[发明专利]一种灰铸铁组织性能炉前快速测评方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁铸造和计算机信号处理技术领域，特别涉及一种灰铸铁组织性能炉前快速测评方法。

背景技术

铸铁熔体状态主要是指温度、化学成分含量及组分元素在液态金属中存在的状态。在温度、化学成分及其含量固定的前提下，组分元素在熔体中的存在状态主要受熔炼所用原材料、熔体处理所用中间合金的成分及组织、熔炼方法、熔炼历程等因素的影响。铸铁熔体状态是以铁液成份和温度为基础条件随时间而动态变化的，熔体状态的不同必然会对铸件性能产生影响。在平衡状态下，上述影响因素所起作用都会大大减弱或消失；但通常液态金属本身及凝固过程都是偏离平衡态的，这就导致具有相同温度、相同化学成分的铁液具有不同的熔体状态。如铸铁的熔炼过程中都包括高熔点相(如石墨)的溶解，因受熔炼温度、原材料等因素的影响，对于相同温度、相同化学成分的合金，固液转变前碳及其它合金元素在熔体的溶解及均匀程度往往存在差异，而该差别会在凝固过程中形核、固相长大等环节上得到体现，进而影响凝固组织。许多研究表明同一炉铁液在不同的状态下其浇注后的组织性能各不相同，说明铁液质量并不是只与成份有关，要获得高质量的铁液需进行多种因素综合控制。因此如何表征、评估及控制铁液熔体状态是研究凝固过程、控制凝固组织的关键环节之一，也是目前凝固过程研究和控制的难点之一。

铸铁的凝固过程都是偏离平衡态的。由于铸造行业的性质决定，铸铁熔体状态的测评应具有快速的特点，热分析方法因其快速、准确的特点而得到广泛的应用，是一种在不直接观察凝固组织的条件下探测分析铁液熔体状态变化的炉前快速检测方法。

在铸铁行业，热分析法作为一种铸铁铁液熔体状态检测和控制手段，早期主要用于铁液成分的检测。1960年BCIRA的研究人员(Humphreys J G，Effect of Composition on the Liquidus and Eutectic Temperatures and on the Eutectic Point of Cast Irons.BCIRA Journal,1961,9(5):609-621)通过测量冷却曲线液相线温度确定亚共晶原铁液的碳当量。随后Moore等人(Donald W,Fuller A G,Moore A.New Developments in Thermal Analysis Techniques Enable Determination of Carbon and Silicon Contents.AFS Transaction,1975,83:325-328)发现铁液白口凝固的冷却曲线的液相线温度T_L和共晶温度T_E与铁液碳当量及C、Si含量之间存在良好的线性关系，采用加碲白口化样杯实现了铁液C、Si含量的单独测定。二十世纪七十年代中期，根据冷却曲线测定铁液化学成分的技术已实现了广泛应用。

二十世纪七十年代中期以后，受热分析法预测原铁液化学成分的启发，铸造工作者为了实现铁液熔体状态的综合评估，进一步研究了利用冷却曲线的更多信息，如冷却曲线及其一次、二次微分曲线特征值，并将其拓展应用到过冷倾向、氧化程度、孕育效果、球/蠕化效果、石墨形态、机械性能和缺陷形成倾向等反映铁液状态的多方面指标的预测。如D.M.Stefanescu等人(Stefanescu D.M.,Voigt R.C.,Chen I.G.,et al.Cooling Curve Structure Analysis of Compacted/Vermicular Graphite Cast Irons Produced by Different Melt Treatments.AFS Transactions,1982,90:333-348)研究表明，T_ER-T_EU(其中T_ER表示共晶再辉温度，T_EU表示共晶过冷温度)的差ΔT(即过冷度)与石墨形态存在一定的关系：当ΔT<临界值时获得片状石墨或者是不规则状石墨，而当ΔT>临界值时则获得蠕虫状石墨。由此可以通过ΔT来预测石墨形态。借助于微分冷却曲线，可确定冷却曲线上各微分特征点，并能了解凝固过程中各阶段的温度变化情况，使冷却曲线及其微分曲线与铸铁结晶过程相对应。如铸铁的微分曲线可以分为共晶转变部分以及共析转变的部分，共晶转变的曲线部分可以用来确定石墨化进程和共晶结晶动力学，还可确定共晶过冷度和一次结晶放出的总热量，而共析转变部分可以评价铸铁机械性能。