Apa aplikasi bubuk silikon nitrida ferro Si3N4 dalam metalurgi?

Bubuk silikon nitrida (SiN₄)., dengan Si₃N₄ sebagai fase intinya, biasanya mengandung 55%-65% Si, 10%-15% N, dan 15%-25% Fe, dengan total pengotor (Al, Ca, S, P) Kurang dari atau sama dengan 3%. Karakteristik intinya mendukung beragam aplikasi di bidang metalurgi:

 Stabilitas Termodinamika yang Kuat:Si₃N₄ memiliki titik leleh sekitar 1900 derajat dan tidak terurai dalam lelehan baja/besi di bawah 1600 derajat, sehingga menghasilkan reaksi yang ringan dan terkendali.

 Reaktivitas yang Cocok:Energi bebas reaksi antara Si dan O (ΔG₂₀₀₀K=-477 kJ/mol) dan antara N dan O keduanya rendah, sehingga memungkinkan deoksidasi yang efisien tanpa menimbulkan pengotor berbahaya.

 Karakteristik Partikel Unggul:Serbuk-kelas industri memiliki ukuran 100-300 mesh (48-150 μm), luas permukaan spesifik yang besar, dan mudah terdispersi dalam logam cair, sehingga menghasilkan keseragaman reaksi yang baik.

(1) Deoksidasi Pembuatan Baja: Meningkatkan Kemurnian dan Stabilitas Baja Cair

Bubuk silikon nitrida, sangat efisiendeoksidasi komposit, memiliki keunggulan signifikan dibandingkan tradisionalferrosilikondan deoksidasi aluminium:

Mekanisme Deoksidasi:

Si₃N₄ bereaksi dengan O dalam baja cair menghasilkan SiO₂ dan N₂. SiO₂ memiliki massa jenis 2,65 g/cm³, jauh lebih rendah dibandingkan baja cair (7,8 g/cm³), sehingga mudah mengapung dan terbawa bersama terak. Ketika N₂ keluar dalam bentuk gelembung, ia dapat membawa beberapa inklusi kecil, yang selanjutnya memurnikan baja cair.

Skenario yang Cocok:

Berlaku untuk baja-paduan berkekuatan tinggi-rendah, baja bantalan, baja pegas, dan baja lainnya dengan persyaratan kemurnian tinggi. Hal ini dapat mengurangi porositas internal dan cacat inklusi pada baja, serta meningkatkan kekuatan tarik dan umur kelelahan.

(2) Penyesuaian Paduan: Mengoptimalkan Sifat Mekanik Baja

Si dan N bekerja secara sinergis untuk mencapai keseimbangan antara "penguatan dan ketangguhan" pada baja:

Mekanisme Penguatan:

Si larut ke dalam kisi besi, menyebabkan distorsi kisi, menghambat pergerakan dislokasi, dan meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja; N membentuk nitrida halus dan tersebar (seperti NbN dan VN) dengan unsur-unsur seperti Nb dan V dalam baja, menghasilkan efek penguatan presipitasi, sekaligus memurnikan butiran;

Data Peningkatan Kinerja:

Saat memproduksi{0}}baja paduan berkekuatan tinggi, menambahkan 0,4%-0,8%bubuk ferro silikon nitridameningkatkan kekuatan luluh baja sebesar 15%-20%, kekuatan tarik sebesar 10%-15%, dan perpanjangan tetap di atas 18%, menyeimbangkan kekuatan dan plastisitas;

(3) Bidang Pengecoran: Meningkatkan Kualitas Pengecoran dan Kemampuan Bentuk

Serbuk besi silikon nitrida memiliki fungsi penyesuaian inokulasi dan kemampuan mengalir, cocok untuk besi cor kelabu, besi ulet, dan pengecoran presisi:

Kemampuan Mengalir yang Dioptimalkan:

Mengurangi tegangan permukaan besi cair, mengurangi viskositas 15%-20%, meningkatkan kapasitas pengisian besi cair dan mengurangi cacat seperti "penuangan tidak mencukupi" dan "penutup dingin";

Penyempurnaan biji-bijian:

Partikel bubuk bertindak sebagai inti nukleasi heterogen dalam besi cair, mendorong pengendapan grafit yang seragam, menyempurnakan ukuran butir coran dari 80μm menjadi 30-40μm, meningkatkan kekuatan sebesar 25%-30%, dan meningkatkan ketahanan aus;

(4) Produksi baja khusus: memenuhi persyaratan kinerja skenario-kelas atas

Dalam produksi baja khusus seperti paduan{0}}suhu tinggi dan baja tahan karat, bubuk silikon nitrida ferro memainkan peran unik:

Paduan-suhu tinggi:

Saat digunakan dalam produksi paduan-suhu tinggi untuk bilah turbin mesin-aero, N membentuk nitrida stabil dengan elemen seperti Cr dan Co, sehingga meningkatkan kekuatan mulur paduan pada 1000 derajat sebanyak lebih dari 25%, meningkatkan ketahanan oksidasi sebesar 30%, dan mampu menahan suhu sangat tinggi dan dampak aliran udara;

Baja tahan karat:

Menambahkan bubuk 0,3%-0,5% dapat mengoptimalkan distribusi Cr dalam baja tahan karat, menghindari pembentukan area miskin Cr, dan menghaluskan butiran, sehingga meningkatkan waktu ketahanan korosi semprotan garam dari 200 jam. Diperpanjang hingga lebih dari 350 jam, cocok untuk lingkungan yang sangat korosif seperti peralatan kimia dan teknik kelautan;

Baja khusus lainnya:

Dalam produksi baja perkakas, dapat meningkatkan kekerasan merah dan ketahanan aus baja; Dalam-produksi baja bersuhu rendah, hal ini mengurangi suhu transisi getas melalui penghalusan butiran, sehingga baja dapat mempertahankan ketangguhan yang baik pada -60 derajat .

(1) Pengendalian Jumlah Penambahan

Deoksidasi Pembuatan Baja:

0,3%-0,6% (massa baja), penambahan yang berlebihan dapat dengan mudah menyebabkan kandungan N yang berlebihan dalam baja (melebihi 0,015%), menyebabkan "penggetasan nitrogen";

Pengecoran Inokulasi:

0,2%-0,5% (massa besi cair), penambahan berlebihan akan membuat pengecoran terlalu keras, sehingga mempengaruhi kinerja pemrosesan;

Paduan Baja Khusus:

0,4%-0,8% (massa baja cair), perlu disesuaikan secara tepat dengan komposisi target grade baja.

(2) Waktu dan Metode Penambahan

Pembuatan baja:

Tambahkan pada tahap selanjutnya peleburan muatan tungku (suhu baja 1500-1600 derajat) untuk memastikan dispersi bubuk seragam dan menghindari aglomerasi lokal;

Pengecoran:

Tambahkan 1-2 menit sebelum mengetuk besi cair, atau tambahkan selama proses penuangan untuk meningkatkan efek inokulasi.

(3) Pemilihan Bahan

Persyaratan Kemurnian:

Serbuk FeSi3N4 dengan kemurnian tinggi (kandungan Si₃N₄ Lebih besar dari atau sama dengan 90%, pengotor total Kurang dari atau sama dengan 1%) digunakan untuk baja bermutu tinggi;

Pilihan Ukuran:

Bubuk 100-200 mesh untuk pembuatan/pengecoran baja biasa, bubuk halus 200-300 mesh untuk pengecoran presisi untuk memastikan reaksi seragam.