铸铁成分热分析

本文介绍了热分析的有关知识 探讨了该设备在实践教学中的应 用 为了更有利于教学 获得该设备的现有数学模型是必要的 实验利 用电压信号模拟实际测试过程 对测得的数据进行回归分析 从而求 解了铸铁的碳当量 CE 碳古量 c 硅含量 si 与初晶温度 TL 和共晶转变温度 之间的数学模型 炉前使用受到限制 热分析法炉前使用 只需 2 3 分 钟就可以得到准确结果 费用低廉 操作简便 特别 适合大批量生产需要 图 l 为亚共晶白口铁冷却曲线 T 为凝固开始 温度 T r 为凝固终了温度 铁液冷却至 温度时 开始结晶出初生奥氏体 由于结晶时释放出结晶潜 热 故冷却速度减小 冷却曲线上出现斜率改变 温 度继续下降 初生奥氏体不断增加 冷却曲线上斜率 不变 当冷却至 T s 温度时 剩余铁水在恒温下结晶 出莱氏体 冷却曲线上出现水平线段 凝固完毕 温 度又继续下降 由于不同成分的合金它们的冷却曲 线是不同的 只要在冷却曲线上准确判断出 与 T s 温度 就确切推断出铁水的主要成分 当铁液出现奥氏体时 产生凝固潜热 出现初晶 拐点 可以利用二阶导数 1 式 为零时 确定 d1Y 由 0 变正时 那一时刻的温度就是 有时冷却 曲线不是平滑曲线 求解会发生困难 更实际的办法 是利用奥氏体析出 前后一秒钟温度变化近似为零 的原理 即可以设为接近零的小数 如果在某段时间 内 2 式成立连续出现三次以上 可以认为此刻温度 就是初晶温度 同理 可更容易的求得共晶温度 d T Ti l 一 2 l 1 dt t Ti Til K 2 采用热分析法测定铁水成分还需要解决两个问 题 1 生产中的铸铁的冷凝曲线大多是按稳定系转 变的 无法测得准确的 T 温度 2 工业上的铸铁是多 元合金 这些元素对状态图都有不同程度的影响 因 此 必须予以考虑 实际应用是这样的 在试样杯内 壁刷含碲的涂料或加碲团以保证铁水浇人后冷却曲 线形状如图 l 的冷却曲线一样 另外 采用回归分析 法找到所测元素与 TI T 温度之间的相关关系 NSP 510 铸铁成分热分析仪使用专用软件测定 出铁水凝固冷却过程中的初晶温度和共晶温度 通 过回归方程计算出碳和硅的含量值 及碳当量值 并显示测定结果和冷却曲线 连接打印机在测 定时可同步记录测定数据和冷却曲线 包括 测量日 期和时间 温度冷却曲线 TI 温度 T 温 度 碳 碳当量 硅及测定异常提示 热分析仪 现有数学模型的求解 为了更有利于教学 获得 NSP 一 510 设备的现有数学模型是必要的 实验利 用电压信号模拟实际测试过程 对测得 的数据进行回归分析 从而求解了铸铁 的碳当量 CE 碳含量 C 硅含量 Si 与初晶温度 TI 和共晶转变温度 T 之间的数学模型 模拟实验测得 47 组热 分析曲线及相关数据 部分测试数据 随 机抽取 见表 l 作出铸铁碳当量 CE 图 2 CE TL 散点图 碳含量 C 硅含量 Si 与初晶温度 TI 和共晶转 变温度 Ts 之间的散点图 图 2 各点基本在同一条直 线上 CE 与 TI 之间存在线性关系 而对于图 3 和图 4 将三维空间散点图旋转到某个角度 各点投影几乎 在一条直线上 b 图 说明空间里 各点在同一平面 上 即 C 与 TI Ts S 与 TI Ts 也分别成线性关系 则有以下关系 a b C d e f g h 为常数 CE a bxTL 3 C c dxTL e Ts 4 Si f g TL hxTs 5 表 1 部分测试数据 初晶温度 共晶温度 碳当量 碳含量 硅含量 序号 T F 1rs F CE C Si l 2l20 2023 4 25 3 43 2 50 2 2l65 2038 4 03 3 37 2 04 3 2l92 2023 3 89 3 1l 2 44 4 22l7 2016 3 77 2 93 2 62 5 2243 202l 3 64 2 87 2 45 6 2269 203l 3 48 2 85 2 14 7 2294 2040 3 33 2 82 1 86 8 232l 2064 3 17 2 93 1 16 9 2347 2078 3 04 2 95 0 74 l0 2372 2078 2 90 2 84 0 72 ll 2370 20ol 2 9l 2 12 2 90 b k 转后的位置 T rS 散点图 一 a 基本位置 b 旋转后的位置 图 4 Si 一 TL Ts 散点图 对测试数据 进行回归分析 求出上述数学模型 的系数 数学模型见式 6 一式 8 回归系数的最 dxZ 乘估计结果及显著性检验表明数学模型的精度很高 相关系数近似为 1 回归分析结果 l CE 15 57 0 o05332TL 6 C 一 6 64 0 00441 11 L 0 0o9599Ts 7 Si 61 8733 0 O009TL 0 0284Ts 8 实践教学 工程训练应加强质量检验环节教学 比如在金 相分析和力学性能检测 炉前检测 无损检测等方面 增设实践教学内容 这些实践教学内容都是实际工 程生产中常见的热加工方面的质量检验和控制的环 节 这样将使学生热加工实习环境与真实的工程环 境更趋一致 实习内容更系统 能使学生熟悉铸件生 产过程的检测手段和检测设备 NsP 5l0 炉前铁水管理仪的实践教学 应注意 与生产实际相符 质量检验内容与真实产品生产进 圈 行有机的结合 开拓学生的视野 增加知识点 其教 学目的 1 增加学生的现代生产意识 产品质量意识 2 学生熟悉成分热分析的基本原理和目的 并 对有关设备有感性认识 根据专业 教学内容可设为三类 1 材料系学生 综合性或创新性实践教学在培养创新人才 贯彻素 质教育中起的作用最显著 综合性实践教学应该是 真实的生产实际和有利于学生知识学习的实验的 有机结合 热分析应是材料成型综合性 创新 实践 教学的一个环节 教学应以一个真实产品的生产为 例 让学生实习生产的全过程 熟悉热分析在生产 中的应用 同时 结合力学性能测试 金相组织观 察 使学生了解材料的成分 工艺 与组织性能之间 的关系 并对有关设备有感性认识 2 其它机类学生 熔化铁水进行热分析或进行模拟实验 3 非机类学 生进行热分析模拟实验 结束语 本文介绍了热分析的有关知识 提出了如何将 该设备用在工程训练教学实践的一些设想 为了更 有利于教学 获得 NSP 一 510 设备的现有数学模型是 必要的 实验利用电压信号模拟实际测试过程 对测 得的数据进行回归分析 从而求解了该设备的碳当 量 CE 碳含量 C 硅含量 Si 与初晶温度 I L 和 共晶转变温度 Ts 之间的数学模型 即 CE 15 57 0 005332TL C 6 64 0 00441 1TL 0 009599Ts Si 61