碲及其對鑄鐵性能的影響

碲是于1782年由德國礦物學(xué)家 F.J.Muller von Reichenstein 在研究德國金礦時得到的一種未知物質(zhì)。1798 年德國人M.H.Klaproth 證實了此發(fā)現(xiàn)并測定了這一物質(zhì)的特性，按拉丁文Tellus(地球)命名為Tellurium。

    現(xiàn)在的碲大多是煉鋼廠的副產(chǎn)品，固態(tài)時呈六方晶格，礦物鑄件原子序數(shù)為52，是介于金屬與非金屬之間的過渡元素。純碲的密度為6.25g/cm3,熔點(diǎn)為 熔點(diǎn)449.5±0.3℃，沸點(diǎn)989.8±3.8℃，熔化潛熱為 17.6 kJ/kg，比熱為0.134 kJ／kg·K ,在熔點(diǎn)以下極易升華,氣化熱為107.6 kcal／gm ·℃ 。在空氣中燃燒呈現(xiàn)綠藍(lán)色火焰并生成二氧化碲。碲易傳熱導(dǎo)電，其傳導(dǎo)性對光很敏gan，系P型半導(dǎo)體。碲與硒同存于硫化礦中。

    碲不溶于鐵，碲原子也不會進(jìn)入石墨晶格。碲有極強(qiáng)的促進(jìn)碳化物的能力。碲是強(qiáng)烈的反石墨化元素，能有效地促進(jìn)灰鑄鐵形成白口組織。其確切作用機(jī)理目前仍在探討之中，但是普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為：碲的熔點(diǎn)較低，能熔于鐵液中，影響了鐵液的結(jié)晶凝固過程。碲對鐵液結(jié)晶過程的影響主要是通過動力學(xué)因素達(dá)到的。有人認(rèn)為，碲的原子半徑較大，在鐵中的溶解度極小，在鑄鐵共晶團(tuán)生長過程中，尤其是在中、后期，多與MnS形成共生物富集在共晶團(tuán)前沿。使鐵液產(chǎn)生嚴(yán)重的成分過冷，因而改變鑄鐵的凝固方式，使鑄鐵由按穩(wěn)定體系轉(zhuǎn)變?yōu)榘唇榉€(wěn)定系進(jìn)行凝固，極大地抑制了石墨的生長，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生白口組織 。這種能力與鐵液含氧量有關(guān)，當(dāng)鐵水含氧量越多，碲促進(jìn)白口生成能力越強(qiáng)。

    前蘇聯(lián)的 A.E 勃留哈諾夫和A.A郭爾施柯夫等在20世紀(jì)30年代提出碲可使鑄件產(chǎn)生白口組織,并提出了對鑄件表面鑄滲碲可防止鑄件產(chǎn)生縮松及縮孔。60年代,日本學(xué)者河村敏一的試驗結(jié)果表明,碲涂料對鑄鐵有強(qiáng)烈的冷激效guo，當(dāng)鑄件的壁厚為20～30mm時,碲涂料的作用大致相當(dāng)于15mm厚的冷鐵效guo 。人們有時有意地將碲加入到鑄型涂料中，并涂刷到灰鑄鐵鑄件的特定部位上。碲是強(qiáng)碳化物形成元素，會局部地將鑄件的組織從灰鑄鐵轉(zhuǎn)換成完quan白口鑄鐵。據(jù)說這個作用常用來減少局部的收縮問題。碲在這方面的作用機(jī)理目前很難理解，但有人提出,在這個過程中能夠迅速形成固態(tài)表皮，這與熱激冷等效。需要注意的是碲會造成激冷部位加工困難。

    G.E.Moron通過實驗提出,碲無論是以何種形式加入到鐵液中,礦物鑄件都會使石墨的形態(tài)變得反常,這種反常的石墨形態(tài)會嚴(yán)重地降di灰鑄鐵的力學(xué)性能。 

    R.C.Loper也認(rèn)為：碲對灰鑄鐵中的石墨會產(chǎn)生不利的影響。極少量的碲就能使灰鑄鐵的強(qiáng)度大大降di。特別是對厚壁鑄件，當(dāng)鑄件中含0.003％或更低的碲時,其強(qiáng)度降di為無碲鑄鐵的70％～10％ 。  

    大連理工大學(xué)的陳光昀通過試驗得出結(jié)論：碲對灰鑄鐵組織的影響主要是改變了石墨的形貌，使基體中有過冷石墨和網(wǎng)格狀石墨出現(xiàn)；碲對灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度有明xian的不良影響, 而對抗彎強(qiáng)度影響不大。

    碲干擾石墨球化，使石墨產(chǎn)生畸變。生產(chǎn)球墨鑄鐵時應(yīng)嚴(yán)格控制。稀土元素可以緩解碲促進(jìn)白口的作用。

    碲可以用在白口合金鑄鐵或可鍛鑄鐵中，確保產(chǎn)生白口組織。

   需要注意的是：碲及其蒸氣有毒，單質(zhì)碲毒性較小，礦物鑄件碲的化合物有劇毒。大量吸入后刺激上呼吸道引起咽喉干痛，氣促咳嗽，口內(nèi)金屬味，化學(xué)性肺炎，昏迷痙攣，窒息等癥狀。有鑄造廠接觸含碲白煙而引起的急性中毒實例。長時間接觸低濃度碲及化合物也有出現(xiàn)中毒的癥狀。