爐前鐵水分析儀測(cè)量原理

爐前鐵水分析儀測(cè)量原理

   對(duì)鐵水質(zhì)量進(jìn)行熱分析時(shí)取鐵水澆入樣杯，在樣杯特定的散熱條件下，鐵水分析儀首先記錄下樣杯內(nèi)鐵水的凝固溫度曲線(xiàn)






  通過(guò)對(duì)凝固溫度曲線(xiàn)的解析，找出鐵水凝固過(guò)程的各種相變特征參數(shù)。將相變特征參數(shù)值帶入與凝固組織建立的數(shù)學(xué)模型后，即可以計(jì)算出決定鐵水凝固組織的重要控制參數(shù)。 
以白口化鐵水的凝固過(guò)程（上圖中的紅色曲線(xiàn)）為例，說(shuō)明凝固溫度曲線(xiàn)與相圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系：取原鐵水澆入加有強(qiáng)制白口化成分的樣杯。熱分析儀記錄了樣杯內(nèi)白口化鐵水的凝固溫度曲線(xiàn)，如下圖所示：

 




   凝固溫度曲線(xiàn)的*個(gè)平臺(tái)是鐵水降溫到液相線(xiàn)時(shí)，生成的固體相釋放結(jié)晶潛熱，維持樣杯散熱產(chǎn)生的恒溫平臺(tái)。我們將這個(gè)平臺(tái)溫度稱(chēng)做：初晶溫度（TL）。隨后鐵水進(jìn)行的是選擇結(jié)晶過(guò)程，選擇結(jié)晶中釋放的結(jié)晶潛熱不足以維持樣杯的散熱，溫度曲線(xiàn)呈緩慢下降的趨勢(shì)。選擇結(jié)晶剩余的鐵水到達(dá)共晶成份時(shí)，開(kāi)始共晶凝固。剩余鐵水在共晶凝固中釋放出大量的結(jié)晶潛熱，直至全部鐵水凝固，維持了一個(gè)更長(zhǎng)的的恒溫平臺(tái)。我們稱(chēng)這個(gè)溫度平臺(tái)為:共晶溫度（TE）。以上就是白口化鐵水的凝固溫度曲線(xiàn)與相圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

從上圖可見(jiàn)：我們通過(guò)分析鐵水的凝固溫度曲線(xiàn)，就可以捕捉到相變溫度特征值。將相變溫度值與鐵水中的活性成分含量或特定的凝固組織建立起數(shù)學(xué)關(guān)系，即可計(jì)算出與相變溫度對(duì)應(yīng)的活性成分含量或特定的凝固組織。

對(duì)孕育后的亞共晶鐵水進(jìn)行溫度、成分的保持，按一定的時(shí)間間隔取樣獲取凝固溫度曲線(xiàn)，對(duì)照三角試片白口寬度的變化說(shuō)明凝固溫度曲線(xiàn)與鐵水中型核物質(zhì)，與鑄鐵凝固組織的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 

取鐵水同時(shí)澆注三角試片和熱分析樣杯。鐵水凝固溫度曲線(xiàn)從石墨化共晶溫度曲線(xiàn)向白口化共晶溫度曲線(xiàn)依次過(guò)渡，出現(xiàn)白口化共晶溫度曲線(xiàn)以后共晶溫度就不再隨過(guò)熱時(shí)間變化了。三角試片上的白口寬度也隨過(guò)熱時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大，直至出現(xiàn)全白口截面。圖示如下：

 

   從上圖可見(jiàn)：鐵水中的型核物質(zhì)充分時(shí)，鐵水進(jìn)行的是石墨化共晶凝固，開(kāi)始共晶凝固的時(shí)間早、開(kāi)始共晶凝固的溫度高。

    隨著鐵水過(guò)熱時(shí)間的延長(zhǎng)，鐵水中的型核物質(zhì)在逐漸消融。鐵水開(kāi)始共晶凝固的時(shí)間向后推遲，開(kāi)始共晶凝固的溫度也逐漸降低，伴隨著共晶過(guò)冷和再輝現(xiàn)象的發(fā)生。

當(dāng)鐵水中的型核物質(zhì)全部熔解后，鐵水進(jìn)行的是白口化共晶凝固，沒(méi)有共晶過(guò)冷和再輝現(xiàn)象發(fā)生。開(kāi)始共晶凝固的時(shí)間zui晚、開(kāi)始共晶凝固的溫度zui低。凝固組織中的C以Fe3C的形態(tài)存在。

這就是鐵水分析儀通過(guò)鐵水共晶凝固的過(guò)冷和再輝現(xiàn)象，量化的測(cè)量鐵水中型核物質(zhì)的方法。

熱分析技術(shù)應(yīng)用于測(cè)定鐵水的化學(xué)成分及鑄件的性能在我國(guó)發(fā)展起步較晚，但經(jīng)過(guò)數(shù)十年來(lái)我國(guó)科學(xué)工作者的不斷研究和大量的實(shí)踐工作，在理論和實(shí)踐上都有了突破性的進(jìn)展，現(xiàn)已進(jìn)入實(shí)用階段，并可以逐步取代進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品。熱分析法的基本原理是，鐵水在冷卻凝固過(guò)程中溫度的變化曲線(xiàn)會(huì)發(fā)生相變，隨著結(jié)晶熱量的釋放或吸收，在冷卻曲線(xiàn)上會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)即特征值，該特征值與鐵水的化學(xué)成分及性能有關(guān)。在樣杯中加入一定的合金元素可以改變鑄鐵的凝固方式，從而應(yīng)用于鑄鐵不同性能參數(shù)的測(cè)試。