CN111398341A - 一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法 - Google Patents

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徐振宇
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Abstract

本发明公开了一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法。步骤1：提取生产条件下蠕化孕育铁液样本热分析冷却曲线上多个特征点；步骤2：组建理想铁液蠕化冶金状态多个特征点组合向量表征模型；步骤3：比对步骤1的生产条件下的多个特征点与步骤2理想状态多个特征点组合向量；步骤4：通过步骤3的比对确定近似度系数S，用来预测铁液实际蠕化效果。本发明是一种快速、高效的特征点热分析方法，用于实际铁液冶金状态评价。

Description

一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法
技术领域
本发明属于冶金和铸造领域，具体涉及一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法。
背景技术
铸铁中石墨的一次结晶析出形态与铁液的冶金处理状态相关。蠕墨铸铁中含有不足量的Mg和RE球化元素，因而不能彻底去除铁液中O和S表面活性元素。蠕虫状石墨呈a向和c向交替方式生长，介于球状和片状石墨之间。由于Mg处理净化作用，又不能完全依靠孕育降低过冷倾向。所以蠕墨铸铁的形核条件近似于球墨铸铁，而石墨尖端与铁液接触长大，所以生长速率较大近似于灰铸铁。为了获得最佳机械和物理性能，蠕墨铸铁件所有关键位置将控制石墨球化率在0～20％范围，超过80％的石墨应呈蠕虫状形态，不允许片状石墨出现。然而蠕墨铸铁稳定生产的工艺窗口非常狭窄，考虑到浇注等待和凝固时间，最佳浇注状态应远离片状石墨临界，而位于蠕墨和球墨混合区。因此，蠕墨铸铁实际工艺窗口更窄，蠕化铁液凝固特性更易受冶金和工艺因素条件的影响。如虽然添加Ti进行反球化处理能够获得蠕墨铸铁，却以牺牲机械加工性能为代价。所以，Mg含量精准控制是制取蠕墨铸铁的最佳方法。然而S和O对Mg量起重要作用。通常原铁液中S含量可通过炉料质量来控制，而O含量难以精确控制和监控。
发明内容
本发明提供一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法，是一种快速、高效的特征点热分析方法，用于实际铁液冶金状态评价。
本发明通过以下技术方案实现：
一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法，所述评价方法包括以下步骤：
步骤1：提取生产条件下蠕化孕育铁液样本热分析冷却曲线上多个特征点；
步骤2：组建理想铁液蠕化冶金状态多个特征点组合向量表征模型；
步骤3：比对步骤1的生产条件下的多个特征点与步骤2理想状态多个特征点组合向量；
步骤4：通过步骤3的比对确定近似度系数S，用来预测铁液实际蠕化效果。
进一步的，所述步骤2具体为所述表征模型为：
[TMax，TL，TN，(dT/dt)N，TEU，TE，(dT/dt)E，TER，TS，(dT/dt)S]，
式中，TMax为最大测试温度；TL为液相线温度；TN为共晶形核温度；(dT/dt)N为共晶形核点冷却速率；TEU为最低共晶温度；TE为最大共晶回升速率温度；(dT/dt)E为最大共晶回升速率；TER为最高共晶回升温度；TS为凝固结束温度；(dT/dt)S为凝固结束冷却速率。
进一步的，所述步骤4具体为，所述近似度系数S计算式为：
S＝[Σ(ΔPi-ΔP)2/9]1/2,(i＝1,2,...,10)，ΔPi＝Pi-PRi，ΔP＝Σ(Pi-PRi)/10，
式中，PRi为对应理想铁液蠕化冶金状态表征向量模型特征点；Pi为相应待测铁液冷却曲线上特征点。
本发明的有益效果是：
本发明使得蠕墨铸铁蠕化冶金状态评价更加快速、合理和准确，为蠕化孕育效果调整预留充足时间，并能达到良好的评判效果。
附图说明
图1是理想铁液蠕化冶金状态表征多个热分析特征点示意图。
图2是蠕墨铸铁热分析试样中心蠕化率差值与特征点向量近似度系数S的对应关系图。
图3是两不同近似度系数S的蠕墨铸铁冷却曲线。
图4是对应两不同近似度系数S的蠕墨铸铁热分析试样中心石墨金相图，(a)近似度系数S＝8.3，蠕化率VG＝83；(b)近似度系数S＝30，出现片状石墨。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法，所述评价方法包括以下步骤：
步骤1：提取生产条件下蠕化孕育铁液样本热分析冷却曲线上多个特征点；
步骤2：组建理想铁液蠕化冶金状态多个特征点组合向量表征模型；
步骤3：比对步骤1的生产条件下的多个特征点与步骤2理想状态多个特征点组合向量；
步骤4：通过步骤3的比对确定比对近似度系数S，用来预测铁液实际蠕化效果。
进一步的，所述步骤2具体为所述表征模型为：
[TMax，TL，TN，(dT/dt)N，TEU，TE，(dT/dt)E，TER，TS，(dT/dt)S]，
式中，TMax为最大测试温度；TL为液相线温度；TN为共晶形核温度；(dT/dt)N为共晶形核点冷却速率；TEU为最低共晶温度；TE为最大共晶回升速率温度；(dT/dt)E为最大共晶回升速率；TER为最高共晶回升温度；TS为凝固结束温度；(dT/dt)S为凝固结束冷却速率。
进一步的，所述步骤4具体为，所述比对近似度系数S计算式为：
S＝[Σ(ΔPi-ΔP)2/9]1/2,(i＝1,2,...,10)，ΔPi＝Pi-PRi，ΔP＝Σ(Pi-PRi)/10，
式中，PRi为对应理想铁液蠕化冶金状态表征向量模型特征点；Pi为相应待测铁液冷却曲线上特征点。
实施例2
理想铁液蠕化冶金状态表征热分析特征点向量模型建立。在某蠕墨铸铁铸造车间实际生产条件下，收集蠕化铁液热分析冷却曲线样本，蠕化后铁液成分控制范围为C:3.7～3.8；Si:2.0～2.4；Mn:0.3～0.5；P:≤0.05；S:0.01～0.02；Cu:0.3～0.6；Sn:0.02～0.04；Mg:0.01～0.02；RE:0.01～0.02。采用内腔尺寸为Φ30×50mm，壁厚5mm的树脂砂样杯进行热分析，提取冷却曲线上最大测试温度TMax、液相线温度TL、共晶形核温度TN、共晶形核点冷却速率(dT/dt)N、最低共晶温度TEU、最大共晶回升速率温度TE、最大共晶回升速率(dT/dt)E、最高共晶回升温度TER、凝固结束温度TS、凝固结束冷却速率(dT/dt)S。图1所示为所收集的蠕化铁液冶金状态表征热分析冷却曲线上10个特征点示意图，表Ⅰ所示为以上样本收集到的蠕化铁液冶金状态表征热分析特征点及蠕化率数值。取各特征点平均值组成理想铁液蠕化冶金状态表征向量模型，其铁液状态蠕化率为样本铁液蠕化率的平均值，如表I所示为[TMax，TL，TN，(dT/dt)N，TEU，TE，(dT/dt)E，TER，TS，(dT/dt)S]。
表Ⅰ蠕墨铸铁铁液蠕化冶金状态表征热分析特征点
Figure BDA0002448321970000031
Figure BDA0002448321970000041
(2)计算待测铁液蠕化冶金状态热分析多特征点表征向量与理想铁液蠕化冶金状态热分析特征点表征模型向量近似度系数S。图2是实施例样本冷却曲线特征点值对假想的理想铁液冶金质量状态特征参数的近似度系数S值与蠕化率偏差的关系。从图2可见，蠕墨铸铁蠕化率与假想的理想铁液状态特征参数之间虽然没有很好的一一对应的回归关系。但是，与整条冷却曲线模式识别比对法的结果相一致，由包络线的轨迹趋势可见，当近似度系数S趋于零时，蠕化率偏差趋向零收敛。这说明，当近似度系数S值足够小时，待测铁液冶金质量状态接近生产条件下的理想状态，从而判断铁液的蠕化效果是合格的。由于实施例样本是在实际生产条件下采集的，所以铁液冶金状态、冷却曲线特征点及拟定表征向量近似度系数分散性都比较小，这也表明铸造生产条件比较稳定，铁液蠕化状态良好。图3所示为两待测铁液特征点向量与所建立理想铁液冶金状态模型向量近似度系数S分别为8.3和30的两种铁液冷却曲线，图4为其热分析试样中心对应石墨形态金相照片。可见，该专利所述蠕墨铸铁铁液蠕化效果检测方法能够区分不同石墨形态铁液状态，达到炉前测评要求，而且计算评判时间较短，效率高。

Claims (3)

1.一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法，其特征在于，所述评价方法包括以下步骤：
步骤1：提取生产条件下蠕化孕育铁液样本热分析冷却曲线上多个特征点；
步骤2：组建理想铁液蠕化冶金状态多个特征点组合向量表征模型；
步骤3：比对步骤1的生产条件下的多个特征点与步骤2理想状态多个特征点组合向量；
步骤4：通过步骤3的比对确定近似度系数S，用来预测铁液实际蠕化效果。
2.根据权利要求1所述一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法，其特征在于，所述步骤2具体为所述表征模型为：
[TMax，TL，TN，(dT/dt)N，TEU，TE，(dT/dt)E，TER，TS，(dT/dt)S]，
式中，TMax为最大测试温度；TL为液相线温度；TN为共晶形核温度；(dT/dt)N为共晶形核点冷却速率；TEU为最低共晶温度；TE为最大共晶回升速率温度；(dT/dt)E为最大共晶回升速率；TER为最高共晶回升温度；TS为凝固结束温度；(dT/dt)S为凝固结束冷却速率。
3.根据权利要求1所述一种蠕墨铸铁蠕化效果多特征点热分析评价方法，其特征在于，所述步骤4具体为，所述近似度系数S计算式为：
S＝[Σ(ΔPi-ΔP)2/9]1/2,(i＝1,2,...,10)，ΔPi＝Pi-PRi，ΔP＝Σ(Pi-PRi)/10，
式中，PRi为对应理想铁液蠕化冶金状态表征向量模型特征点；Pi为相应待测铁液冷却曲线上特征点，ΔPi为。
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