Al-Ca-Fe合金熔合实验研究(3)
1.1.2 Fe含量对Al-Fe合金组织和硬度的影响
过渡族金属Fe与Al化合形成的金属间化合物Al3Fe具有优良的耐热、耐磨和抗氧化性能，加之Al和Fe的来源广、成本低，这些优良的特点使得Al-Fe合金成为颇受人们关注的新型轻质耐热合金。快速凝固Al-Fe合金因为密度小，具有较高的比强度，已经在航空航天中得到了一定的应用，在中温使用条件下，它可以部分取代钛合金。但是对于普通熔铸Al-Fe合金，由于组织中存在粗大的针状Al3Fe，致使合金强度很低。对Al-Fe合金而言, Fe是仅次于Al的第二主要元素，Al3Fe相在Al基体中的形态、分布和数量对该合金的各项性能有着最直接的影响。Fe在Al里是一个矛盾综合体：一方面，Fe量多，Al3Fe相的数量就最多，Al-Fe合金的耐热、耐磨和耐腐蚀性能也就相应提高；另一方面，由于金属间化合物Al3Fe是脆性相，它在数量上的增多又会损害该合金的力学性能。但是到目前为止，还未见到有关Fe含量对Al3Fe相形貌、分布及对合金性能影响方面的研究报道。周振平、李荣德等人[1]对此做了研究，以布氏硬度作为衡量合金性能的一个指标，得出结论：合金的硬度值随含铁量的增加而提高。当含铁量<30%时，硬度值与含铁量基本呈线性关系；当含铁量为30%时硬度值陡增。
1.2 炼钢用脱氧剂
各种炼钢方法中通常是利用氧化法来除去钢中的大部分杂质元素和有害物质，这就使得氧化后期钢中溶入了过量的氧。过量的氧在钢液中凝固时将逐渐从钢液中析出，会形成夹杂物或气泡，严重影响钢的性能。其危害表现为：（1）由于氧在固体钢中的溶解度很小，在钢的凝固过程中，氧会以氧化物的形式大量析出，严重降低钢的力学性能，尤其是塑性和韧性。（2）当钢液中的碳降低到规定数值时，应该脱除钢液中大量的氧，以便中止C-O反应。否则，一方面在其后的出钢和浇注过程中，随着温度下降，钢液中氧的溶解度降低，因而促使C-O反应继续进行，钢液强烈沸腾，造成浇注困难。另一方面，根据选分结晶的原理，在钢锭模中，含C、O低的钢液先凝固，因而使后凝固的钢液含氧量越来越高，C-O反应也就进一步加强，这不仅会产生大量CO气泡，还会彻底破坏锭坯的结晶组织，严重影响钢锭的质量，甚至造成废品。（3）当钢的氧含量和硫含量都很高时，有害作用尤其严重。FeO和FeS在钢的凝固过程中以共晶的形式存在于晶界上，在其后的加热、轧制过程中，将会导致“热脆”现象。
炼钢用脱氧剂主要有硅铝钡钙铁、硅钙包芯线、铝线、铝锰铁、钢芯铝、电石和碳化硅等，主要作用是与铁水中溶解的氧反应，主要生成非金属化合物，形成沉淀上浮至渣层中，加以除去即可得纯净的铁水。
主要的脱氧方式有沉淀脱氧，扩散脱氧和真空脱氧等。此外现代炼钢也可以采用真空设备加以脱氧，如VD炉，VOD炉等等。
随着冶金技术的不断发展，有些钢种对钢种成分和氧含量要求比较严格， 特别是在进行深脱氧处理时，需要采用一些新的脱氧剂如含钡、钙、镁的碱土金属复合脱氧剂对钢水进行深脱氧或改变钢中的夹杂物。因此，有必要对新型脱氧剂的组成，脱氧能力，特别是脱氧产物(钢中的夹杂物)进行深入研究，使钢中的夹杂物得以有效控制，以满足高质量钢的要求。
钢液脱氧是炼钢过程必不可少的工艺环节。吹炼终点钢液中所含一定量的溶解氧须去除干净，以提高钢锭和钢的质量。在出钢过程中加入某些元素并与氧发生反应，生成不溶于钢水的氧化物(即夹杂物)，从而达到除氧的目的，因此，脱氧剂的选择至关重要。马钢(合肥)钢铁公司原用Si-Ba-Ca炉后脱氧，同时加入少量铝块细化晶粒、减少钢中氮，从而减缓时效倾向。含钡合金用于钢的脱氧和夹杂物的变性处理可获得较低的氧，其脱氧产物易于上浮且速度很快，钢中夹杂物形态发生改变而呈球形，且均匀分布于钢中。但是，目前商品化的钡合金种类很多、成分各异，如Si-Ca-Ba合金典型体系中w(Ca)为2.2%～20%，w(Ba)为2%～36%。从而在实际工业应用中选择合金种类和成分、优化脱氧工艺缺少理论指导，钡处理钢液的效果亦难以达到最佳化。事实上，目前用钡合金处理钢液的效果波动较大。东北大学的李洋，姜周华等人从合金中的钡、钙在炼钢脱氧过程中的相互作用关系出发，考察并比较不同w(Ba)、w(Ca)的Si-Ca-Ba合金在脱氧以及对夹杂物变性作用的变化规律[4]，可为合金的设计提供依据。但事实上Si-Ba-Ca炉后脱氧存在利用率较低、成本`较高的问题，故很早的时候就有人试验了Si-Al-Fe脱氧剂，且在保证钢内在质量前提下，制定出合适的脱氧剂加入量。该脱氧剂已成功应用于各钢种的生产。