钪在铸铁中的作用.docx

钪元素符号是Sc，原子序数是21。单质钪是一种柔软、银白色的过渡金属，常跟钆、铒等混合存在，产量很少，在地壳中的含量约为0.0005%。熔点1541℃，沸点2830℃，密度2985kg/m3 。
单质形式的钪，已经被大量应用于铝合金的掺杂。在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相，对铝合金起变质作用，使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%~0.4%的Sc可使合金的再结晶温度提高150~200℃，且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。高强高韧铝合金、新型高强耐蚀可焊铝合金、新型高温铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等，在航天、航空、舰船、核反应堆以及轻型汽车和高速列车等方面具有非常诱人的开发前景。
钪也是铁的优良改化剂，少量钪可显著提高铸铁的强度和硬度。另外，钪还可用作高温钨和铬合金的添加剂。因为钪具有较高熔点，而其密度却和铝接近，也被应用在钪钛合金和钪镁合金这样的高熔点轻质合金上，但是因为价格昂贵，一般只有航天飞机和火箭等高端制造业才会使用。
在铁水中加入少量的钪，可以明显改善铸铁的组织和性能。因为钪可以净化铁水，改变石墨形态，细化共晶团，在提高铸铁的铸造性能的同时改善和提高铸铁的常温和高温性能。
改变铸铁中的石墨形态。钪不仅能使铸铁中的石墨细化，而且能使其变成蠕虫状或者球状。
细化共晶团。钪与硫、氧等元素反应后生成高熔点的硫化物和氧化物，这些反应物在铁水的状态下，均以固相质点的形式存在，一部分上浮至渣中，净化铁液，一部分留在铁水中以外来核心的形式存在，促进了铁水结晶，使其单位体积的共晶团数量大大增加，共晶团的细化能明显改善铸铁性能。
中和反球化元素。反球化元素大体上分为两类，一类是消耗型如硫、氧、硒等，它们与钪的反应生成的化合物一部分上浮至渣中，一部分留在铁水中起到外来核心的作用；第二类是晶界偏析型如锡、钛、硼等，它们富集在共晶团边界上，促进碳在共晶后期结晶成畸变的枝晶状石墨。如果这些元素浓度大，也可以在共晶中期就促使石墨畸变，形成团块状或厚片状石墨。钪可以和这些元素反应生成高熔点的化合物，从而消除和减轻它们因晶间偏析而造成石墨畸变的危害。
减轻铸铁白口化程度的影响。在铸铁中加入少量的钪元素，可以大大减轻白口化倾向或消除白口。
改善和提高铸铁的常温和高温性能。试验结果显示采用钪元素进行变质处理，能有效提高铸铁性能30%以上。
提高铸铁高温抗氧化性能。钪元素富集在晶界处，可以阻止氧向基体深层入侵，防止基体氧化，同时由于钪元素的存在，可使氧化皮和基体的附着力增加，提高其高温抗氧化的能力。