鈮與碳極強(qiáng)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(guò)對(duì)鈮鐵溶解過(guò)程的研究，進(jìn)一步確定鈮在鑄鐵中的行為。
1.實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備
根據(jù)制動(dòng)盤(pán)性能以及鑄造工藝要求，實(shí)驗(yàn)用鈮鐵純度為65%的標(biāo)準(zhǔn)鈮鐵，鈮鐵的熔點(diǎn)范圍為1580～1630℃(固相線和液相線溫度)，遠(yuǎn)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(guò)程，而是一個(gè)以界面擴(kuò)散為基礎(chǔ)的溶解過(guò)程。這個(gè)溶解過(guò)程需要一定時(shí)間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，將鈮鐵塊加工為大小為Ф5mm×30mm的圓柱型。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括10kg中頻感應(yīng)電爐，每次試驗(yàn)熔煉量為7kg，Ф35mm×150mm砂鑄型，實(shí)驗(yàn)前砂型預(yù)熱到200℃，鐵水過(guò)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(jì)等。
2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
對(duì)鈮鐵溶解擴(kuò)散的研究分為水平方向和垂直方向。擴(kuò)散層的寬度為80～150μm，在界面擴(kuò)散前沿存在著大量的細(xì)小石墨。
研究發(fā)現(xiàn)，在水平擴(kuò)散前沿方向上，石墨中的碳與擴(kuò)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(xì)小卷曲，石墨受鈮鐵的蠶食分解情況。
在遠(yuǎn)離擴(kuò)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(cè)試結(jié)果表明，在水平擴(kuò)散方向上，鈮在珠光體基體中的固溶度逐漸降低，離擴(kuò)散徑向方向越遠(yuǎn)，鈮含量越低，當(dāng)鈮含量很低的時(shí)候，其對(duì)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(duì)比研究表明，鈮鐵在垂直方向上的溶解擴(kuò)散情況與在水平方向上相似。在垂直擴(kuò)散方向上，由于擴(kuò)散溫度條件較水平擴(kuò)散情況要高，擴(kuò)散層的寬度也相對(duì)寬些，約為200～300μm，在界面擴(kuò)散前沿同樣存在著一定數(shù)量的細(xì)小石墨。
在遠(yuǎn)離擴(kuò)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(cè)試結(jié)果表明，在垂直擴(kuò)散方向上，鈮在珠光體基體中的固溶度逐漸降低，離擴(kuò)散徑向方向越遠(yuǎn)，鈮含量越低，當(dāng)鈮含量很低的時(shí)候，其對(duì)石墨組織的形態(tài)影響不大，這與水平擴(kuò)散情況一致。
無(wú)論是水平擴(kuò)散還是垂直擴(kuò)散，研究結(jié)果均表明，鈮對(duì)珠光體基體組織的影響在于使組織細(xì)化，但對(duì)珠光體量基本沒(méi)有影響，靠近擴(kuò)散前沿方向上的珠光體基體組織，遠(yuǎn)離擴(kuò)散前沿方向上的珠光體基體組織。在擴(kuò)散前沿，由于鈮含量較高，珠光體基體明顯得到了細(xì)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(guò)程，而是一個(gè)以界面擴(kuò)散為基礎(chǔ)的溶解過(guò)程。在擴(kuò)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(xì)小卷曲，在遠(yuǎn)離擴(kuò)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(kuò)散溫度較水平方向上高，其擴(kuò)散層的寬度也較大，即垂直方向上更有利于鈮鐵的溶解擴(kuò)散。
3)研究表明，鈮對(duì)珠光體基體的影響在于使其細(xì)化，從而提高了材料的強(qiáng)度。