热分析在铸造质量检测上的应用

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热分析在铸造质量检测上的应用

张雷

（东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００００）

摘要：热分析作为一种有效的测量手段已被广泛地应用于铸造生产中。简要分析了热分析的基本原理、分类和系统构成，详细综述了热分析在铸造生产质量检测方面应用。

关键词：热分析；检测；冷却曲线热分析法是研究金属及合金凝固过程的一种检测手段。它最早应用在冶金相图的制作上，而应用于检测和控制合金质量则是在２０世纪６０年代初期，２０世纪７０年代引入我国，因它具有快速、简便、准确和费用低廉等优点，在现代化的铸造车间中得到了日益广泛的应用。

１热分析法的基本原理和分类

热分析法的基本原理是：在冷却曲线上的任何变化直接与凝固体的热量变化有关，即与相变有关。因此，冷却曲线实际上是特定合金凝固过程的一次记录，凝固过程的所有信息都包含在冷却曲线上，这样，只要求得合金在加热或冷却过程中的温度变化曲线，就可间接求出该合金相应的特性参数。

最早的热分析法是根据合金的冷却曲线定量的获得合金的固相、液相、转变相信息的一种方法，一般称为直接热分析法或ＴＡ（ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙ－ｓｉｓ）法，但是冷却曲线常常不像人们所期望的那样清楚地显示出它的特征值，因而如何正确的分析热分析曲线成了直接热分析法测试中的关键。为了克服难以或无法准确获取冷却曲线某些信息的问题，一种改进的方法是借助于数学工具和计算机对冷却曲线进行微分，得到它的微分冷却曲线，称为微分热分析法或ＤＴＡ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓ）法。由于微分冷却曲线和冷却曲线是一一对应的，因此借助于微分热分析曲线，就能准确确定冷却曲线上各温度特征点，并能了解加热或冷却过程中各阶段的温度变化情况。近年来，基于计算机的热分析法ＣＡ－ＣＣＡ得到了越来越广泛的应用。但它实质上是ＤＴＡ法，只不过是基于计算机或单片机总线进行多路温度数据采集，并配以应用软件进行数据处理而已。

２热分析系统的构成

热分析系统一般由硬件和软件两部分构成。２．１硬件部分

信硬件部分包括测温热电偶、热分析样杯、

号调理电路和数据采集／处理单元四部分，如图１所示。

测温热电偶是热分析的直接感温元件，常用热电偶有铂铑－铂和镍铬－镍硅两种。

热分析样杯是热分析测试系统中的重要组成部分，它属一次性消耗元件，其功能在于容纳一定量的合金和将试样温度变化准确的转换为电压信号。样杯一般多采用壳型，材料为树脂砂，有时也用合脂砂或油砂。其壁厚应使之具有合适的冷却速度和足够的强度。样杯的内尺寸大小要适当，太小则铁液量过少，冷却速度快，冷却曲线上的拐点不明显甚至显示不出来；太大则铁液量过多，冷却缓慢，曲线比较清晰，但测试时间长，不能满足炉前快速检测的要求。

２．２软件部分

软件部分一般用汇编语言或高级语言来实

图１热分析系统硬件结构图

现，至少应包括如下两个功能：

２．２．１友好的人机交互界面，能够实现屏幕绘图，及时反映冷却曲线和微分冷却曲线的变化，对冷却曲线及微分冷却曲线上的特征值进行智能识别等。

２．２．２能够对信息参数转化成的原始数据及时存储和根据数学模型自动计算及输出。

３热分析法在铸造生产质量检测上的应用３．１铸铁化学成分及机械性能的测定

炉前快速测定铸铁的化学成分主要是指碳含碳量、含硅量的测定。铸铁是具有共晶转当量、

变的铁碳合金，成份一定的铁液冷却后得到的冷却曲线上的特征值是符合一定规律的，因此可根

含据冷却曲线上的特征值来确定铸铁的碳当量、

碳量和含硅量。

一般的规律是液相线温度ＴＬ随化学成分碳、硅、磷的含量，即碳当量ＣＥＬ的变化而变化，而与凝固模式无关，并且具有极近似的直线关系。当碳当量ＣＥＬ增加时，液相线温度ＴＬ降低，综合分析建立的数学模型为：ＴＬ＝Ａ－Ｂ（ＣＥＬ）

通过大量的测试试验，利用数理回归法即可确定Ａ、Ｂ的数值，从而由特征值ＴＬ可求得碳当量ＣＥＬ。

此外，进一步的试验还证明，通过液相线ＴＬ

和共晶温度ＴＥ可以定量计算含碳量和含硅量。利用内壁涂碲的样杯，强制铸铁按白口共晶方式凝固，使冷却曲线上出现平稳的共晶平台，就可以精确的测得共晶温度ＴＥ的大小。利用ＴＬ和ＴＥ求含碳量、含硅量的经验公式如下：

图２液相线温度与共晶度关系曲线

实现铸铁机械性能测定的经验模型如下：

３．２钢水含碳量的测定

铸钢中碳的质量分数对其力学性能和铸造

性能均有较大影响，直接关系到铸钢件的质量。冷却曲线定碳法是近年来发展起来的一种炉前快速测定钢水含碳量的新方法，它比化学分析法迅速，比经验观察法准确、可靠。

从铁－碳合金相图可以看出，碳素钢液相线上任何一点都是某一成分钢水的理论结晶温度，都对应着一定的含碳量，只要准确的测出钢水的初晶温度，就可得出含碳量。我公司研究人员利用热分析法，按不同时期（熔化期、氧化期和还原期）建立了含碳量—温度关系对照表，获得测试用的模型。该模型可用于各类碳素钢、４５Ｍｎ钢、６０４合金钢、６０７合金钢熔炼过程含碳量的测定及特Ｍｎ１３钢和Ｍｎ１３钢熔化期、氧化期含碳量的测定。

３．３钢水质量的检验

脱硫、脱磷的操作过程中，由炼钢中，在脱氧、

于使用添加剂有可能产生非金属夹杂物，以致影响铸件的冲击韧性、热裂倾向和组织均匀性等，所以对钢水中夹杂物的检测也是非常重要的。应用微分热分析法可在炉前快速检验钢水的质量，这是一种定性检验方法。

对于纯净钢水或含夹杂物极少钢水的冷却曲线一般比较平直，测得一阶微分ｄＴ／ｄｔ为零，直到凝固终了前，由于释放的热量不能补偿样杯散

而对含有较多非失的热量时，ｄＴ／ｄｔ才有稍微变化。

金属夹杂物的钢水来说，在凝固终了前一段时间，由于残留液体凝固温度低，使凝固温度陡降，微分曲线出现较大波动。因此微分曲线的任何显著变化都是钢水质量差的标志。

３．４铝合金变质处理效果的测定

热分析法除了在铸铁和铸钢中得到广泛应用外，还在液态铝合金炉前快速检测中得到应用。就目前国内外铝合金热分析的研究和发展来看，主要集中在铝合金变质和孕育的测定两个方面，其中应用比较成熟的就（下转１２８页）

铸铁机械性能的测定主要指亚共晶灰铸铁

的共晶度ＳＣ、抗拉强度!ｂ和硬度ＨＢ的测定。由于液相线温度ＴＬ与共晶度ＳＣ有一定的关系，从图２中可以看出，两者之间的直线关系线性度极好，并可用下述直线方程式来表示：

但铸铁的机械性能除主要取决于铁水化学成分外，还受铁水结晶凝固时成核状况的影响，因此一般引进最高共晶温度与最低共晶温度之差，即共晶过冷度作为另一特征参数来求铸铁的机械性能。利用液相线温度ＴＬ和共晶过冷度 T

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电子期刊的发展

钟桂华

（黑龙江省鹤岗卫生学校图书馆，黑龙江鹤岗１５４１００）

摘要：从电子图书，电子期刊的特点，分类及定义，论述电子期刊在学校图书馆的重要作用及地位；网络免费资源信息是学校图书馆发展的需要。关键词：电子期刊；信息；资源共享；学校图书馆数字图书馆时代的到 …… 此处隐藏：2483字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……