爐前鐵水分析儀測量原理

爐前鐵水分析儀測量原理

   對鐵水質(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



 

  通過對凝固溫度曲線的解析，找出鐵水凝固過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程（上圖中的紅色曲線）為例，說明凝固溫度曲線與相圖的對應(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，如下圖所示：

 

 

   凝固溫度曲線的*個(gè)平臺(tái)是鐵水降溫到液相線時(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)溫度稱做：初晶溫度（TL）。隨后鐵水進(jìn)行的是選擇結(jié)晶過程，選擇結(jié)晶中釋放的結(jié)晶潛熱不足以維持樣杯的散熱，溫度曲線呈緩慢下降的趨勢。選擇結(jié)晶剩余的鐵水到達(dá)共晶成份時(shí)，開始共晶凝固。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)更長的的恒溫平臺(tái)。我們稱這個(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與相圖的對應(yīng)關(guān)系。

從上圖可見：我們通過分析鐵水的凝固溫度曲線，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)算出與相變溫度對應(yīng)的活性成分含量或特定的凝固組織。

對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，對照三角試片白口寬度的變化說明凝固溫度曲線與鐵水中型核物質(zhì)，與鑄鐵凝固組織的對應(yīng)關(guān)系。 

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

 

   從上圖可見：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，開始共晶凝固的時(shí)間早、開始共晶凝固的溫度高。

    隨著鐵水過熱時(shí)間的延長，鐵水中的型核物質(zhì)在逐漸消融。鐵水開始共晶凝固的時(shí)間向后推遲，開始共晶凝固的溫度也逐漸降低，伴隨著共晶過冷和再輝現(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，沒有共晶過冷和再輝現(xiàn)象發(fā)生。開始共晶凝固的時(shí)間zui晚、開始共晶凝固的溫度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鐵水共晶凝固的過冷和再輝現(xiàn)象，量化的測量鐵水中型核物質(zhì)的方法。

熱分析技術(shù)應(yīng)用于測定鐵水的化學(xué)成分及鑄件的性能在我國發(fā)展起步較晚，但經(jīng)過數(shù)十年來我國科學(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)口同類產(chǎn)品。熱分析法的基本原理是，鐵水在冷卻凝固過程中溫度的變化曲線會(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)的測試。