铸铁成分热分析

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1、铸铁成分热分析本文介绍了热分析的有关知识，探讨了该设备在实践教学中的应用。为了更有利于教学，获得该设备的现有数学模型是必要的。实验利用电压信号模拟实际测试过程，对测得的数据进行回归分析。从而求解了铸铁的碳当量(CE%)、碳古量(c%)、硅含量(si%)与初晶温度TL和共晶转变温度之间的数学模型炉前使用受到限制.热分析法炉前使用，只需2—3分钟就可以得到准确结果，费用低廉，操作简便，特别适合大批量生产需要图1为亚共晶白口铁冷却曲线'T■为凝固开始温度，Tr为凝固终了温度铁液冷却至温度时，开始结晶出初生奥氏体。由于结品时释放出结品潜热，故冷却速度减小，冷却曲线上出现斜率改变。

2、温度继续下降.初生奥氏体不断增加，冷却曲线上斜率不变当冷却至Ts温度时，剩余铁水在恒温下结品出莱氏体，冷却曲线上出现水平线段。凝固完毕，温度又继续下降。由于不同成分的合金它们的冷却曲线是不同的，只耍在冷却曲线上准确判断出与Ts温度，就确切推断出铁水的主要成分。当铁液出现奥氏体时，产生凝固潜热，出现初晶拐点，可以利用二阶导数(1式)为零时.确定・。dlY由0变正时，那一时刻的温度就是。有时冷却曲线不是平滑曲线，求解会发生困难，更实际的办法是利用奥氏体析出，前后一秒钟温度变化近似为零的原理，即可以设为接近零的小数，如果在某段时间内，(2)式成立连续出现三次以上，可以认为此刻温

3、度就是初晶温度。同理，可更容易的求得共品温度。dT—Ti+1—2+—1,1、dtAtTi—T订二K(2)采用热分析法测定铁水成分还需要解决两个问题，1・生产中的铸铁的冷凝曲线大多是按稳定系转变的，无法测得准确的T温度。2.工业上的铸铁是多元合金，这些元素对状态图都有不同程度的影响，因此，必须予以考虑。实际应用是这样的：在试样杯内壁刷含确的涂料或加硏团以保证铁水浇人后冷却曲线形状如图1的冷却曲线一样。另外，采用回归分析法找到所测元素与TI.、T温度Z间的和关关系。NSP-510铸铁成分热分析仪使用专用软件测定出铁水凝固冷却过程中的初晶温度和共晶温度，通过回归方程计算出碳和硅

4、的含量值(％)及碳当量值(%)并显示测定结果和冷却曲线。连接打印机在测定吋可同步记录测定数据和冷却曲线。包括：测量FI期和时间、温度冷却曲线、TI.温度、T温度、碳、碳当量、硅及测定异常提示。热分析仪现有数学模型的求解为了更有利于教学，获得NSP-510设备的现有数学模型是必要的。实验利用电压信号模拟实际测试过程，对测得的数据进行回归分析，从而求解了铸铁的碳当量(CE%)、碳含量(C%)、硅含量(Si%)与初晶温度TI.和共晶转变温度TZ间的数学模型。模拟实验测得47组热分析曲线及相关数据，部分测试数据(随机抽取)见表1。作出铸铁碳当量(CE%)、图2CE—TL散点图碳含

5、量(C%)、硅含量(Si%)与初晶温度TI.和共晶转变温度Ts之间的散点图。图2各点基本在同一条直线上。CE与TI.Z间存在线性关系；而对于图3和图4将三维空间散点图旋转到某个角度，各点投影几乎在一条直线上(b图)，说明空间里，各点在同一平面上，即C%与TI・、Ts,S与TI・、Ts也分别成线性关系。则有以下关系(a,b>C、d.e、f、g、h为常数)：CEp+bxTL(3)C二c+dxTL+eXTs(4)Si=f+g~TL+hxTs(5)表1部分测试数据初晶温度共晶温度碳当量碳含量硅含量序号T(F)lrs(F)CE(%)C(%)Si(%)1212020234.22165

6、20384.3219220233.4221720163.5224320213.6226920313.7229420403.8232120643.9234720783.253.432.50033.372.04893.112O44772.932.62642.872.45482.852.14332.821.86172.931.16042.950.7410237220782.902.840.7211237020ol2.912.122.90b)/k转后的位置T、］rS散点图a)基本位置b)旋转后的位置图4Si%—TL、Ts散点图对测试数据，进行回归分析，求出上述数学模型的系数，数学

7、模型见式6—式8。凹归系数的最dxZ-乘估计结果及显著性检验表明数学模型的精度很高(相关系数近似为1)。回归分析结果1CE二15.57-0.O05332TL(6)C二一6.64—0.00441lfL+O.0o9599Ts(7)Si：61.8733—0.0009TL-0.0284Ts(8)实践教学工程训练应加强质量检验环节教学，比如在金相分析和力学性能检测、炉前检测、无损检测等方面增设实践教学内容。这些实践教学内容都是实际工程生产中常见的热加工方面的质量检验和控制的环节。这样将使学生热加工实习环境与真实的工程环境更趋一致，实习内