Quelles sont les applications de la poudre de nitrure de ferro-silicium Si3N4 en métallurgie ?

Poudre de nitrure de silicium (SiN₄), avec Si₃N₄ comme phase centrale, contient généralement 55 % à 65 % de Si, 10 % à 15 % de N et 15 % à 25 % de Fe, avec des impuretés totales (Al, Ca, S, P) inférieures ou égales à 3 %. Ses principales caractéristiques prennent en charge diverses applications dans le domaine métallurgique :

 Forte stabilité thermodynamique :Si₃N₄ a un point de fusion d'environ 1 900 degrés et ne se décompose pas dans l'acier/fer fondu en dessous de 1 600 degrés, ce qui entraîne une réaction douce et contrôlable.

 Réactivité appropriée :L'énergie libre de réaction entre Si et O (ΔG₂₀₀₀K=-477 kJ/mol) et entre N et O sont toutes deux faibles, permettant une désoxydation efficace sans introduire d'impuretés nocives.

 Excellentes caractéristiques des particules :La poudre de qualité industrielle-a une taille de 100 à 300 mesh (48 à 150 μm), une grande surface spécifique et se disperse facilement dans le métal en fusion, ce qui entraîne une bonne uniformité de réaction.

(1) Désoxydation sidérurgique : améliorer la pureté et la stabilité de l’acier en fusion

Poudre de nitrure de silicium, comme agent hautement efficacedésoxydant composite, présente des avantages significatifs par rapport auxferrosiliciumet désoxydants d'aluminium :

Mécanisme de désoxydation :

Si₃N₄ réagit avec O dans l'acier fondu pour générer SiO₂ et N₂. SiO₂ a une densité de 2,65 g/cm³, bien inférieure à celle de l'acier fondu (7,8 g/cm³), ce qui le rend facilement flottant et éliminé avec les scories. Lorsque le N₂ s'échappe sous forme de bulles, il peut transporter quelques petites inclusions, purifiant davantage l'acier en fusion.

Scénarios appropriés :

Applicable aux aciers à faible-alliage à haute résistance-, aux aciers à roulements, aux aciers à ressorts et à d'autres aciers ayant des exigences de pureté élevées. Il peut réduire la porosité interne et les défauts d'inclusion dans l'acier et améliorer la résistance à la traction et à la fatigue.

(2) Ajustement de l'alliage : optimisation des propriétés mécaniques de l'acier

Si et N travaillent en synergie pour atteindre un équilibre entre « renforcement et trempe » dans l'acier :

Mécanisme de renforcement :

Le Si se dissout dans le réseau de fer, provoquant une distorsion du réseau, empêchant le mouvement de dislocation et améliorant la résistance et la dureté de l'acier ; N forme des nitrures fins et dispersés (tels que NbN et VN) avec des éléments tels que Nb et V dans l'acier, produisant un effet de renforcement par précipitation, tout en affinant les grains ;

Données d'amélioration des performances :

Lors de la production-d'acier allié à haute résistance, ajouter 0,4 à 0,8 %poudre ferro de nitrure de siliciumaugmente la limite d'élasticité de l'acier de 15 à 20 %, la résistance à la traction de 10 à 15 % et l'allongement reste supérieur à 18 %, équilibrant la résistance et la plasticité ;

(3) Domaine de moulage : amélioration de la qualité et de la formabilité du moulage

La poudre de nitrure de silicium et de fer a à la fois des fonctions d'inoculation et de réglage de la fluidité, adaptées à la fonte grise, à la fonte ductile et à la coulée de précision :

Fluidité optimisée :

Réduit la tension superficielle du fer fondu, réduisant la viscosité de 15 % à 20 %, améliorant la capacité de remplissage du fer fondu et réduisant les défauts tels que « versement insuffisant » et « fermeture à froid » ;

Affinement des grains :

Les particules de poudre agissent comme des noyaux de nucléation hétérogènes dans le fer fondu, favorisant une précipitation uniforme du graphite, affinant la granulométrie des pièces moulées de 80 μm à 30-40 μm, augmentant la résistance de 25 à 30 % et améliorant la résistance à l'usure ;

(4) Production d'aciers spéciaux : répondre aux exigences de performances des scénarios-haut de gamme

Dans la production d'aciers spéciaux tels que les alliages à haute température-et l'acier inoxydable, la poudre de nitrure de ferro-silicium joue un rôle unique :

Alliages à haute-température :

Lorsqu'il est utilisé dans la production d'alliages à haute température pour les aubes de turbine de moteurs d'avion, l'azote forme des nitrures stables avec des éléments tels que Cr et Co, augmentant la résistance au fluage de l'alliage à 1 000 degrés de plus de 25 %, augmentant la résistance à l'oxydation de 30 % et étant capable de résister à des températures extrêmement élevées et à l'impact du flux d'air ;

Acier inoxydable:

L'ajout de 0,3 %-0,5 % de poudre peut optimiser la répartition du Cr dans l'acier inoxydable, éviter la formation de zones pauvres en Cr et affiner les grains, augmentant ainsi le temps de résistance à la corrosion au brouillard salin de 200 h. Étendu à plus de 350 heures, adapté aux environnements hautement corrosifs tels que les équipements chimiques et l'ingénierie maritime ;

Autres aciers spéciaux :

Dans la production d'acier à outils, il peut améliorer la dureté rouge et la résistance à l'usure de l'acier ; Dans la production d'acier à basse-température, il réduit la température de transition fragile grâce au raffinement du grain, permettant à l'acier de conserver une bonne ténacité à -60 degrés.

(1) Contrôle du montant ajouté

Désoxydation sidérurgique :

0,3 % à 0,6 % (masse d'acier), un ajout excessif peut facilement conduire à une teneur excessive en N dans l'acier (supérieure à 0,015 %), provoquant une « fragilisation par l'azote » ;

Inoculation par coulée :

0,2 % à 0,5 % (masse de fer fondu), un ajout excessif rendra la pièce moulée trop dure, affectant les performances de traitement ;

Alliage d'acier spécial :

0,4 % à 0,8 % (masse d'acier fondu), doit être ajusté avec précision en fonction de la composition cible de la nuance d'acier.

(2) Calendrier et méthode d’ajout

Sidérurgie :

Ajouter au cours des étapes ultérieures de la fusion de la charge du four (température de l'acier de 1 500 à 1 600 degrés) pour assurer une dispersion uniforme de la poudre et éviter une agglomération locale ;

Fonderie:

Ajoutez 1 à 2 minutes avant de tapoter le fer fondu, ou ajoutez pendant le processus de coulée pour améliorer l'effet d'inoculation.

(3) Sélection des matériaux

Exigences de pureté :

La poudre FeSi3N4 de haute -pureté (teneur en Si₃N₄ supérieure ou égale à 90 %, impuretés totales inférieures ou égales à 1 %) est utilisée pour les nuances d'acier haut de gamme ;

Sélection de taille :

Poudre de 100 à 200 mailles pour la fabrication/coulée d'acier ordinaire, poudre fine de 200 à 300 mailles pour une coulée de précision afin d'assurer une réaction uniforme.