談?wù)勮F液質(zhì)量的檢測(cè)
主要是通過鐵液的溫度測(cè)量、成分檢測(cè)、熱分析等控制質(zhì)量。
1.鐵液溫度測(cè)量
表1 鐵液溫度檢測(cè)方法及特點(diǎn) |
方式 | 特點(diǎn) | 類型 | 測(cè)量范圍
/°C | 技術(shù)性能 |
接觸式
測(cè)量 | 1)準(zhǔn)確可靠
2)因熱發(fā)電
偶保護(hù)問題，連
續(xù)測(cè)量時(shí)間受
限制
3)測(cè)頭是消
耗品，測(cè)量成
本高 | 鉑銠30~鉑 6
熱電偶(雙鉑銠)B | 300～1800 | 鉑金類中最穩(wěn)定的熱電偶,鉑合金熱電
偶在還原氣氛中比純鉑熱電偶更穩(wěn)定 |
鉑銠比10~鉑
熱電偶(單鉑)S | 0~1600 | 良好的承受氧化性氣氛性能，但對(duì)于還
原性氣氛及P、S、Si和CO，的蒸汽很敏感 |
鎢錸5~鎢錸 26
熱電偶 WRe5/26 | 100~2700 | 在1800℃以下能穩(wěn)定工作，能測(cè)超高溫度，
比鉑銠熱電偶可信度更高，測(cè)量成本低。采
用國際標(biāo)準(zhǔn)的國產(chǎn) WReS/26快測(cè)電偶鎢錸
原料豐富，偶絲制造精度高，應(yīng)用廣泛 |
鎢釩3~鎢銖 25
熱電偶 WRe3/25 | 100~2300 |
鎳鉻~鎳硅
熱電偶K | 0~1300 | 制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜、測(cè)量數(shù)據(jù)可靠 |
非接觸
測(cè)量 | 1)與鐵液非
接觸測(cè)量，無消
耗、成本低
2)使用方便，
易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快
速、連續(xù)測(cè)量
3)問接測(cè)量、
影響因素多，測(cè)
量誤差較大 | 光學(xué)高溫儀 | 300~3200
±（13~37) | 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕巧便攜，精度較高，容易引
起人為誤差，不能自動(dòng)記錄和控制溫度 |
輻射高溫儀 | 100~2000
±1.5% | 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，指示值受光路介質(zhì)
吸收及對(duì)象表面影響較大?？勺詣?dòng)記錄、
報(bào)警和溫控，下限靈敏度較低 |
比色高溫儀 | 50~2000
±1.5% | 測(cè)非黑體時(shí)，發(fā)射率影響很小，測(cè)得溫度
接近真實(shí)溫度。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在光路上介
質(zhì)對(duì)波長(zhǎng)有明顯吸收峰時(shí)，反射光對(duì)示值
影響較大 |
紅外高溫儀 | 200~1800
±1.0% | 能連續(xù)測(cè)量和記錄溫度。精度較高，有
激光和望遠(yuǎn)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，可遠(yuǎn)距操作，應(yīng)用有
擴(kuò)大趨類。 |
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2.鐵液成分檢測(cè)
（1）鑄鐵化學(xué)成分的分析，可分為常規(guī)化學(xué)分析、儀器分析和氣體分析。
方式 | 分析成分 | 分析速度 | 典型設(shè)備及方法 | 特 點(diǎn) |
濕法
化學(xué) | 元素周期表
30種元素 | 慢 | 比色法，滴定法，
重量法 | 以物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法，它是
析化學(xué)的基礎(chǔ)所以又稱經(jīng)典分析法。分析速
慢，準(zhǔn)確度高，可作為仲裁分析方法 |
可對(duì)約70種
元素(金屬元素
及磷、硅、芭、硼
等非金屬元素)
進(jìn)行分析 | 1h | 電感耦合等離子
體放射光譜(ICP-
AES) | 樣品經(jīng)溶解，定性與定量分析。可多元素
時(shí)檢測(cè)。在一般情況下,用于1%以下質(zhì)量分
的組分測(cè)定，檢出精度可達(dá)ppm級(jí)，精密度
±10%左右,線性范圍約 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。 |
快速
分析 | 可分析數(shù)十
個(gè)元素 | 10元素
2~3min | 光電直讀光譜儀 | 制樣簡(jiǎn)單，分析元素較廣，分析速度快，精度
較高，設(shè)備成本較高，適用于熔煉爐前快速分析
和中心實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品檢驗(yàn) |
可分析元素
周期表F~U之
間所有元素 | 1元素
30s~4min | X射線
熒光光譜儀 | 分析的元素范圍廣,分析濃度范圍寬，重元素
的檢驗(yàn)極限可達(dá)到 ppm 量級(jí)。熒光X射線譜
線簡(jiǎn)單，相互干擾少，樣品不必分離，分析快速、
準(zhǔn)確，便于自動(dòng)化，設(shè)備成本很高 |
氣體
分析 | 0、H、N | — | NHO聯(lián)測(cè)儀 | 取樣、制樣要求高，實(shí)現(xiàn)爐前快速分析較困難 |
C、S | Imin | 快速碳硫分析儀 | 氣體容量法，速度快，精度由于光譜法，價(jià)格
便宜 |
<lmin | 紅外碳硫分析儀 | 燃燒-紅外 析勞：微華件新材有限公營高 |
（2）分析技術(shù)于鑄鐵質(zhì)量評(píng)估中的應(yīng)用
鐵液質(zhì)量熱分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代鑄鐵生產(chǎn)的爐前鐵液質(zhì)量檢測(cè)和控制。其基本原理是鑄鐵在冷卻過程中，隨著熱量的釋放和吸收，根據(jù)冷卻曲線臨界點(diǎn)的度對(duì)應(yīng)鑄鐵的成分、相組成等之間的關(guān)系，間接判斷鑄鐵成分、組織和力學(xué)性能
關(guān)于鐵液中活性成分的熱分析，圖1中反映了熱分析測(cè)試樣杯中的鐵液凝固溫度曲線，其中**平臺(tái)是鐵液降溫到液相線時(shí)，生成的固體相釋放出結(jié)晶熱，維持樣杯散熱產(chǎn)生恒溫平臺(tái)，稱之為“初晶溫度TL”。鐵液繼續(xù)凝固釋放的結(jié)晶潛熱不足以維持樣杯的散熱，溫度曲線緩慢下降。當(dāng)剩余鐵液達(dá)到共晶成分時(shí)開始共晶凝固，釋放出大量的結(jié)晶潛熱，直至鐵液完全凝固，溫度曲線維持一個(gè)較長(zhǎng)的恒溫平臺(tái)，此時(shí)的溫度稱之為“共晶溫度TE”。
圖1 鐵液白口化凝固溫度曲線與相圖關(guān)系
通過測(cè)量鐵液的凝固溫度曲線，可以捕捉到相變溫度特征值TL和TE，通過大量的工藝試驗(yàn)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理，確定回歸關(guān)系，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的活性成分含量和特定的凝固組織。
3.鐵液中形核物質(zhì)的熱分析
對(duì)于亞共晶鐵液充分孕育后按不同的過熱時(shí)間依次取樣進(jìn)行熱分析和三角試片試驗(yàn)。不同過熱時(shí)間鐵液得到不同的凝固溫度曲線和三角試片白口寬度:隨著過熱時(shí)間延長(zhǎng)，石墨化共晶溫度曲線向白口化共晶溫度曲線過渡，鐵液中的形核物質(zhì)逐漸消融，鐵液的開始共晶凝固時(shí)間向后推遲、溫度也逐漸降低，并伴隨著共晶過冷(Δt)現(xiàn)象的出現(xiàn)，直至鐵液中的形核物質(zhì)全部溶解后，鐵液以白口化共晶凝固，凝固組織中的碳完全以Fe3C形態(tài)析出。相對(duì)應(yīng)的是三角試片的白口寬度隨過熱時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大。直至出現(xiàn)全白口斷面。
4.熱分析在灰鑄鐵質(zhì)量控制中的應(yīng)用
(1) 亞共晶灰鑄鐵力學(xué)性能測(cè)定
鑄鐵材料的強(qiáng)度取決于初生奧氏體枝晶的生成量和分散程度，初生奧氏體枝晶體量越大、越發(fā)達(dá)鑄鐵的強(qiáng)度就越高。
根據(jù)不同條件采用相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式：
Rm=f(TL)
HBW=f(Rm)
式中，Rm--抗拉強(qiáng)度；
HBW--布氏硬度。
(2) 亞共晶灰鑄鐵共晶團(tuán)測(cè)定
不同條件采用相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式：
N=716-22
Δt
式中，N--共晶團(tuán)數(shù)量(個(gè)/cm2)；
Δt--過冷度(℃)。
(3) 白口風(fēng)險(xiǎn)控制
鐵液的碳當(dāng)量CE越低，過熱過度，凝固的初晶溫度就會(huì)越高，激冷凝固組織的溫降速度也越大，導(dǎo)致產(chǎn)生由Fe3C組成的白口組織。熱分析可以預(yù)測(cè)鑄件不同壁厚的溫降速度，提示調(diào)整孕育，保證良好的斷面均一可性和可加工性。
5.熱分析在球墨鑄鐵質(zhì)量控制中的應(yīng)用
(1) 測(cè)定鐵液的碳當(dāng)量、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
通過大量的工藝試驗(yàn)，數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理，測(cè)定TL、TE和CE、C、Si之間的回歸關(guān)系。此方法適用于球墨鑄鐵和灰鑄鐵鐵液的碳當(dāng)量、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定(當(dāng)磷含量一定且微量時(shí)，也可測(cè)硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
(2) 原鐵液過冷度控制
通過熱分析測(cè)量原鐵液的過冷度，可以測(cè)量出鐵液的形核能力。熱分析技術(shù)爐前應(yīng)用可在球墨鑄鐵熔煉過程中及時(shí)地進(jìn)行變質(zhì)調(diào)整，改善原鐵液形核能力，提高鑄鐵材質(zhì)質(zhì)量。
(3) 測(cè)定球墨鑄鐵的球化級(jí)別
共晶回升溫度ΔtE是分辨球化級(jí)別的重要依據(jù)，依據(jù)大量的試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)歸納這些溫度特征參數(shù)和球化級(jí)別第三位對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般情況下，共晶回升溫度越大，球化級(jí)別越低。
（來源：摘自于《現(xiàn)代鑄鐵技術(shù)》/整理、編輯：熱加工行業(yè)論壇）
