[发明专利]分析铁熔体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析用于制造蠕墨铸铁的铁熔体的方法，包括步骤：从包含预定量的碳、镁、平衡铁和无法避免的杂质的铸造熔体的冷却中接收热数据；针对时间对铸造熔体的温度绘图，使得产生绘制的时间-温度曲线；以及将产生的绘制曲线与至少一条参考曲线进行比较，以用于基于所述曲线之间的差异来预测铸造熔体的球化率的目的，所述参考曲线表示得到的球化率已知的另一熔体的对应热分析。

本发明还涉及一种制造蠕墨铸铁的方法，包括以下步骤：提供包含预定量的碳、镁、平衡铁和无法避免的杂质的熔体；在模具中对熔体的至少一部分进行铸造；以及根据本发明的分析方法在铸造熔体的冷却期间对铸造熔体进行热分析。

本发明还涉及：一种计算机程序，所述计算机程序包括当该程序在计算机上运行时用于执行本发明的分析方法的所有步骤的程序代码装置；一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读介质上的、当该程序产品在计算机上运行时用于执行本发明的分析方法的所有步骤的程序代码装置；以及一种用于实施本发明的分析方法的计算机系统，所述计算机系统包括可操作以运行根据本发明的计算机程序的处理器。

背景技术

铸铁是通过石墨颗粒的形状来区分的。灰铸铁的特征在于随机取向的石墨片，而球墨铸铁中的石墨作为个体球体而存在。CGI中的石墨颗粒与灰铸铁中的一样是随机取向且伸长的，但所述石墨颗粒较短、较厚且具有圆形边缘。

与灰铸铁或球墨铸铁相比，纠缠的蠕墨团簇将自身互锁到铁基体中从而提供强粘附力。该石墨形状抑制裂纹萌生和传播，且是相对于灰铸铁的提高的机械性质和相对于球墨铸铁的改进的热导率两者的根源。CGI的这些有利性质已使CGI成为适用于内燃机(尤其是柴油机)的汽缸体的材料。高钛含量的CGI还由于非常好的热导率和高温强度而常用于排气歧管和动力转向泵部件中。

蠕墨铸铁的石墨微结构是以球化率百分比来表示的。为了同时优化机械性质、铸造性、切削加工性和热导率，应在铸造的所有性能关键部分中将石墨控制在0到20％的球化率规格范围内(超过80％的石墨颗粒必须呈蠕墨/蠕虫状石墨的形式)。片状石墨是不允许的。通过所谓的图表比较技术或通过图像分析可对球化率百分比和铁素体/珠光体基体结构进行评价，其中图表比较技术与图像分析两者是标准化的，且对于本领域的普通技术人员来说，是众所周知的。

在本技术领域中众所周知的是，在铁熔体中作为合金元素的镁的含量对于铸造材料和得到的CGI微结构中的球粒的形成来说是至关重要的。然而，不仅Mg，而且其它合金元素也参与到导致CGI的产生的过程中。例如，在镁处理之后的石墨球化率受低的初始硫含量的影响，且这反过来可在处理的铁中以较低残余镁导致球墨形成。因此，对于相同的镁添加量，提高硫添加量可为对于给定熔体促进CGI的形成的一种可能方式。然而，应意识到，镁仍被视为获得CGI的关键元素，且Mg含量的精细校准是影响CGI的形成的非常有效的方式。

当要预测球化率且借助于镁的添加来控制球化率时，硫和氧的量对于将会需要的镁的量起重要作用。通常，熔体中的硫含量可通过其精确添加来控制。另一方面，氧的含量不是那么容易控制或监控。因此，对于将需要多少镁以获得特定球化率，将始终存在一定程度的不确定性。

为了预测特定熔体的球化率，现有技术提出多种不同方法。一种这样的方法由Y.X.Li、Q.Wang公开；J.Mat.Proc.Tech.161(2005年)第430到434页，“Intelligent evaluation of melt iron quality by pattern recognition of thermal analysis cooling curves”。该方法是基于以下假设：具有相同冷却曲线(即，针对时间对铸造熔体的温度进行绘图的曲线)和熔体组成的两种熔体也将导致相同微结构。由Li和Wang所呈现的方法是曲线相似性的计算，其中绘制的曲线和至少一条参考曲线的比较包括对预定时间的温度差的测量和所述曲线的曲线形状的比较，以及对通过所述比较获得的差异一起进行加权以给出差异值Ω，所述球化率的预测基于该差异值Ω。然而，该方法未考虑可能存在以下方面的变化：a)熔体的初始(浇注)温度，b)耐热熔杯填充比，以及c)相互比较的两个铸件之间的碳当量(熔体的碳当量被表示为CE＝C+Si/4+P/2，或者作为替代，被表示为CE＝C+(Si+P)/3，其中C是碳的质量％，Si是硫的质量％，且P是磷的质量％)。然而，本发明人已认识到，由于所述变化，即使如用Li和Wang的方法分析的具有相当不同的Ω曲线也可导致非常相似或几乎相同的球化率的铁。