热分析技术在提高铸铁质量方面的作用

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1、热分析技术在提高铸铁质量方面的作用概述:铁水质量的热分析技术源于金属学中的相图理论，在发达国家早已广泛用于炉前铁水的检测和控制，是先进铸造技术中不可缺少的检测手段，在高质量铸件的生产中发挥着重要的作用。为了使大家能够掌握热分析技术的优势，正确使用热分析解决生产中具体的质量问题，普遍提高我国的铸件材质水平和参与国际市场竞争的能力。在此依个人之浅见就热分析技术在提高铸铁质量方面的作用，向大家做一个介绍。一．热分析测量的原理对铁水质量进行热分析时取铁水浇入样杯，在样杯特定的散热条件下，热分析仪首先记录下样杯内铁水的凝固温度曲线。 通过对凝固温度曲线的解析

2、，找出铁水凝固过程的各种相变特征参数。将相变特征参数值带入与凝固组织建立的数学模型后，即可以计算出决定铁水凝固组织的重要控制参数。以白口化铁水的凝固过程（上图中的红色曲线）为例，说明凝固温度曲线与相图的对应关系：取原铁水浇入加有强制白口化成分的样杯。热分析仪记录了样杯内白口化铁水的凝固温度曲线，如下图所示：凝固温度曲线的第一个平台是铁水降温到液相线时，生成的固体相释放结晶潜热，维持样杯散热产生的恒温平台。我们将这个平台温度称做：初晶温度（TL）。随后铁水进行的是选择结晶过程，选择结晶中释放的结晶潜热不足以维持样杯的散热，温度曲线呈缓慢下降的趋势。选

3、择结晶剩余的铁水到达共晶成份时，开始共晶凝固。剩余铁水在共晶凝固中释放出大量的结晶潜热，直至全部铁水完全凝固，维持了一个更长的的恒温平台。我们称这个温度平台为:共晶温度（TE）。以上就是白口化铁水的凝固温度曲线与相图的对应关系。从上图可见：我们通过分析铁水的凝固温度曲线，就可以捕捉到相变温度特征值。将相变温度值与铁水中的活性成分含量或特定的凝固组织建立起数学关系，即可计算出与相变温度对应的活性成分含量或特定的凝固组织。对孕育后的亚共晶铁水进行温度、成分的保持，按一定的时间间隔取样获取凝固温度曲线，对照三角试片白口宽度的变化说明凝固温度曲线与铁水中型

4、核物质，与铸铁凝固组织的对应关系。取铁水同时浇注三角试片和热分析样杯。铁水凝固温度曲线从石墨化共晶温度曲线向白口化共晶温度曲线依次过渡，出现白口化共晶温度曲线以后共晶温度就不再随过热时间变化了。三角试片上的白口宽度也随过热时间的延长逐渐增大，直至出现全白口截面。图示如下：从上图可见：铁水中的型核物质充分时，铁水进行的是石墨化共晶凝固，开始共晶凝固的时间早、开始共晶凝固的温度高。随着铁水过热时间的延长，铁水中的型核物质在逐渐消融。铁水开始共晶凝固的时间向后推迟，开始共晶凝固的温度也逐渐降低，伴随着共晶过冷和再辉现象的发生。当铁水中的型核物质全部熔解后

5、，铁水进行的是白口化共晶凝固，没有共晶过冷和再辉现象发生。开始共晶凝固的时间最晚、开始共晶凝固的温度最低。凝固组织中的C完全以Fe3C的形态存在。这就是热分析通过铁水共晶凝固的过冷和再辉现象，量化的测量铁水中型核物质的方法。二．热分析的铁水质量检测功能铸铁件的材质质量标准，是以材质的性能和组织为交货验收条件。贯穿着铸铁生产的各个环节，化学成分、冷却速度、核心数量与组织结构和机械性能的关系如下图所示：在铸铁材质验收标准中规定的性能实验指标，是常温条件下检查力学性能的结果。因此在常温下铸铁的性能与组织具有唯一的相关关系。铸铁的组织由铁水的化学成份、冷却

6、速度、核心数量这三大要素决定。变换这三大要素的量值可以获得各种不同的铸铁组织、获得人们需要的材质性能。在生产中通过改变这三大要素的量值，可获得以下不同的铸铁材料：高氧含量（30～40PPM）的亚共晶成分、充分的核心数量、低冷却速度条件下产生的是灰口铸铁。低氧含量（6～8PPM）的近共晶成分、充分的核心数量、低冷却速度条件下产生的是球墨铸铁。中氧含量（10～20PPM）的近共晶成分、贫乏的核心数量、低冷却速度条件下产生的是蠕墨铸铁。针对上述三大铸铁材质生产的在线检测需求，热分析具有以下测量功能：活性碳当量【CE】：热分析能够测量出铁水的活性碳当量（铁

7、水中所有石墨化、反石墨化成分和碳的综合作用结果，区别于CE=C+Si/3的计算碳当量）。活性碳当量是个非常重要的参数。它决定着铁水以怎样的组织形式开始凝固。如果CE过低的话，初晶温度随之升高。初晶温度高导致铁水的过热温度减小，铁水的流动性降低，发生冷隔缺陷的风险度增大。初晶温度越高，凝固冷却的速度越大，产生白口缺陷的风险度越大。CE过低还导致初生奥氏体过多，缩孔的风险度增大。使灰铁的抗拉强度过高，球铁和蠕铁的石墨过少等结果。如果CE过高的话，会导致初生奥氏体过少、石墨过多。灰铁的抗拉强度降低的结果。当CE高于共晶成分时，凝固从石墨化漂浮开始，铁水的

8、流动性降低，也会导致冷隔(汤竟、重皮)缺陷的发生。石墨化漂浮会导致共晶凝固时的碳含量减少，石墨化膨胀少，所以过共晶铁水的缩