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炉前铁水分析仪的热分析功能

  文章由: 手持式熔炼测温仪 炉前铁水分析仪 整理提供!

   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, 

   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壹的相关关系。 

   铸铁的组织由铁水的化学成份、冷却速度、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(30~40 PPM)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(6~8 PPM)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(10~20 PPM)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: 

炉前铁水分析仪检测活性碳当量【CE】: 

   热分析能够测量出铁水的活性碳当量(铁水中所有石墨化、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松风险性较大。 

炉前铁水分析仪活性硅当量【SiE】: 

   热分析能够测量出铁水的活性硅当量【SiE】。在铁水凝固成铸铁组织时,真正起作用的是活性硅当量【SiE】,而不是铁水中的硅含量【Si】。更不是化学分析和光谱分析的,包含了夹杂态的SiO2、孕育态的Si分子团等含量的总硅量。活性硅当量与硅含量的关系可用下式描述: 

   SiE = Si + 0.155Al + 0.12Cu + 0.06Co + 2.68P + 0.1Ni+ 0.44Sb 
   + 1.25Mo+ 0.24W + 0.52Sn + 0.1Ti + 0.04Mn + 0.89S 
   - 0.51Cr - 0.28V - 2.24B 

   初生奥氏体量【γ1】 

   热分析能够测量出凝固铁水的初生奥氏体量【γ1】。 

   生产灰铁时凝固铁水的初生奥氏体量越高,形成的树枝状奥氏体枝晶越发达,灰铁的强度越高。 

   由于初生奥氏体枝晶中没有石墨,所以生产球铁时初生奥氏体枝晶的生长分布决定了凝固组织中石墨的分布。球铁中的初生奥氏体量越高,球铁中的球数越少。还会发生球状石墨沿枝晶排列的现象。 

   初晶温度越高,初生奥氏体量越多,凝固外壳内的铁水温度越高,铁水在封闭外壳内的降温幅度越大,产生的体积收缩越大。又由于铁水可以在初生奥氏体的枝晶间流动,所以初生奥氏体量越多,铸件中产生的缩孔越大。 

活性氧含量【O】: 
    热分析能够测量出铁水中的活性氧含量(铁水中的自由氧含量,不包含铁水中SiO2、MgO、Al2O3等氧化物中的O量。与化学分析或光谱分析的,包含了铁水中SiO2、MgO、Al2O3等氧化物的总氧量有所区别)。 

   出铁前测量的活性氧含量,可用于灰铁孕育剂,球铁的球化剂、蠕铁的蠕化剂的**定量计算。 

   出铁后测量的活性氧含量,可用于测量球化铁水和蠕化铁水中的活性镁含量。 

活性镁含量【Mg】: 

   众所周知:根据热力学的镁-氧平衡方程,可以用热分析获得的活性氧含量计算出球化、蠕化后铁水中的活性镁含量(铁水中的自由镁含量,不包含MgS、MgO、Mg3N2等反应物中的Mg量。与化学分析或光谱分析的,包含了MgS、MgO、Mg3N2等反应物的总镁量有所区别)。 

   当铁水中的活性镁含量为0.028~0.038%时,铁水凝固形成的是球铁组织。球化铁水中的活性镁含量过高时,不仅仅是浪费球化剂,还会在球铁铸件的心部产生反白口组织。球化铁水中的活性镁含量过低时,凝固组织中将出现大量的蠕状石墨。 

   当铁水中的活性镁含量为0.008~0.016%时,铁水凝固形成的是蠕铁组织。蠕化铁水中的活性镁含量过高时,凝固组织中将出现大量的球状石墨。我国的蠕铁生产之所以不能形成高蠕化率的稳定量产,主要原因就

   没有使用活性镁含量,这个决定蠕化率的重要参数来进行蠕铁生产控制。 

再辉段石墨生成量【S1】: 

   热分析能够测量出铁水的再辉段石墨生成量【S1】。再辉段石墨生成量大时,在共晶凝固的前期会集中从铁水中析出大量的石墨。 

   间隙在铁水中的碳析出成石墨时,从无到有的挤占了铁水的空间,形成了铁水的石墨化膨胀。在共晶凝固前期集中产生的石墨化膨胀,会导致型壁移动的铸造缺陷发生,进而导致铸件尺寸的不稳定。 

   在总量一定的前提下,会造成再辉后石墨生成量(S2)的减少,使共晶凝固后期无足够的膨胀石墨填充体积收缩,会导致缩松缺陷的发生。 
再辉后石墨生成量【S2】 

   热分析能够测量出铁水再辉后石墨生成量【S2】。在总量一定的前提下,再辉段石墨生成量小时,再辉后的石墨生成量就大。再辉后出现的石墨化膨胀可以填充共晶凝固时产生的体积收缩,从而可减少发生缩松缺陷的倾向。 

反白口风险度【】 

    热分析能够测量出铁水的反白口风险度【】。反白口是铁水在选择结晶过程中,将低熔点的成份排挤到铸件的中心部位蕞后凝固。这些低熔点的成份大多是白口化元素,因此在铸件蕞后凝固的部位产生了白口组织。区别于铸件表面高速冷却产生的白口组织,将铸件中心部位的白口组织称为:反白口组织。

   反白口组织会造成铸件中心部位的机加工困难,以致发生加工后期的整体机件报废。通过反白口风险度的测量,可以预知发生反白口缺陷的程度。 

   球铁回炉铁使用的过多时,发生反白口的倾向就大一些。反白口倾向大的球铁回炉铁过多时应该卖掉一些,以免造成反白口问题的恶性循环。

   热分析是测量铁水中的活性氧含量、共晶程度、型核能力、冷却速度、相变特征参数的唯壹检测手段。这是其他分析方法所不及的。 

    当前只有炉前铁水分析仪能够测量出铁水的状态是否具备形成目标材质的综合条件。也只有热分析测量到铁水符合目标材质生成条件时,浇注的铸件有保证符合验收标准的各项指标要求。 


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