專利名稱：判定鑄鐵鐵水特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及判定鑄鐵特性的方法，更詳細(xì)地說，是涉及鑄造鑄鐵之前在爐前判定被鑄造的鑄鐵鐵水特性的方法。
鑄鐵與鑄鋼不同，只能測(cè)定鐵水的化學(xué)成分，而不能判定其性質(zhì)。也就是，這是因?yàn)殍T鐵是石墨和鋼的復(fù)合材料，因此根據(jù)結(jié)晶的石墨的分布、形狀、石墨化程度，其性質(zhì)也有所不同。
以前，為了得知這種石墨的分布、形狀和石墨化程度，在鑄鐵鐵水凝固后，采用顯微鏡或超聲波裝置對(duì)它進(jìn)行測(cè)定，除此而外，沒有適宜的方法。
然而，上述方法是通過將鑄鐵鐵水注入鑄模后的測(cè)定檢查進(jìn)行的，因此這不是一種能在注入前預(yù)知鑄造后鑄鐵特性的確切方法。
此外，在注入鐵水時(shí)一般要進(jìn)行激冷化試驗(yàn)，但這只不過是為了通過它來確認(rèn)打算制造的鑄件薄壁部分是否激冷，只不過簡(jiǎn)單地知道鐵水的部分特性。
在鐵-碳系平衡狀態(tài)，可以確認(rèn)石墨共晶溫度(穩(wěn)定系共晶溫度)為1153℃，滲碳體共晶溫度(準(zhǔn)穩(wěn)定系共晶溫度)為1147℃，但是這兩者都是在平衡狀態(tài)的理想數(shù)值，不能根據(jù)這兩者來判定鐵水的特性，以及將它們應(yīng)用于判定。
另外，這兩者的共晶溫度根據(jù)鑄鐵中的硅及鉻(Cr)的含量而有所不同，這也是眾所周知。也就是，鑄鐵中的硅含量如果增加，石墨共晶溫度上升而滲碳體共晶溫度降低；如果鉻含量增加，則滲碳體共晶溫度上升。
因此，本發(fā)明的發(fā)明者們利用鑄鐵鐵水的冷卻曲線研究出，根據(jù)鑄鐵鐵水的共晶凝固溫度和石墨共晶溫度，與滲碳體共晶溫度的關(guān)系，來判定鑄鐵的特性。
可是，作為公知技術(shù)利用鑄鐵鐵水的冷卻曲線的方法，是一種在鐵水中添加碲(Te)后進(jìn)行滲碳體共晶凝固，測(cè)定鐵水凝固開始初晶溫度和滲碳體共晶溫度后，由其冷卻曲線求出鐵水中的碳(C)及硅(Si)值的利用滲碳體共晶的方法。
還有日本國(guó)平成5年專利申請(qǐng)第280664號(hào)，中華人民共和國(guó)專利申請(qǐng)第94117148.5號(hào)，美國(guó)專利申請(qǐng)第08/320420號(hào)。
在上述的先有技術(shù)中，測(cè)定上述滲碳體共晶溫度的方法，在含有微量元素的除碳和硅以外鐵水的所有化學(xué)成分都不變化的情況下，可以在某種程度上求得碳值和硅值，但在鐵水化學(xué)成分即使有很小的變化時(shí)，由于滲碳體共晶溫度也變化，因此很難判定碳值和硅值。
而且，按照測(cè)定滲碳體共晶溫度的方法，是一種根據(jù)凝固開始初晶溫度求碳當(dāng)量(CE＝C＋1/3Si)后，由滲碳體共晶溫度求硅值的聯(lián)立方程，因此，對(duì)鑄鐵來說，不能對(duì)重要的錳(Mn)進(jìn)行分析。
鑄鐵即使其鐵水成分相同，根據(jù)其特性和冷卻速度不同，鑄鐵的性質(zhì)也有很大的差異，因此很多情況依賴于經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，特別是共晶晶胞數(shù)，拉伸性、強(qiáng)度及硬度等，是在凝固后根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，要按鐵水狀態(tài)來判斷這些性質(zhì)是極其困難的。
而且，在前述的先有技術(shù)中，利用顯微鏡和超聲波裝置，不能在爐前進(jìn)行方便的測(cè)定，而且還需要專門技術(shù)人員等，這是不利的。
考慮上述先有技術(shù)的各種問題后，本發(fā)明的重要目的在于提供一種方法，該方法可在將鑄鐵鐵水注入鑄模之前，在爐前迅速而準(zhǔn)確地判定由此而鑄成的鑄件的性質(zhì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種方法，該方法可根據(jù)鑄鐵鐵水的滲碳體共晶溫度和石墨共晶溫度以及鐵水自身的共晶凝固溫度的變化，判定鑄鐵的特性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的特征在于，使用3個(gè)用于對(duì)鑄鐵鐵水進(jìn)行熱分析的取樣容器，在其第一個(gè)取樣容器中添加激冷化劑，將鐵水注入該第一個(gè)容器中后，根據(jù)其熱分析測(cè)定滲碳體共晶溫度(TEC)和；在其第二個(gè)容器中不加任何添加劑地注入鐵水，根據(jù)其熱分析測(cè)定鐵水自身的共晶凝固溫度變化；進(jìn)而在第三個(gè)容器中添加石墨化促進(jìn)劑后注入鐵水，根據(jù)其熱分析測(cè)定石墨共晶溫度(TEG)；根據(jù)相應(yīng)于上述鐵水共晶凝固溫度變化范圍的上述滲碳體共晶溫度(TEC)和上述石墨共晶溫度(TEG)的關(guān)系，判定上述鑄鐵鐵水的特性。
作為在第一取樣容器中添加的激冷化劑，使用碲(Te)，碲的量相對(duì)于注入該取樣容器中的鑄鐵鐵水的重量約0.2～1.0％。也可以將碲添加量的約50％以下，規(guī)定為硒(Se)、鉍(Bi)及鉻(Cr)。
在這種情況下，如果硅的含量在30％(重量)以下，促進(jìn)石墨化的能力則會(huì)降低。如果硅的含量在97％(重量)以上，則會(huì)由于硅的純度過高而使石墨化促進(jìn)能力不足。碳是促進(jìn)石墨化的有效元素，如果其含量在30％(重量)以下，則石墨化促進(jìn)能力不足。
本發(fā)明經(jīng)過許多實(shí)驗(yàn)，結(jié)果確認(rèn)，打算鑄造的鑄鐵鐵水的特性，根據(jù)鐵水自身進(jìn)行共晶凝固的石墨共晶溫度和滲碳體共晶溫度之間的溫度的位置而決定。
也就是，使用加入激冷劑的第一個(gè)容器和，不含添加劑的第二容器和，加入石墨化劑的第三個(gè)容器，在這些容器中注入鑄鐵的鐵水后使其凝固，由此分別測(cè)定各自的鐵水的滲碳體共晶溫度、石墨共晶溫度及鐵水自身的共晶凝固溫度的變化，調(diào)查該鐵水自身的共晶凝固溫度變化域，在上述鐵水的滲碳體共晶溫度和石墨共晶溫度之間，處于什么樣的位置，結(jié)果表明，當(dāng)它處于接近石墨共晶溫度的位置上時(shí)，顯示出所謂A型的良好石墨形狀，激冷化程度也低。然而，當(dāng)處于接近滲碳體共晶凝固溫度的位置上時(shí)，其鐵水的石墨形狀不良，激冷化程度高。


圖1所示概略圖示出為實(shí)施本發(fā)明方法所使用的3個(gè)取樣容器和冷卻曲線作圖裝置。
圖2所示曲線圖說明由圖1所示裝置獲得的鑄鐵鐵水的冷卻曲線。
圖3是表示根據(jù)鑄鐵鐵水中的含鉻(Cr)量不同，共晶凝固最高溫度(TEM)和共晶過冷最低溫度(TES)的溫度差(ΔT)和激冷深度之間關(guān)系的圖。
圖4是表示根據(jù)鑄鐵鐵水中的含鉻量不同，共晶過冷最低溫度(TES)和滲碳體共晶溫度(TEC)的溫度差(ΔT1)和激冷深度之間關(guān)系的圖。
圖5是表示根據(jù)鑄鐵鐵水中的含鉻量不同，ΔT1/ΔT3和激冷深度之間關(guān)系的圖。
圖6所示顯微鏡照片示出在不加添加劑的第二個(gè)取樣容器中注入的鑄鐵鐵水中當(dāng)ΔT1/ΔT3值為0.73時(shí)的鑄鐵的組織。
圖7所示顯微鏡照片示出在不加添加劑的第二個(gè)取樣容器中注入的鑄鐵鐵水中當(dāng)ΔT1/ΔT3值為0.56時(shí)的鑄鐵的組織。
圖8所示顯微鏡照片示出在不加添加劑的第二個(gè)取樣容器中注入的鑄鐵鐵水中當(dāng)ΔT1/ΔT3值為0.25時(shí)的鑄鐵的組織。
圖9所示顯微鏡照片示出在不加添加劑的第二個(gè)取樣容器中注入的鑄鐵鐵水中當(dāng)ΔT1/ΔT3值為0.10時(shí)的鑄鐵的組織。
根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。首先，如圖1所示，將具備以前周知的熱電偶4的第一、第二及第三這3個(gè)取樣容器1、2、3的熱電偶4的導(dǎo)線連接在各自的冷卻曲線作圖裝置7上。
在第一個(gè)容器1中加入碲5，第二個(gè)容器2中不加任何添加劑，第三個(gè)容器中配置75％硅鐵合金。
作為注入到這些容器中的鑄鐵鐵水的試樣，準(zhǔn)備以下各種鐵水。其中的％為重量％。
鐵水I由碳(C)3.1％；硅(Si)1.6％；錳(Mn)0.75％；鉻(Cr)0.12％組成的鐵水。
鐵水II由碳3.1％；硅1.6％；錳0.75％；鉻0.37％組成的鐵水。
鐵水III由碳3.1％；硅1.6％；錳0.75％；鉻0.63％組成的鐵水。
鐵水IV由碳3.1％；硅1.6％；錳0.75％；鉻0.91％組成的鐵水。
鐵水V由碳3.1％；硅1.6％；錳0.75％；鉻1.38％組成的鐵水。
對(duì)I-V這些鐵水，用本發(fā)明的裝置7和以前的裝置，測(cè)定孕育后的時(shí)間變化(fading)，進(jìn)而使用強(qiáng)制板激冷試驗(yàn)片測(cè)定激冷深度，調(diào)查激冷深度和冷卻曲線之間的關(guān)系。
由不加添加劑的第二取樣容器2獲得的冷卻曲線，如圖2中的虛線9所示。共晶凝固最高溫度(TEM)和共晶過冷最低溫度(TES)之差(ΔT)是最普通的，通常，該溫度差(ΔT)被用作表示與激冷深度之間的關(guān)系。
關(guān)于上述鐵水I-V，如果對(duì)由冷卻曲線9獲得的共晶凝固最高溫度(TEM)和共晶過冷最低溫度(TES)之差(ΔT)作圖，則如圖3所示，斷定在該溫度差(ΔT)和激冷深度之間沒有任何關(guān)系。
對(duì)表示注入到不加添加劑的第二取樣容器2中的鐵水的共晶溫度變化的冷卻曲線和表示將鐵水注入到添加碲的第一取樣容器而獲得的滲碳體共晶溫度(TEC)變化的冷卻曲線10(圖2)進(jìn)行研究。
此處，將共晶過冷最低溫度(TES)和滲碳體共晶溫度(TEC)的溫度差表示為ΔT1。
因此，如果將該溫度差(ΔT1)和上述鐵水I-V的激冷深度之間的關(guān)系作圖，則如圖4所示。
從圖4可看出，鉻的含量相同的鐵水，其共晶過冷最低溫度(TES)和滲碳體共晶溫度(TEC)的溫度差與激冷深度之間顯示出良好的相關(guān)關(guān)系，如果鉻含量不同則其關(guān)系不良好。
進(jìn)而，由上述3個(gè)取樣容器1、2、3獲得的如圖2所示的曲線可看出，如果對(duì)激冷深度和冷卻曲線的關(guān)系進(jìn)行研究，則可斷定使用石墨共晶溫度(TEG)和滲碳體共晶溫度(TEC)之差(ΔT3)以及共晶過冷最低溫度(TES)和滲碳體共晶溫度(TEC)的溫度差(ΔT1)的ΔT1/ΔT3具有最高的相關(guān)性。反之，該溫度差(ΔT1)可由石墨共晶溫度(TEG)和共晶過冷最低溫度(TES)之差得到，即使將它作為(ΔT1)，其相關(guān)性也相同。
由強(qiáng)制板激冷試驗(yàn)片所獲的激冷深度與上述ΔT1/ΔT3的關(guān)系如圖5所示。
如果改變鑄鐵鐵水成分中的鉻含量，則共晶過冷最低溫度(TES)和滲碳體共晶溫度(TEC)的溫度差(ΔT1)與激冷深度之間的關(guān)系變壞，但由于利用上述ΔT1/ΔT3，則可獲得與激冷深度良好的相關(guān)性。
然后，在添加75％硅鐵合金6的第三取樣容器3中注入鐵水當(dāng)凝固后對(duì)其組織進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，確認(rèn)石墨的形狀全都是A型的良好組織。
因此，由不加添加劑的第二取樣容器2的鐵水中獲得的石墨形狀和ΔT1/ΔT3的關(guān)系，如圖6、圖7和圖8所示，可判定ΔT1/ΔT3和石墨的形狀以及其分布狀態(tài)之間存在密切的關(guān)系。
圖6是表示ΔT1/ΔT3為0.73的組織，圖7是表示ΔT1/ΔT3為0.56的組織，圖8是表示ΔT1/ΔT3為0.25的組織，圖9是表示ΔT1/ΔT3為0.10的組織的顯微鏡照片圖。
表1中示出在這些組織中從孕育開始的時(shí)間(fading)，ΔT1/ΔT3，石墨形狀、強(qiáng)度、硬度、收縮性、共晶胞數(shù)及有無碳化物。
表1鑄鐵中石墨的形態(tài)和鐵水性質(zhì)的關(guān)系
由圖6～圖9所示組織的顯微鏡照片可得知，ΔT1/ΔT3的值越接近1，石墨越是現(xiàn)出分布均勻的所謂A型的形態(tài)；越接近0，則越呈現(xiàn)出D型不均勻的石墨組織。
從圖6～圖9以及表1可看出，石墨的形狀越差，則強(qiáng)度越低，共晶晶胞數(shù)越少。
另外，當(dāng)ΔT1/ΔT3的值為0.25時(shí)，鑄件中產(chǎn)生少量的碳化物，因此鑄件的硬度增加，如果ΔT1/ΔT3值為0.1，則可確認(rèn)在鑄件的組織中存在碳化物。然而，當(dāng)該ΔT1/ΔT3值為0.1時(shí)，鑄件的強(qiáng)度高，硬度增加。
從表1可清楚地看出，ΔT1/ΔT3的值與共晶晶胞數(shù)之間的關(guān)系，處于極好的關(guān)系。還可判明，一邊調(diào)節(jié)ΔT1/ΔT3值一邊鑄造時(shí)，ΔT1/ΔT3的值越大，收縮性越高。
由以上結(jié)果可得知，根據(jù)共晶凝固最高溫度(TEM)和滲碳體共晶溫度(TEC)的溫度差(ΔT2)，即使使用ΔT1/ΔT3，只要共晶凝固最高溫度(TEM)與石墨共晶溫度(TEG)不相同就沒有問題，而共晶凝固最高溫度(TEM)存在于滲碳體共晶溫度(TEC)和石墨共晶溫度(TEG)之間的什么位置，也可以用滲碳體共晶側(cè)的面積等和石墨共晶側(cè)的面積來表示。
進(jìn)而，通過輔助使用凝固開始初晶溫度(Tr)，也就是碳當(dāng)量、共晶凝固最高溫度(TEM)和共晶過冷最低溫度(TES)的溫度差(ΔT)、以及共晶凝固中的溫度與時(shí)間的關(guān)系等數(shù)據(jù)，可對(duì)鐵水的特性進(jìn)行更詳細(xì)的判定。
由以上敘述可確認(rèn)，按照本發(fā)明，可在將鑄鐵鐵水注入鑄模之前，根據(jù)其鐵水就能判斷鑄造出來的鑄鐵的特性。
權(quán)利要求
1.一種判定鑄鐵鐵水特性的方法，其特征在于，通過在供鑄鐵鐵水熱分析用的3個(gè)取樣容器中的第一個(gè)容器中添加激冷化劑后注入鐵水，測(cè)定其滲碳體共晶溫度(TEC)和，在上述第二個(gè)容器中不加添加劑地注入鐵水，由此測(cè)定鐵水自身的共晶凝固溫度變化和，在上述第三個(gè)容器中添加石墨化劑后注入鐵水，由此測(cè)定石墨共晶溫度(TEG)和，根據(jù)相對(duì)應(yīng)于上述鐵水共晶凝固溫度變化范圍的上述滲碳體共晶溫度(TEC)和上述石墨共晶溫度(TEG)的關(guān)系來判定上述鑄鐵鐵水的特性。
2.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，在上述各取樣容器中同時(shí)注入鑄鐵鐵水。
3.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，將上述激冷化劑規(guī)定為碲、硒、鉍及鉻類中任何一種。
4.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，上述激冷化劑含有碲、硒、鉍及鉻中任何一種以上。
5.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，上述石墨化劑含硅約30～97(重量)％。
6.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，上述石墨化劑含碳約30(重量)％
全文摘要
本發(fā)明提供一種在將鑄鐵的鐵水注入鑄模之前，在爐前迅速、準(zhǔn)確判定其鑄件性質(zhì)的方法。將具備熱電偶的鑄鐵鐵水熱分析用的3個(gè)取樣容器各自連接在冷卻曲線作圖裝置上，在其第一取樣容器中加激冷化劑并注入鐵水，通過其熱分析測(cè)定其滲碳體共晶溫度(TEC)；在第二取樣容器中不加任何添加劑地注入鐵水，由其熱分析測(cè)定鐵水自身的共晶凝固溫度變化，進(jìn)而在第三取樣容器中添加石墨化促進(jìn)劑并注入鐵水，由其熱分析測(cè)定石墨共晶溫度(TEC)，根據(jù)相應(yīng)于上述鐵水共晶凝固溫度變化范圍的上述滲碳體共晶溫度(TEC)和上述石墨共晶溫度(TEC)之間的關(guān)系判定鑄鐵鐵水的特性。
文檔編號(hào)G01N33/20GK1141351SQ96105890
公開日1997年1月29日 申請(qǐng)日期1996年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月16日
發(fā)明者菅野利猛, 巖橋淳, 佐原榮一, 平岡秀孝, 森中真行, 杉江恒治, 久保田泰司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社木村鑄造所, 日本薩布蘭斯探測(cè)工程株式會(huì)社