合可以代替钢。其性能提升的秘密在于钢铁的另一种重要加工手段——热处理。
可锻铸铁出现得很早,最早有明确工艺规程的方法出现于 1720 年的法国,把白口铸铁件加热至 900-1000 度,保温几十小时后冷却,称“欧法”。1831 年,在美国又出现了白口铸铁件首先加热至 950 度左右,保温十几小时,然后迅速冷却至 720 度附近,再保温十几小时的工艺,称“美法”。
导致白口铁硬脆的主要成分是渗碳体,上述热加工过程名为“可锻化退火”,能促使渗碳体在高温下分解为絮状石墨,金属基体形成珠光体或铁素体。由于絮状石墨比灰铸铁中的片状石墨更加不易割裂金属基体,因此可锻铸铁具有比灰铸铁更好的机械强度。
然而陈英却没有在试样的断面上看见明显的团絮状石墨。她记得这已是梁三家连续第二次送来不合格的样品了,再有一次就会被取消接单资格,难免有些担忧。
尽管不需要特殊原料,但可锻铸铁对手工业作坊的土炉来说仍不简单。白口铸铁坯件的化学成分要求较为严格,热处理过程的温度控制也不容易。升降温过程并非简单加热和自然冷却,必须符合铸件性能要求的温度曲线,是相当复杂的热处理工艺。而且,上千度持续保温好几天,退火周期很长,生产率较低;燃料则又是笔很大的支出,进一步推高了成本。最后,可锻铸铁的方法只能用于铸造薄壁件,一般厚度不超过 2 厘米。这也是梁三家没有像其他炉房一样提供铁水包里的试样,而是直接截取了一段铸件送检的原因。
因此,陈英不仅担心他家被吊销资质,还有些担心连续两次失败的成本损失。燃料不像铁料,炼坏了还能回炉,木炭烧掉就没有了。
担忧归担忧,她却只能照实在标签上划下“不合格”的记号。摇了摇头,她拿起陈家大炉房送来的样品,不由眼睛一亮,这是最为“高级”的一种澳洲秘法铸铁,球墨铸铁。
球墨铸铁,顾名思义,石墨在金属基体中以球状形态存在的铸铁。等体积下球形的表面积最小,也就意味着球状的游离态石墨对铸铁机械强度的影响最小。球墨铸铁的生产技术是在灰口铸铁-孕育铸铁的基础上发展出来的,即在浇铸前,先投入“球化剂”,再投入孕育剂进行孕育处理,球化剂可以促使孕育处理过程中析出的石墨呈球状。
与可锻铸铁相比,球墨铸铁的生产周期短、机械性能高,且不受铸件壁厚的限制。与钢相比,则不需要大型锻压设备、加工工时短,生产工艺简单,耐磨、耐蚀和减震性好,能够铸造复杂铸件,只有塑性和韧性略差。
球墨铸铁的名声一度很大。主要原因是它的综合性能指标接近钢,成本却只有钢的 30%。对于当年的后发缺钢国家来说,性价比很高。不过,在本位面,这种钢的廉价代用品依然十分宝贵。旧时空,球化剂一般是稀土-镁合金,元老院没有稀土,只好退而求其次,采用纯镁作为球化剂。然而,镁的生产同样需要使用电解法、产量极为可怜,暂时还完全采取按计划调拨的方式供给。