铸铁中的“氮”
——科学利用，创造价值
众所周知，当铁液中的“氮”超过一定的浓度时，浇注后的铸件容易产生裂隙状的氮气孔缺陷（图1），氮气孔缺陷在灰铁铸件中较为常见，其形成机理较复杂，且容易和缩松缺陷相混淆，导致氮气孔缺陷一度成为铸造工厂的疑点和难点问题，甚至谈“氮”色变。
相关的资料介绍：电镜下观察氮气孔表面形貌，具有乳状枝晶头、龟背纹和碳膜三大典型的特征（图2），指出铁液中的氮含量和废钢（图3）、增碳剂（图4）、树脂等铸造原材料直接相关，提出铁液中氮含量必须严格控制在ppm以内。
为防止铸件产生氮气孔缺陷，常见的工艺措施有：严格控制原材料品质，采用氮含量低的废钢、石墨化增碳剂和低氮树脂；减少砂芯发气量，加强砂芯排气，确保砂芯排气通畅（图5）；在氮气孔缺陷部位增加溢流冒口（图6）等，通常将以上措施简称为“减、排、溢”，并在改善过程中取得了良好的效果。
那么，铁液中的氮含量是不是越低越好呢？根据最新的研究表明：生产灰铸铁时，铁液中的氮具有固溶强化和钝化石墨的作用，显著影响灰铸铁的基体组织、石墨形态及力学性能，随着铁液中氮含量的增加，石墨形态、基体组织和力学性能将发生如下改变：
1、片状石墨长度变短，宽度稍有增加，弯曲长度增加，石墨端部钝化（图7）；
2、基体组织中珠光体数量增多，粗片状珠光体比例减少，珠光体层片状间距减小（图8）。
由此可见，氮是稳定并能细化珠光体，抑制铁素体形成的元素。
3、随着氮含量的不断增加，铸件的抗拉强度也随之提高，当含氮量达到ppm时，试样的抗拉强度达到Mpa，当氮含量超过ppm时，抗拉强度开始下降（图9），铸件出现氮气孔缺陷。
通常情况下，生产高牌号灰铸铁时，需要加入铜、锡、镍、钼等贵重金属，合金加入量越多，不但增加了生产成本，也严重恶化了铸件的加工性能。近年来，国外先进铸造工厂通过在原铁液中添加氮化锰铁，将原铁液中氮含量控制在90ppm～ppm范围内，可降低铸铁中合金元素的含量，在降低生产成本的同时，还能获得良好的基体组织和力学性能，尤其是铸件的加工性能得到了明显的改善。
河南伟业公司从墨西哥进口的氮化锰铁，是一种成熟、稳定的增氮材料，具有氮含量高、吸收快、吸收率高、稳定性好等特点。氮化锰铁可在配料时炉内加入，也可在出铁水时随流加入浇注包内。生产实践表明，铁液中加入0.1%的氮化锰铁可提升15ppm～20PPm的氮含量。氮化锰铁加入量一般为0.1%～0.3%，当铁液中氮含量调整到90ppm～ppm时，铸件抗拉强度可提高30Mpa～60Mpa，铜、锡、镍、钼等合金的加入量可降低25%～65%不等，每吨铸件可降低材料成本元～元，具有显著的成本优势。
需要说明的是：合理使用氮化锰铁，需要满足三个条件：
1、熔化配料所使用的原材料品质需稳定；
2、选用高品质的氮化锰铁，氮化锰铁应具备以下特点：氮含量高；吸收快；吸收率高；稳定性好；
3、铸造工厂应具备氮氧分析仪（图10），能精准检测和控制铁液中的氮含量。
截止目前，河南伟业公司从墨西哥进口的氮化锰铁已在国内多家铸造工厂取得了成功的应用，实现了良好的铸件品质和经济效益，河南伟业公司期待与您做进一步的交流与合作，共同推动中国铸造行业新工艺、新材料的创新和发展。
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