[发明专利]铸铁机械性能快速测定法

说明书

一种铸铁机械性能快速测定法是用于在浇注过程中实时预测铸铁的抗拉强度σ_b和硬度HB的，它是一种通过热分析曲线和微分分析曲线的特征值来预报铸铁机械性能的方法。波兰学者S.Jura在1979年第46届国际铸造年会上曾经发表了一篇名为“铸铁凝固过程的微分分析”的论文，首次用热分析曲线和微分分析曲线的特征值预报了铸铁的抗拉强度和硬度，他是以T_L（热分析曲线上的液相线温度），KB（微分分析曲线上初晶转变后的最大冷却速度）和β（共晶段的微分分析曲线相对于时间坐标的倾角）等三个量来作为其回归曲线的特征值的，其铸铁机械性能和特征值之间的回归方程为：

σ_b＝a₁+b₁T_L+c₁β+d₁（KB）²

HB＝a₂+b₂T_L+c₂β+d₂KB

其中，a₁，b₁，c₁，d₁，a₂，b₂，c₂和d₂为常数项，可根据铸铁的原材料和熔炼工艺的变化而做适当的调整。该作者提出的回归方程为：

σ_b＝-552.6+4.95×10^-4T_L+8.4β-0.16（KB）²

HB＝-1105.2+1.14T_L-1.32β-1.15KB

其相应的测定装置是由热电偶、比例-微分器、记录仪和稳压电源组成，图见图1。这种微分分析快速测定法的理论根据是：在试样的工艺参数和浇注温度一定时，由于固相和液相比例变化而导致的热容量变化的条件下，试样温度的变化速度（即冷却速度）可直接反映出铸件凝固速率的变化，而铸件凝固速率的变化又可反映出合金组织的形核和生长情况并决定着凝固后的金相组织。因此，微分分析曲线上的温度变化率以及由此取出的一些时间参数可以进一步描述合金的组织和相对应的机械性能。其中，特征值T_L是反映了化学成份对机械性能的影响，KB则反映了试样温度的变化速度对机械性能的影响，波兰学者S.Jura所提出的上述回归方程其主要缺点在于：它没有反映浇注温度的波动对KB的影响，同一成份的铁水当浇注温度波动时KB就不是恒定的：当浇注温度高时，冷却速度较慢，KB值就小;反之则大，若测量装置精度差，其误差可高达10%左右，一直未能用于生产。本发明的特征是：用特征值（KB+τ₃）来代替KB，其中τ₃是指：微分分析曲线上共晶转变开始至共晶转变峰点之间的时间间隔。浇注温度对τ₃的影响刚好和它对KB的影响相反：浇注温度高时共晶转变时间延长，τ₃值则大些，反之就小些。因而采用（KB+τ₃）作特征值可以抵消浇注温度波动对冷却速度的影响，其特征值与机械性能之间的回归方程如下：

σ_b＝a′₁+b′₁T_L+c′₁（KB+τ₃）

HB＝a′₂+b′₂T_L+c′₂（KB+τ₃）

其中，a′₁，b′₁，c′₁，a′₂，b′₂和c′₂为常数项，可根据铸铁的原材料和熔炼工艺的变化而作适当的调整。另外，本发明所采用的装置框图见图2所示。其特点是：它是微机化的。放大器接收了热电偶来的信号后，其输出就通过一个负压截止电路送到一个十二位的模/数转换器中，再由后者转换后送到微型计算机中去。另外，为了解决热电偶的冷端温度补偿和零点迁移，在热电偶和放大器之间又串入了一个补偿电路。放大器采用自动稳零电路。由于具有以上特点，采用本方法及装置后机械性能的测定误差可小于7%。

实施例：

本方法所用的装置框图见图2，其中，