CN111239102A - 一种灰口铁表面重熔白口化光谱检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灰口铁表面重熔白口化方法，属于铸铁材料的成分检测技术领域。该方法是对灰口铁试样进行表面熔凝处理，使灰口铁样品的表面快速熔凝后呈“白口化”。所述表面重熔白口化处理技术采用激光、等离子弧或氩弧中的任意一种作为热源，然后对铸铁样品表面进行快速重熔后放冷凝固，熔凝处理深度为0.5‑1.8mm；试样表面经熔凝处理后，最表面的熔凝区从原始的带有游离石墨的组织，转变为以完全以Fe3C为主的基体组织，从而实现达到电火花直读光谱法分析的要求，获得铸铁样品的成分数据。
Description
技术领域
本发明涉及铸铁材料的检测技术领域，具体涉及一种灰口铁表面重熔白口化光谱检测领域。
背景技术
电火花直读光谱检测法，是目前铸造领域最广泛使用的一种成分检测方法。这种检测方法具有检测速度快、一次性检测元素多、元素含量检测准确等诸多优点。但是，这种检测方法，在铸铁成分检测方面，存在一定的“局限”。“局限”即这种方法只能对白口(主要基体组织为Fe3C，下同)铁样品进行检测，对于灰口铁(即基体中存在游离石墨的铸铁，如灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等)无法进行检测。如需对灰口铁进行成分分析，就必须采用其他检测方法，比如化学定量法、电感耦合光谱检测法、样品重熔白口化方法等。上述这些方法，在实际应用过程中，存在着检测成本高、检测效率低、检测元素少、检测精度差等诸多缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灰口铁表面重熔白口化方法，该方法解决了电火花直读光谱法不能快速检测灰口铁的难题。即对灰口铁样品的表面进行白口化处理，然后对白口层进行打磨，然后再采用电火花光谱法进行成分分析，获得样品的成分数据的方法。与传统的铸铁检测方法相比，该方法具有检测效率高、检测成本低、检测元素多、检测数据精度高等诸多优势。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种灰口铁表面重熔白口化方法，该方法是对灰口铁试样进行表面重熔处理，使灰口铁样品的分析表面重熔后呈白口化；该方法具体包括如下步骤：
(1)将待检测灰口铁样品切取成光谱试样大小；
(2)用砂轮将光谱试样的一个表面磨平；
(3)对光谱试样磨平的表面进行表面重熔处理，所述表面重熔处理为激光照射、等离子表面重熔或氩弧表面重熔；处理深度为0.5-1.8mm；试样表面经重熔处理后，会发生明显的相变，最表面的熔凝区会从原来的基体组织(如珠光体组织)变成以Fe3C为主的基体组织；
(4)采用砂带机将进行表面重熔处理后的光谱试样磨平；
(5)磨平后的光谱样品采用电火花直读光谱仪进行光谱分析，并获得分析结果。
上述步骤(1)中，光谱试样为尺寸35mm×35mm×30mm的长方体或尺寸
的圆柱体。
上述步骤(3)中，通过调整激光功率或氩弧功率大小调整处理层深度。
上述步骤(3)处理过程中，采用高纯氩气进行保护，以避免个别元素的氧化。
本发明中所述“灰口铁”是指石墨以游离状态存在，断口呈灰色的铸铁。符合这种特征的灰口铁包括灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等共计四种材质，并非普通的，石墨成片状的“灰铸铁”。
本发明的优点和有益效果如下：
1、白口化成本低：本发明采用激光、等离子或者氩弧对样品表面进行重熔处理，处理后，灰口铁中原有的游离石墨发生相变，转变为细小的莱氏体碳化物(Fe3C)组织，从而实现样品表面的白口化。与传统的成分检测方法相比(比如化学定量法、电感耦合光谱检测法、整体重熔白口化法)，本方法成本约是以上检测方法检测成本的5-10％，极大的降低了检测成本。
2、检测效率高：白口化的时间约为3分钟，光谱检测的时间约为2分钟。整个检测过程(不含样品制备过程)约为5分钟。与传统检测动辄3-5个工作日的检测效率相比，极大的提高了效率。
3、检测精度高：经过大量检测数据发现，经过白口化处理的样品，元素烧损率普遍小于0.01％，完全能够满足铸铁生产精度需求(个别元素Mg、Zn等除外，Mg元素烧损率约48％，Zn元素烧损率45％)。
附图说明
图1为样品取样制备。
图2为氩弧处理原理图。
图3为样品装夹示意图。
图4为表面熔凝后的样品。
图5为氩弧处理前金相组织图(100倍)；其中：(a)石墨：A型石墨为主，石长A4-A5；(b)基体：95％珠光体+铁素体。
图6为氩弧处理后金相组织图(100倍)；其中：(a)石墨：异型；(b)基体：碳化物+珠光体。
图7为氩弧熔凝后的断面形貌。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，以下结合实施例对本发明进行描述，但实施例仅为对本发明的特点和优点做进一步阐述，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1为以氩弧处理为例的灰口铁表面重熔白口化方法，其余激光处理、等离子处理设备及原理相同，不再例举。
实施例1：
某铸造厂委托对一件灰口样品进行成分检测，本实施例对该灰口铁试样进行表面重熔处理，并进行成分检测的具体过程如下：
1、制样：某灰铁样品需要进行成分检测，切取成尺寸为
大小的圆柱体，本案例为了详细说明具体相变原理，共计切取了四个样品，实际检测，切取一个样品即可。详见图1。
2、用砂轮机将光谱试样的一个平面磨平；
3、将磨平后的光谱试样放入表面白口化设备中，该设备的原理图见图2，表面白口化设备包括数控平台、钨极喷嘴和电弧发生器，数控平台能够在XY平面上和Z向动作，光谱试样放置于数控平台上，电弧发生器的正极连接钨极喷嘴，电弧发生器的负极连接光谱试样。
4、样品装夹：装卡牢固后准备进行表面处理，如图3。
5、启动表面白口化设备，约3min后，样品处理完成，处理完成后的样品见图4。
6、样品处理完成后，表面略有不平，用砂带机磨平，以备光谱检测。
7、光谱试样表面经处理后，已经发生了明显相变，最表面的熔凝区从原来的基体组织(珠光体组织)变成以Fe3C为主的碳化物组织。变为以Fe3C为主的基体组织之后，即可进行真空直读光谱仪分析。相变前、后的金相组织图片见图5、图6。
8、磨平后的样品放入直读光谱仪进行光谱分析，并获得分析结果。实际检测结果见表1，该样品的标准成分见表2。
表1重熔后光谱成分(重量百分含量)
表2标准成分(重量百分含量)
| 牌号 | C | Si | Mn | P | S | Cu | Ni |
| QT800 | 3.414 | 2.661 | 0.341 | 0.0233 | 0.0081 | 0.795 | 1.231 |
| Cr | Mo | V | Ti | Al | Mg | Ce | Sn |
| 0.035 | 0.094 | 0.001 | 0.032 | 0.013 | 0.0421 | 0.0241 | 0.0032 |
| Bi | B | Sb | Pb | Zn | Fe1 | Fe2 | |
| 0.0034 | 0 | 0.0022 | 0 | 0.1412 | 8.4463 | 7.9289 |
通过对以上表1和表2对比发现，表面重熔后的光谱样品，除了Mg、Zn两种元素有较大范围的烧损，其余元素均在合理的偏差波动范围内。两种元素分别烧损了43.94％和56.16％。经过对大量样品烧损统计发现，发现Mg、Zn元素烧损值稳定在48.8％和55.6％左右。
检测完成后，对该样品进行的端面的金相检测。目的是测量熔凝层的厚度，经过测量，熔凝区的厚度约为1-2mm左右。详见图7。
以上为根据本发明原理，进行实际检测的具体案例。通过该案例，进一步说明了该发明的具体使用效果，相变结果，表面熔凝层厚度，以及低熔点元素烧损率等具体情况。本发明在国内外铸铁检测领域属首次公开发表，尚无类似的先例；我公司根据本发明原理开发的“表面白口化设备”在检测领域属于首台套铸铁检测设备，市场上也无类似产品。综合来看，该发明在铸铁检测领域具有很高的实用性。
Claims (6)
1.一种灰口铸铁表面重熔白口化方法，其特征在于：该方法是对灰口铸铁试样进行表面重熔处理，使灰口铸铁样品的分析表面重熔后呈白口化，从而满足光谱分析的要求，获得样品成分的方法。
2.根据权利要求1所述的灰口铁表面重熔白口化方法，该方法具体包括如下步骤：
(1)将待检测灰口铁样品切取成光谱试样大小；
(2)用砂轮将光谱试样的一个表面磨平；
(3)对光谱试样磨平的表面进行表面重熔处理，所述表面重熔处理为激光照射、等离子表面重熔或氩弧表面重熔；处理深度为0.5-1.8mm；
(4)采用砂带机将进行表面重熔处理后的光谱试样磨平；
(5)磨平后的光谱样品采用电火花直读光谱仪进行光谱分析，并获得分析结果。
3.根据权利要求2所述的灰口铁表面重熔白口化方法，其特征在于：步骤(1)中，光谱试样为尺寸35mm×35mm×30mm的长方体或尺寸
的圆柱体。
4.根据权利要求1所述的灰口铁表面重熔白口化方法，其特征在于：步骤(3)中，通过调整激光功率或氩弧功率大小调整处理层深度。
5.根据权利要求1所述的灰口铁表面重熔白口化方法，其特征在于：步骤(3)处理过程中，采用高纯氩气进行保护，以避免个别元素的氧化。
6.根据权利要求1所述的灰口铁表面重熔白口化方法，其特征在于：步骤(3)中，试样表面经重熔处理后，最表面的熔凝区从原始基体组织变成以Fe3C为主的基体组织。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200605 |