熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用

1、熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用概述:鐵水質(zhì)量的熱分析技術(shù)源于金屬學(xué)中的相圖理論，在發(fā)達(dá)國(guó)家早已廣泛用于爐前鐵水的檢測(cè)和控制，是先進(jìn)鑄造技術(shù)中不可缺少的檢測(cè)手段，在高質(zhì)量鑄件的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。為了使大家能夠掌握熱分析技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，正確使用熱分析解決生產(chǎn)中具體的質(zhì)量問(wèn)題，普遍提高我國(guó)的鑄件材質(zhì)水平和參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。在此依個(gè)人之淺見(jiàn)就熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用，向大家做一個(gè)介紹。一.熱分析測(cè)量的原理對(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，熱分析儀首先記錄下樣杯內(nèi)鐵水的凝固溫度曲線。通過(guò)對(duì)凝固溫度曲線的解析，找出鐵水凝固

2、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)為例，說(shuō)明凝固溫度曲線與相圖的對(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，如下圖所示：時(shí)間凝固溫度曲線與相圖的關(guān)系凝固溫度曲線的第一個(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)o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)，

3、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，直至全部鐵水完全凝固，維持了一個(gè)更長(zhǎng)的的恒溫平臺(tái)。我們稱這個(gè)溫度平臺(tái)為:共晶溫度(TE)o以上就是白口化鐵水的凝固溫度曲線與相圖的對(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，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，對(duì)照三角試片白口寬度的變化說(shuō)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(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

4、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(guò)渡，出現(xiàn)白口化共晶溫度曲線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)間最晚、開(kāi)始共晶凝固的溫度最低。凝固組織中的C完全

5、以Fe3C的形態(tài)存在。這就是熱分析通過(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。二.熱分析的鐵水質(zhì)量檢測(cè)功能鑄鐵件的材質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是以材質(zhì)的性能和組織為交貨驗(yàn)收條件。貫穿著鑄鐵生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，化學(xué)成分、冷卻速度、核心數(shù)量與組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的關(guān)系如下圖所示：機(jī)械性能一彳顯占在鑄鐵材質(zhì)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的性能實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，是常溫條件下檢查力學(xué)性能的結(jié)果。因此在常溫下鑄鐵的性能與組織具有唯一的相關(guān)關(guān)系。鑄鐵的組織由鐵水的化學(xué)成份、冷卻速度、核心數(shù)量這三大要素決定。變換這三大要素的量值可以獲得各種不同的鑄鐵組織、獲得人們需要的材質(zhì)性能。在生產(chǎn)中通過(guò)改變這三大要素的量值，可獲得以下不同的鑄

6、鐵材料：高氧含量（30404 / 24熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用PPM）的亞共晶成分、充分的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是灰口鑄鐵。低氧含量（68PPM）的近共晶成分、充分的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是球墨鑄鐵。中氧含量（1020PPM）的近共晶成分、貧乏的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是蠕墨鑄鐵。針對(duì)上述三大鑄鐵材質(zhì)生產(chǎn)的在線檢測(cè)需求，熱分析具有以下測(cè)量功能：活性碳當(dāng)量【CE】：熱分析能夠測(cè)量出鐵水的活性碳當(dāng)量（鐵水中所有石墨化、反石墨化成分和碳的綜合作用結(jié)果，區(qū)別于CE=C+Si/3的計(jì)算碳當(dāng)量）?；钚蕴籍?dāng)量是個(gè)非常重要的參數(shù)。它決定著鐵水以怎樣的組織形式開(kāi)始凝固。如果

7、CE過(guò)低的話，初晶溫度隨之升高。初晶溫度高導(dǎo)致鐵水的過(guò)熱溫度減小，鐵水的流動(dòng)性降低，發(fā)生冷隔缺陷的風(fēng)險(xiǎn)度增大。初晶溫度越高，凝固冷卻的速度越大，產(chǎn)生白口缺陷的風(fēng)險(xiǎn)度越大。CE過(guò)低還導(dǎo)致初生奧氏體過(guò)多，縮孔的風(fēng)險(xiǎn)度增大。使灰鐵的抗拉強(qiáng)度過(guò)高，球鐵和蠕鐵的石墨過(guò)少等結(jié)果。如果CE過(guò)高的話，會(huì)導(dǎo)致初生奧氏體過(guò)少、石墨過(guò)多?；诣F的抗拉強(qiáng)度降低的結(jié)果。當(dāng)CE高于共晶成分時(shí)，凝固從石墨化漂浮開(kāi)始，鐵水的流動(dòng)性降低，也會(huì)導(dǎo)致冷隔（湯竟、重皮）缺陷的發(fā)生。石墨化漂浮會(huì)導(dǎo)致共晶凝固時(shí)的碳含量減少，石典化膨脹少，所以過(guò)共晶鐵水的縮松風(fēng)險(xiǎn)性較大。6 / 24熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用活性硅當(dāng)量SiE：熱分析

8、能夠測(cè)量出鐵水的活性硅當(dāng)量【SiE】。在鐵水凝固成鑄鐵組織時(shí)，真正起作用的是活性硅當(dāng)量SiE,而不是鐵水中的硅含量Si。更不是化學(xué)分析和光譜分析的，包含了夾雜態(tài)的SiO2、孕育態(tài)的Si分子團(tuán)等含量的總硅量?；钚怨璁?dāng)量與硅含量的關(guān)系可用下式描述：SiE=Si+O.155A1+0.12Cu+0.06Co+2.68P+0.INi+O.44Sb+1.25Mo+0.24W+0.52Sn+0.ITi+O.04Mn+0.89S-0.51Cr-0.28V-2.24B初生奧氏體量Y1熱分析能夠測(cè)量出凝固鐵水的初生奧氏體量【丫1】。生產(chǎn)灰鐵時(shí)凝固鐵水的初生奧氏體量越高，形成的樹(shù)枝狀?yuàn)W氏體枝晶越發(fā)達(dá)，灰鐵的強(qiáng)度越高

9、。由于初生奧氏體枝晶中沒(méi)有石墨，所以生產(chǎn)球鐵時(shí)初生奧氏體枝晶的生長(zhǎng)分布決定了凝固組織中石墨的分布。球鐵中的初生奧氏體量越高，球鐵中的球數(shù)越少。還會(huì)發(fā)生球狀石墨沿枝晶排列的現(xiàn)象。初品溫度越高，初生奧氏體量越多，凝固外殼內(nèi)的鐵水溫度越高，鐵水在封閉外殼內(nèi)的降溫幅度越大，產(chǎn)生的體積收縮越大。乂由于鐵水可以在初生奧氏體的枝晶間流動(dòng)，所以初生奧氏體量越多，鑄件中產(chǎn)生的縮孔越大?；钚匝鹾俊?】:熱分析能夠測(cè)量出鐵水中的活性氧含量（鐵水中的自由氧含量，不包含鐵水中Si02、MgO、A1203等氧化物中的0量。與化學(xué)分析或光譜分析的，包含了鐵水中Si02、MgO、A1203等氧化物的總氧量有所區(qū)別）。出鐵前

10、測(cè)量的活性氧含量，可用于灰鐵孕育劑，球鐵的球化劑、蠕鐵的蠕化劑的精確定量計(jì)算。出鐵后測(cè)量的活性氧含量，可用于測(cè)量球化鐵水和蠕化鐵水中的活性鎂含量。活性鎂含量Mg:眾所周知：根據(jù)熱力學(xué)的鎂-氧平衡方程，可以用熱分析獲得的活性氧含量計(jì)算出球化、蠕化后鐵水中的活性鎂含量（鐵水中的自由鎂含量，不包含MgS、MgO、Mg3N2等反應(yīng)物中的Mg量。與化學(xué)分析或光譜分析的，包含了MgS、MgO、Mg3N2等反應(yīng)物的總鎂量有所區(qū)別）。當(dāng)鐵水中的活性鎂含量為0.0280.038%時(shí)，鐵水凝固形成的是球鐵組織。球化鐵水中的活性鎂含量過(guò)高時(shí)，不僅僅是浪費(fèi)球化劑，還會(huì)在球鐵鑄件的心部產(chǎn)生反白口組織。球化鐵水中的活性鎂

11、含量過(guò)低時(shí)，凝固組織中將出現(xiàn)大量的蠕狀石、3鐵水中的活性鎂含量為0.0080.016%時(shí)，鐵水凝固形成的是蠕鐵組織。蠕化鐵水中的活性鎂含量過(guò)高時(shí)，凝固組織中將出現(xiàn)大量的球狀石墨。我國(guó)的蠕鐵生產(chǎn)之所以不能形成高蠕化率的穩(wěn)定量產(chǎn)，主要原因就是沒(méi)有使用活性鎂含量，這個(gè)決定蠕化率的重要參數(shù)來(lái)進(jìn)行蠕鐵生產(chǎn)控制。再輝段石墨生成量S1：熱分析能夠測(cè)量出鐵水的再輝段石墨生成量【S1】。再輝段石墨生成量大時(shí)，在共晶凝固的前期會(huì)集中從鐵水中析出大量的石墨。間隙在鐵水中的碳析出成石墨時(shí).，從無(wú)到有的擠占了鐵水的空間，形成了鐵水的石墨化膨脹。在共晶凝固前期集中產(chǎn)生的石墨化膨脹，會(huì)導(dǎo)致型壁移動(dòng)的鑄造缺陷發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致鑄

12、件尺寸的不穩(wěn)定。在總量一定的前提下，會(huì)造成再輝后石墨生成量(S2)的減少，使共晶凝固后期無(wú)足夠的膨脹石墨填充體積收縮，會(huì)導(dǎo)致縮松缺陷的發(fā)生。再輝后石墨生成量S2熱分析能夠測(cè)量出鐵水再輝后石墨生成量【S2】。在總量一定的前提下，再輝段石墨生成量小時(shí)，再輝后的石墨生成量就大。再輝后出現(xiàn)的石墨化膨脹可以填充共晶凝固時(shí)產(chǎn)生的體積收縮，從而可減少發(fā)生縮松缺陷的傾向。反白口風(fēng)險(xiǎn)度W熱分析能夠測(cè)量出鐵水的反白口風(fēng)險(xiǎn)度【銬】。反白口是鐵水在選擇結(jié)晶過(guò)程中,將低熔點(diǎn)的成份排擠到鑄件的中心部位最后凝固。這些低熔點(diǎn)的成份大多是白口化元素，因此在鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生了白口組織。區(qū)別于鑄件表面高速冷卻產(chǎn)生的白口組織，

13、將鑄件中心部位的白口組織稱為：反白口組織。反白口組織會(huì)造成鑄件中心部位的機(jī)加工困難，以致發(fā)生加工后期的整體機(jī)件報(bào)廢。通過(guò)反白口風(fēng)險(xiǎn)度的測(cè)量，可以預(yù)知發(fā)生反白口缺陷的程度。球鐵回爐鐵使用的過(guò)多時(shí).，發(fā)生反白口的傾向就大一些。反白口傾向大的球鐵回爐鐵過(guò)多時(shí)應(yīng)該賣(mài)掉一些，以免造成反白口問(wèn)題的惡性循環(huán)。熱分析是測(cè)量鐵水中的活性氧含量、共晶程度、型核能力、冷卻速度、相變特征參數(shù)的唯一檢測(cè)手段。這是其他分析方法所不及的。當(dāng)前只有熱分析能夠測(cè)量出鐵水的狀態(tài)是否具備形成目標(biāo)材質(zhì)的綜合條件。也只有熱分析測(cè)量到鐵水符合目標(biāo)材質(zhì)生成條件時(shí).，澆注的鑄件有保證符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)要求。三.熱分析在灰鐵質(zhì)量控制中的作

14、用1.灰鐵的強(qiáng)度鐵水澆入鑄型后在鑄型激冷和散熱降溫到初晶溫度時(shí)，首先背向鑄型或核心長(zhǎng)出初生奧氏體晶芽。在隨后散熱降溫的選擇結(jié)晶中，初生奧氏體晶芽逐漸長(zhǎng)成樹(shù)枝狀的初生奧氏體枝晶。鐵水降溫到共晶溫度時(shí)，選擇結(jié)晶剩余的鐵水到達(dá)共晶成份，在初生奧氏體枝晶的余留空間同時(shí)生成次生奧氏體和片狀石墨。直至灰鐵的凝固組織全部形成。在灰鐵凝固組織從共晶溫度下降到共析溫度區(qū)間，初生奧氏體和次生奧氏體都將其中過(guò)飽和的碳析出到片狀石墨。溫度下降到共析溫度以下時(shí).，凝固組織中的初生奧氏體和次生奧氏體將全部轉(zhuǎn)化成珠光體，片狀石墨被保留下來(lái)。片狀石墨在灰鐵組織中的作用相當(dāng)于片狀空隙，對(duì)珠光體的肌體組織起著割裂的作用?；诣F組織

15、中最初生成的初生奧氏體枝晶中沒(méi)有片狀石墨，片狀石墨只與次生奧氏體在共晶凝固時(shí)同時(shí)生成，因此片狀石墨對(duì)初生奧氏體枝晶形成的肌體沒(méi)有割裂作用，只對(duì)次生奧氏體形成的肌體有割裂作用。所以由初生奧氏體枝晶構(gòu)成的骨架決定了灰鐵材料的強(qiáng)度?；诣F材料受外力破斷時(shí)，其裂紋的走向是沿著片狀石墨的取向延伸的。裂紋從一個(gè)片狀石墨裂向下一個(gè)片狀石墨時(shí)，中間起抵抗作用的是由初生奧氏體枝晶完成共析轉(zhuǎn)變后形成的珠光體組織。因此灰鐵材料的強(qiáng)度取決于初生奧氏體枝晶【Y1】的生成量和發(fā)達(dá)程度，初生奧氏體枝晶越發(fā)達(dá)，灰鐵材料的強(qiáng)度越高。10 / 24熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用而熱分析測(cè)量的活性碳當(dāng)量(CE)和活性硅當(dāng)量(Si

16、E)決定了鐵水的初生奧氏體生成量【丫1】。鐵水的活性碳當(dāng)量(CE)越低、活性硅當(dāng)量(SiE)越低，生成初生奧氏體【丫1】的量越大，奧氏體枝晶越發(fā)達(dá)，灰鐵材料的強(qiáng)度越高。2.灰鐵的白口風(fēng)險(xiǎn)度鐵水的活性碳肖量(CE)越低，凝固時(shí)的初晶溫度就越高，與鑄型和環(huán)境的溫度差越大，激冷凝固組織的降溫速度越大。降溫速度達(dá)到一定程度時(shí)即產(chǎn)生了山Fe3c組成的白口組織。由于鑄件的邊角處降溫速度最大，因此在鑄件的邊角處經(jīng)常產(chǎn)生白口組織。熱分析可以預(yù)測(cè)鐵水的白口風(fēng)險(xiǎn)度，保證鑄件良好的加工性能。進(jìn)而可以使鑄件用戶穩(wěn)定機(jī)加工刀具的磨損量，提高自動(dòng)加工機(jī)床的加工精度。3.灰鐵的縮孔風(fēng)險(xiǎn)度11/24熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方

17、面的作用灰鐵的凝固從外殼開(kāi)始，當(dāng)澆、冒口的補(bǔ)縮通道凝固以后，封閉外殼內(nèi)鐵水降溫產(chǎn)生的體積收縮將得不到補(bǔ)充。111于封閉外殼內(nèi)部的鐵水可以在枝晶間流動(dòng)，因此從初晶到過(guò)冷點(diǎn)降溫產(chǎn)生的體積收縮將造成鑄件內(nèi)部的集中縮孔。也就是說(shuō)：CE值越低、初晶溫度越高，從初晶到過(guò)冷點(diǎn)的溫度差越大，降溫產(chǎn)生的體積收縮越大，鑄件中產(chǎn)生集中縮孔的風(fēng)險(xiǎn)度越大。液總收穿緡孔型糜移動(dòng)縮松反白口4.型壁移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)度灰鐵在共晶凝固階段將有石墨產(chǎn)生。原本以間隙形式存在的碳不占據(jù)空間體積,但生成石瞿以后將占據(jù)一定的空間體積，由此產(chǎn)生了石墨化膨脹。由過(guò)冷點(diǎn)到再輝點(diǎn)的溫度差越大，再輝段的石墨生成量【S1】越大，集中產(chǎn)生石墨造成的體積膨脹越

18、大，產(chǎn)生型壁移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)度越高。16 / 24減小型壁移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)度的方法是：加強(qiáng)鐵水的孕育措施，減小鐵水共晶凝固的過(guò)冷度。減少再輝段的石墨生成量【S1，加大再輝后的石墨生成量【52】，使共晶凝固的石墨化膨脹和共晶階段的體積收縮同時(shí)進(jìn)行，用石墨化膨脹來(lái)填充共晶降溫產(chǎn)生的體積收縮。既可以減小型壁移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)度，乂可以減小縮松的風(fēng)險(xiǎn)度。5.灰鐵的縮松風(fēng)險(xiǎn)度灰鐵凝固的外殼內(nèi)，當(dāng)初生奧氏體和次生奧氏體的凝固連續(xù)起來(lái)以后，剩余的共晶鐵水被封閉在各個(gè)局部的空間內(nèi)。局部空間內(nèi)的降溫體積收縮將造成鑄件的縮松缺陷。減小縮松風(fēng)險(xiǎn)的方法與減小型壁移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的方法是一致的，減小型壁移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)度的同時(shí)即減小了縮松的風(fēng)險(xiǎn)度。問(wèn)題的關(guān)

19、鍵是要使用熱分析測(cè)量和動(dòng)態(tài)孕育技術(shù)，測(cè)量出再輝段的石墨生成量S1和再輝后的石墨生成量S2,計(jì)算出補(bǔ)充喂入孕育絲的精確量，才能將型壁移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)度和縮松的風(fēng)險(xiǎn)度最小化。6.灰鐵的反白口風(fēng)險(xiǎn)度、3鐵水中含有低熔點(diǎn)的殘余成份時(shí)，鐵水根據(jù)選擇結(jié)晶原理首先進(jìn)行高熔點(diǎn)成分的凝固，將這些低熔點(diǎn)的成分排擠到鑄件的心部最后凝固。這些低熔點(diǎn)的成分大多是些白口化元素，因此會(huì)在鑄件的心部產(chǎn)生反白口組織。通過(guò)熱分析測(cè)量出鐵水存在的反白口風(fēng)險(xiǎn)度，再用光譜儀分析出反白成分的種類，就可以通過(guò)加入已知反白口成分含量較低的鐵料，稀釋反白口成分的含量，即可以阻止反白口缺陷的發(fā)生。四.熱分析在球鐵質(zhì)量控制中的作用在球鐵生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)球

20、化劑、孕育劑的成分含量、加入量一致，球化鐵水量和球化溫度一致，而獲得的球化率確有著很大的差別，有時(shí)甚至發(fā)生球化失敗的質(zhì)量事故。這是為什么呢？其主要原因是：我們對(duì)鐵水中的硫含量和活性氧含量不掌握。當(dāng)原鐵水中的硫含量和活性氧含量發(fā)生變化時(shí)，球化加入的鎂首先與鐵水中的硫和活性氧發(fā)生反應(yīng)，剩余的鎂才對(duì)鐵水的球化發(fā)揮作用。當(dāng)原鐵水中的硫含量和活性氧含量高時(shí).，固定的球化劑加入量會(huì)使球化后剩余的鎂含量偏低，因此發(fā)生了球化不良的質(zhì)量事故。當(dāng)原鐵水中的硫含量和活性氧含量低時(shí)，固定的球化劑加入量會(huì)使球化后剩余的鎂含量過(guò)高。雖然保證了球化質(zhì)量，但每次球化都造成了球化劑的浪費(fèi)，更重要的問(wèn)題是：還會(huì)發(fā)生反白口質(zhì)量缺陷

21、。原鐵水中硫和活性氧的具體含量，采用動(dòng)態(tài)法確定球化劑的精確加入量。用熱分析結(jié)果控制喂絲機(jī)，保證殘余鎂含量的精確控制，才能保證高質(zhì)量、低消耗、穩(wěn)定化的球鐵生產(chǎn)。1.原鐵水共晶度的控制亞共晶鐵水首先凝固出來(lái)的是初生奧氏體枝晶，初生奧氏體枝晶中沒(méi)有石墨存在。因此使用遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)的亞共晶鐵水生產(chǎn)出來(lái)的球鐵，石墨球少、球化率低、石墨球分布不均勻。同時(shí)發(fā)生縮孔的風(fēng)險(xiǎn)度較高。過(guò)共晶鐵水首先析出的是石墨，即凝固從石墨化漂浮開(kāi)始。同時(shí)造成鐵水的流動(dòng)性差，發(fā)生冷隔的風(fēng)險(xiǎn)度升高。而且還會(huì)使共晶凝固時(shí)的碳含量減少，石墨化膨脹減少，縮松的風(fēng)險(xiǎn)度增大。理想的球鐵原鐵水應(yīng)該是在球化和孕育處理后，以共晶或微亞共晶狀態(tài)進(jìn)行的凝固

22、。是保證高球化率、高球墨數(shù)量、無(wú)冷隔缺陷、低縮孔風(fēng)險(xiǎn)度、低縮松風(fēng)險(xiǎn)度的前提條件。通過(guò)熱分析測(cè)量和控制鐵水的活性碳當(dāng)量（CE）和活性硅當(dāng)量（SiE）,可以獲得滿意的球鐵原鐵水共晶度。2.原鐵水活性氧含量和硫含量的測(cè)量采用熱分析的方法測(cè)量鐵水中的活性氧含量。區(qū)別于光譜或化學(xué)分析方法中包含了已經(jīng)形成氧化物（SiO2、MgO、A1203等）的全氧量。在鐵水中s與Mn反應(yīng)生成MnS,所以熱分析測(cè)不到活性硫。而在球化反應(yīng)時(shí)MnS遇到Mg,乂將S還原出來(lái)生成MgS和Mn,消耗掉一定的活性鎂。因此在爐前測(cè)量硫含量應(yīng)該采用光譜分析的方法，測(cè)量出硫的全量。只有使用活性氧含量和硫全量的測(cè)量結(jié)果，才能準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)匹配球

23、化劑的加入量。3.原鐵水過(guò)冷度的控制球鐵生產(chǎn)時(shí)通過(guò)孕育處理來(lái)保證其中的球化率。如果原鐵水已經(jīng)過(guò)熱成沒(méi)有型核物質(zhì)的死鐵水，無(wú)論采用什么孕育劑也不能獲得高質(zhì)量球鐵。因此球鐵生產(chǎn)要求原鐵水具有一定的型核能力。通過(guò)熱分析測(cè)量原鐵水的過(guò)冷度，可以測(cè)量出鐵水的型核能力。當(dāng)原鐵水的過(guò)冷度偏低時(shí)，可通過(guò)向電爐中加入一、兩塊回爐料來(lái)進(jìn)行激冷型核,以改善原鐵水的型核能力。出鐵時(shí)向球化包中加少量的高質(zhì)量增碳劑，也可以改善原鐵水的型核能力。還可以使球鐵的石墨球數(shù)提高約10%。4.原鐵水反白口成分的控制球化鐵水在凝固的選擇結(jié)晶中，必然有一部分殘余鎂會(huì)排擠到鑄件心部。如果原鐵水的反白口成份不能控制在一定的低水平，球化后再

24、增加殘余鎂的作用必然會(huì)在鑄件的心部產(chǎn)生反白口組織。通過(guò)熱分析測(cè)量出原鐵水的反白風(fēng)險(xiǎn)度，通過(guò)加入已知反白口成分含量較低的材料稀釋原鐵水，為殘余鎂在鑄件心部聚集作好預(yù)留，就可以降低球化后鐵水發(fā)生反白口缺陷的風(fēng)險(xiǎn)度。熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用5.球化包和球化劑的掩埋球化劑被鐵水加熱以后首先汽化成鎂蒸氣，鎂蒸氣在鐵水中的上浮過(guò)程中被鐵水吸收。要保證球化劑穩(wěn)定的收得率，首先要求鐵水具有一定的高度。因此球化使用的鐵水包要有1.21.5的高徑比。在球化劑的掩埋問(wèn)題上，應(yīng)以鐵水接收到球化包2/3高度以后，球化劑才能被加熱汽化為準(zhǔn)。即便使用普通的鐵水包，也不能用接過(guò)灰鐵鐵水的澆包來(lái)進(jìn)行球化處理。因?yàn)榛诣F

25、的殘?jiān)蜐B透到包襯內(nèi)的硫會(huì)影響到球化劑的收得率。6.球化鐵水量和殘余鎂含量的控制為了保證鐵水球化的質(zhì)量，不僅要精確定量球化劑的加入量，還要精確定量球化鐵水的量。因此定量出鐵是高質(zhì)量球鐵生產(chǎn)的必要裝備。使用天車吊包出鐵的工廠應(yīng)選用具有耐熱功能數(shù)顯式吊鉤秤。使用叉車出鐵的工廠可以選用數(shù)顯式叉車秤。鐵水球化完成后，取樣進(jìn)行活性鎂含量的熱分析測(cè)量。發(fā)現(xiàn)活性鎂含量不足時(shí).，按熱分析結(jié)果計(jì)算鎂包芯線補(bǔ)充量，啟動(dòng)喂絲機(jī)定量補(bǔ)足活性鎂的含量。7.過(guò)冷度和縮松風(fēng)險(xiǎn)度控制對(duì)球化后鐵水的熱分析還可以測(cè)量出再輝段石墨生成量【S1、再輝后的石墨生成量【S2】和縮松風(fēng)險(xiǎn)度。通過(guò)控制【S1】和【S2】的比例，可以由石墨化膨

26、脹來(lái)填充共晶凝固時(shí)的體積收縮，從而降低球鐵的縮松風(fēng)險(xiǎn)度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)【S1】和【S2的比例不符合要求、縮松風(fēng)險(xiǎn)度過(guò)高時(shí)，按熱分析結(jié)果計(jì)算孕育劑芯線補(bǔ)充量,啟動(dòng)喂絲機(jī)定量補(bǔ)足鐵水的型核能力，以降低縮松風(fēng)險(xiǎn)度?？刂扑教岣咭院?，還可以采用無(wú)冒口鑄造工藝生產(chǎn)球鐵鑄件。8.球化鐵水的反白口傾向測(cè)量通過(guò)熱分析還可以測(cè)量出球化鐵水的反白風(fēng)險(xiǎn)度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)球化鐵水的反白口風(fēng)險(xiǎn)度較高時(shí)，應(yīng)在澆注溫度許可的范圍內(nèi)增加鐵水的靜置時(shí)間，使活性鎂含量燒損降低?；蚋臐脖”谇蜩F件，用消弱選擇結(jié)晶過(guò)程的方法降低反白口的風(fēng)險(xiǎn)度。五.熱分析在蠕鐵質(zhì)量控制中的作用蠕鐵生產(chǎn)的難度在于對(duì)鐵水中核心數(shù)量和活性鎂含量的檢測(cè)和控制。多加入0.008

27、%的孕育劑，就能使凝固組織中的球化率從3%增加到21%,多加入0.001%的鎂，凝固組織中分散的片狀石器斑就能完全轉(zhuǎn)變成蠕狀石器。因此蠕鐵生產(chǎn)不能向生產(chǎn)灰鐵和球鐵那樣采用過(guò)量處理方法。21 / 24從上圖可見(jiàn)：蠕鐵質(zhì)量穩(wěn)定區(qū)的活性鎂范圍在(0.008-0.016%),超過(guò)了就會(huì)使球墨的比例迅速增加。而且鐵水中的活性鎂會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸氧化，因此蠕鐵開(kāi)始澆注時(shí)的活性鎂含量，必須離蠕鐵到灰鐵的急轉(zhuǎn)點(diǎn)有足夠的距離。才能保證在澆注時(shí)間范圍內(nèi)，最后澆鑄的部件不出現(xiàn)片狀石墨。鐵水中的型核物質(zhì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)逐漸熔解消失，也就是常說(shuō)的孕育衰退。而且鐵水溫度越高，衰退的速度越快。因此鐵水中核心數(shù)量的控制，首先要在出鐵前對(duì)原鐵水的過(guò)冷度進(jìn)行測(cè)量，了解原鐵水中遺傳下來(lái)的核心數(shù)量。