CN114062418B - 一种蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法,包括在蠕墨铸铁生产中、进行孕育铁液热分析冷却曲线的炉前双样杯采集,并提取孕育铁液热分析冷却曲线上的多组特征点;将提取的多组特征点带入预先标定的孕育指数计算模型中进行计算,获得孕育指数计算值;将获得的孕育指数计算值与预先标定的孕育效果指数区段范围进行比对,根据孕育指数计算值所处孕育效果指数区段范围来评价蠕墨铸铁的孕育效果。采用本发明可使蠕墨铸铁铁液的孕育效果评价更合理、更准确,为生产过程中孕育状态的动态调整提供调整依据,达到了良好的评价效果,确保了铸铁铁液的质量。对其他石墨形态铸铁铁液的孕育效果也有一定的评价作用。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域,尤其涉及一种蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法。
背景技术
铸铁的孕育就是将一种或几种物质加入到铁液中,能改变铸件组织,提高性能,而对铸铁化学成分影响不大。铸铁中孕育可以促进石墨化,对于生产优质蠕墨铸铁非常重要。生产和实践证明,孕育处理不仅能消除蠕化剂加入所引起的白口组织,使渗碳体中的部分碳分离出来,重新生长为新的蠕虫状石墨或球状石墨;还能创造更多的石墨结晶核心,使铸铁中共晶团数目增多,提高机械性能。更重要的是,孕育处理对蠕化有保护作用,对于优质铸铁而言,孕育处理必不可少。
目前,柴油发动机缸体缸盖等部件逐渐转由蠕墨铸铁来制造,因此热分析法在蠕墨铸铁铁液质量检测中发挥着越来越重要的作用。针对用亚球化法生产蠕墨铸铁的热分析技术,一般是通过蠕化铁液的共晶度、浇注时刻的活性镁含量、凝固时刻的形核核心量等来控制蠕化率,但是此方法不能直接对蠕墨铸铁铁液的孕育效果进行评价。
为了提高蠕墨铸铁铁液质量的炉前评价,许多科研工作者开展了大量研究工作。孙兴见等在《铸造》2007年第56卷第1期中报道了蠕墨铸铁铁液状态的定量化测评,其基本原理为:取特定样杯内铁液试样冷却曲线的凝固段,与所建立数据库中每条样本曲线比对,通过计算得出样本曲线和待测曲线的相似度,然后取相似度值最相近的样本曲线来评估待测铁液冶金状态。然而,该方法存在以下不足,当铁液初始浇注温度和样杯内铁液量发生稍微变化时,或铁液碳当量发生改变时,即使待测铁液的冷却曲线与比对曲线差异值存在显著不同,其铁液孕育效果也可能相同。
CN104034750B公开了一种炉前铁水热分析冷却曲线辨识方法,通过比较最低共晶温度、最高共晶温度、凝固结束温度和共晶凝固时间,并乘以权重系数调整每一比较相的显著性大小,从而实现冷却曲线特征比较,并根据最终比较曲线近似度计算值判定铁液冶金状态。然而由于比较特征点较少,权重系数难以确定,实用性较差。
发明内容
旨在克服上述现有技术中存在的不足,本发明解决的技术问题是,提供了一种更合理、准确的蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法;适用于蠕墨铸铁铁液孕育效果的实时准确评价,实用性较强。
为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法,所述方法包括:
S1、在蠕墨铸铁生产中、进行孕育铁液热分析冷却曲线的炉前双样杯采集,并提取所述孕育铁液热分析冷却曲线上的多组特征点;
S2、将提取的所述多组特征点带入预先标定的孕育指数计算模型中进行计算,获得孕育指数计算值;
S3、将获得的所述孕育指数计算值与预先标定的孕育效果指数区段范围进行比对,根据所述孕育指数计算值所处所述孕育效果指数区段范围来评价蠕墨铸铁铁液的孕育效果;
预先标定的所述孕育指数计算模型为:
孕育指数计算值= -0.031×TAL+0.498×TSEF+1.660×TEM-0.631×TER-0.124×△t1+0.038×△T1-0.088×△t2+1.202×△t3-0.011×QS-0.483×TALA-0.575×TENA-0.742×TEMA+0.353×TERA+0.004×△t4-0.417×△T2-0.139×△t5+0.001×QSA-α;
式中,TAL为未加入添加剂样杯的液相线温度;TSEF为未加入添加剂样杯的共晶石墨形成温度;TEM为未加入添加剂样杯的共晶反应速率最大温度;TER为未加入添加剂样杯的共晶最高温度;TEU为未加入添加剂样杯的共晶最低温度;TEN为未加入添加剂样杯的共晶开始温度;△t1为未加入添加剂样杯的由TAL 到 TEU的共晶过冷温度出现的时间差;△T1为未加入添加剂样杯的由TAL 到 TEU的共晶开始到共晶过冷温度差;△t2为未加入添加剂样杯的由TEU 到 TER的共晶回升温度出现的时间差;△t3为未加入添加剂样杯的由TEN 到 TEM的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点出现的时间差;QS为未加入添加剂样杯的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点温度积分;TALA为加入添加剂样杯的液相线温度;TENA为加入添加剂样杯的共晶石墨形成温度;TEMA 为加入添加剂样杯的共晶反应速率最大温度;TERA 为加入添加剂样杯的共晶最高温度;TEUA为加入添加剂样杯的共晶最低温度;△t4为加入添加剂样杯的由TALA 到 TEUA的共晶过冷温度出现的时间差;△T2为加入添加剂样杯的由TALA 到 TEUA的共晶开始到共晶过冷温度差;△t5为加入添加剂样杯的由TEUA到TERA的共晶回升温度出现的时间差;QSA为加入添加剂样杯的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点温度积分;α为常量。
进一步,预先标定的所述孕育效果指数区段范围为:孕育效果指数(39.589-α,49.589-α)为铁液孕育合格,孕育效果指数小于(39.589-α)为铁液孕育不足,孕育效果指数大于(49.589-α)为铁液孕育过量。
进一步,α=19.589。
进一步,所述双样杯中的一个样杯内加入粒度为80-100目的75FeSi添加剂,加入量为该样杯型腔内铁液质量的0.45%;另一个样杯内不加入任何添加剂。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的有益效果如下:
本发明中蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法,主要包括在蠕墨铸铁生产中、进行孕育铁液热分析冷却曲线的炉前双样杯采集,并提取孕育铁液热分析冷却曲线上的多组特征点;将提取的多组特征点带入预先标定的孕育指数计算模型中进行计算,获得孕育指数计算值;将获得的孕育指数计算值与预先标定的孕育效果指数区段范围进行比对,根据孕育指数计算值所处孕育效果指数区段范围来评价蠕墨铸铁铁液的孕育效果。
本发明基于数学建模的思想,预先标定出一个孕育指数计算模型和孕育效果指数区段范围,用于实际蠕墨铸铁铁液孕育效果评价。孕育效果评价时,利用炉前双样杯采集、提取孕育铁液热分析冷却曲线上的对应多组特征点,并根据基于孕育指数计算模型得到的孕育指数计算值和孕育效果指数区段范围来预测蠕墨铸铁的孕育效果,使得蠕墨铸铁铁液的孕育效果评价更合理、更准确,为生产过程中孕育状态的动态调整提供调整依据,达到了良好的评价效果,可确保铸铁铁液的质量。对其他石墨形态铸铁铁液的孕育效果也有一定的评价作用。
附图说明
图1是本发明中蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法的流程图;
图2是孕育铁液热分析冷却曲线的温度特征点示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
由图1至图2共同所示,本实施例公开了一种蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法,该方法包括:
S1、在蠕墨铸铁生产中、进行孕育铁液热分析冷却曲线的炉前双样杯采集,并提取孕育铁液热分析冷却曲线上的多组特征点。
S2、将提取的多组特征点带入预先标定的孕育指数计算模型中进行计算,获得孕育指数计算值;
S3、将获得的孕育指数计算值与预先标定的孕育效果指数区段范围进行比对,根据孕育指数计算值所处孕育效果指数区段范围来评价蠕墨铸铁铁液的孕育效果。
其中,预先标定的孕育指数计算模型为:
孕育指数计算值= -0.031×TAL+0.498×TSEF+1.660×TEM-0.631×TER-0.124×△t1+0.038×△T1-0.088×△t2+1.202×△t3-0.011×QS-0.483×TALA-0.575×TENA-0.742×TEMA+0.353×TERA+0.004×△t4-0.417×△T2-0.139×△t5+0.001×QSA-α;
式中,TAL为未加入添加剂样杯的液相线温度;TSEF为未加入添加剂样杯的共晶石墨形成温度;TEM为未加入添加剂样杯的共晶反应速率最大温度;TER为未加入添加剂样杯的共晶最高温度;TEU为未加入添加剂样杯的共晶最低温度;TEN为未加入添加剂样杯的共晶开始温度;△t1为未加入添加剂样杯的由TAL 到 TEU的共晶过冷温度出现的时间差;△T1为未加入添加剂样杯的由TAL 到 TEU的共晶开始到共晶过冷温度差;△t2为未加入添加剂样杯的由TEU 到 TER的共晶回升温度出现的时间差;△t3为未加入添加剂样杯的由TEN 到 TEM的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点出现的时间差;QS为未加入添加剂样杯的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点温度积分;TALA为加入添加剂样杯的液相线温度;TENA为加入添加剂样杯的共晶石墨形成温度;TEMA 为加入添加剂样杯的共晶反应速率最大温度;TERA 为加入添加剂样杯的共晶最高温度;TEUA为加入添加剂样杯的共晶最低温度;△t4为加入添加剂样杯的由TALA 到 TEUA的共晶过冷温度出现的时间差;△T2为加入添加剂样杯的由TALA 到 TEUA的共晶开始到共晶过冷温度差;△t5为加入添加剂样杯的由TEUA到TERA的共晶回升温度出现的时间差;QSA为加入添加剂样杯的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点温度积分;α为常量。
一、预先标定蠕墨铸铁铁液孕育指数计算模型:
(1)在蠕墨铸铁铸造车间实际生产条件下,收集孕育铁液热分析冷却曲线样本,蠕墨铸铁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。树脂砂双样杯的型腔为球形,直径为30mm、壁厚5mm,本实施例中,双样杯中的一个样杯内加入粒度为80-100目的75FeSi添加剂,加入量为该样杯型腔内铁液质量的0.45%;另一个样杯内不加入任何添加剂。
(2)提取孕育铁液热分析冷却曲线上的多组特征点及特征值为:
未加入添加剂样杯的液相线温度TAL;未加入添加剂样杯的共晶石墨形成温度TSEF;未加入添加剂样杯的共晶反应速率最大温度TEM;未加入添加剂样杯的共晶最高温度TER;未加入添加剂样杯的共晶最低温度TEU;未加入添加剂样杯的共晶开始温度TEN;未加入添加剂样杯的由TAL 到 TEU的共晶过冷温度出现的时间差△t1;未加入添加剂样杯的由TAL 到 TEU的共晶开始到共晶过冷温度差△T1;未加入添加剂样杯的由TEU 到 TER的共晶回升温度出现的时间差△t2;未加入添加剂样杯的由TEN 到 TEM的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点出现的时间差△t3;未加入添加剂样杯的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点温度积分QS;加入添加剂样杯的液相线温度TALA;加入添加剂样杯的共晶石墨形成温度TENA;加入添加剂样杯的共晶反应速率最大温度TEMA;加入添加剂样杯的共晶最高温度TERA;加入添加剂样杯的共晶最低温度TEUA;加入添加剂样杯的由TALA 到 TEUA的共晶过冷温度出现的时间差△t4;加入添加剂样杯的由TALA 到 TEUA的共晶开始到共晶过冷温度差△T2;加入添加剂样杯的由TEUA到TERA的共晶回升温度出现的时间差△t5;加入添加剂样杯的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点温度积分QSA。
(3)采用定量金相法测得样杯内试样冷却后的石墨个数、蠕虫石墨比例变化量、石墨个数变化量,根据下列公式得到孕育指数换算值:孕育指数换算值=0.011×石墨个数-4.752×蠕虫石墨比例变化量+0.009×石墨个数变化量-0.319×TEU变化量。通过回归法建立孕育指数换算值与多特征点的关系模型即为铁液的孕育指数计算模型。
二、预先标定与理想蠕墨铸铁铁液孕育状态对应的孕育效果指数区段范围(用于指导实际生产):通过孕育指数换算值和对应试样金相组织的比对,建立上述孕育效果指数区段范围。本实施例中,预先标定出的孕育效果指数区段范围为:孕育效果指数在(39.589-α,49.589-α)为铁液孕育合格,孕育效果指数小于(39.589-α)为铁液孕育不足,孕育效果指数大于(49.589-α)为铁液孕育过量。铁液孕育过量;优选α=19.589。即孕育效果指数在(20,30)范围内为铁液孕育合格,孕育效果指数小于20为铁液孕育不足,孕育效果指数大于30为铁液孕育过量,也就是孕育指数计算值在(20,30)范围内为铁液孕育合格;孕育指数计算值小于20为铁液孕育不足,孕育指数计算值大于30为铁液孕育过量。
表1所示为蠕墨铸铁铁液实施列的实际孕育情况与基于本发明的孕育评价情况对比。
表1 蠕墨铸铁铁液实施例的实际孕育情况与本发明评价情况对比
从表1的实施例可以看出,虽然本发明的孕育指数计算值与实际的孕育指数换算值存在一定偏差,但本发明对铁液孕育效果的评价结果较好的吻合铁液的实际孕育效果。因此,蠕墨铸铁铁液的孕育情况可以很好的通过多特征点双样杯热分析评价方法计算得到的孕育指数计算值来评价,从而在蠕墨铸铁铁液的孕育工序中对孕育效果进行实时反馈,当待测蠕墨铸铁铁液的孕育指数在合格范围内时,铁液质量状态接近生产条件下的理想状态。
综上所述,本发明蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法可以对蠕墨铸铁铁液的孕育效果进行快速精确评价,达到炉前测评要求;确保了蠕墨铸铁铁液的质量,进而确保了铸造成品的质量;对其他石墨形态铸铁铁液的孕育效果也有一定的评价作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限值本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法,其特征在于,所述方法包括:
S1、在蠕墨铸铁生产中、进行孕育铁液热分析冷却曲线的炉前双样杯采集,并提取所述孕育铁液热分析冷却曲线上的多组特征点;
S2、将提取的所述多组特征点带入预先标定的孕育指数计算模型中进行计算,获得孕育指数计算值;
S3、将获得的所述孕育指数计算值与预先标定的孕育效果指数区段范围进行比对,根据所述孕育指数计算值所处所述孕育效果指数区段范围来评价蠕墨铸铁铁液的孕育效果;
预先标定的所述孕育指数计算模型为:
孕育指数计算值= -0.031×TAL+0.498×TSEF+1.660×TEM-0.631×TER-0.124×△t1+0.038×△T1-0.088×△t2+1.202×△t3-0.011×QS-0.483×TALA-0.575×TENA-0.742×TEMA+0.353×TERA+0.004×△t4-0.417×△T2-0.139×△t5+0.001×QSA-α;
式中,TAL为未加入添加剂样杯的液相线温度;TSEF为未加入添加剂样杯的共晶石墨形成温度;TEM为未加入添加剂样杯的共晶反应速率最大温度;TER为未加入添加剂样杯的共晶最高温度;TEU为未加入添加剂样杯的共晶最低温度;TEN为未加入添加剂样杯的共晶开始温度;△t1为未加入添加剂样杯的由TAL 到 TEU的共晶过冷温度出现的时间差;△T1为未加入添加剂样杯的由TAL 到 TEU的共晶开始到共晶过冷温度差;△t2为未加入添加剂样杯的由TEU 到 TER的共晶回升温度出现的时间差;△t3为未加入添加剂样杯的由TEN 到 TEM的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点出现的时间差;QS为未加入添加剂样杯的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点温度积分;TALA为加入添加剂样杯的液相线温度;TENA为加入添加剂样杯的共晶石墨形成温度;TEMA 为加入添加剂样杯的共晶反应速率最大温度;TERA 为加入添加剂样杯的共晶最高温度;TEUA为加入添加剂样杯的共晶最低温度;△t4为加入添加剂样杯的由TALA 到 TEUA的共晶过冷温度出现的时间差;△T2为加入添加剂样杯的由TALA 到 TEUA的共晶开始到共晶过冷温度差;△t5为加入添加剂样杯的由TEUA到TERA的共晶回升温度出现的时间差;QSA为加入添加剂样杯的共晶石墨生成到共晶反应速率最大点温度积分;α为常量。
2.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法,其特征在于,预先标定的所述孕育效果指数区段范围为:孕育效果指数(39.589-α,49.589-α)为铁液孕育合格,孕育效果指数小于(39.589-α)为铁液孕育不足,孕育效果指数大于(49.589-α)为铁液孕育过量。
3.根据权利要求1或2所述的蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法,其特征在于,α=19.589。
4.根据权利要求1所述的蠕墨铸铁铁液孕育多特征点双样杯热分析评价方法,其特征在于,所述双样杯中的一个样杯内加入粒度为80-100目的75FeSi添加剂,加入量为该样杯型腔内铁液质量的0.45%;另一个样杯内不加入任何添加剂。
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