談談鐵液質量的檢測
主要是通過鐵液的溫度測量、成分檢測、熱分析等控制質量。
1.鐵液溫度測量
表1 鐵液溫度檢測方法及特點 |
方式 | 特點 | 類型 | 測量范圍
/°C | 技術性能 |
接觸式
測量 | 1)準確可靠
2)因熱發電
偶保護問題，連
續測量時間受
限制
3)測頭是消
耗品，測量成
本高 | 鉑銠30~鉑 6
熱電偶(雙鉑銠)B | 300～1800 | 鉑金類中最穩定的熱電偶,鉑合金熱電
偶在還原氣氛中比純鉑熱電偶更穩定 |
鉑銠比10~鉑
熱電偶(單鉑)S | 0~1600 | 良好的承受氧化性氣氛性能，但對于還
原性氣氛及P、S、Si和CO，的蒸汽很敏感 |
鎢錸5~鎢錸 26
熱電偶 WRe5/26 | 100~2700 | 在1800℃以下能穩定工作，能測超高溫度，
比鉑銠熱電偶可信度更高，測量成本低。采
用國際標準的國產 WReS/26快測電偶鎢錸
原料豐富，偶絲制造精度高，應用廣泛 |
鎢釩3~鎢銖 25
熱電偶 WRe3/25 | 100~2300 |
鎳鉻~鎳硅
熱電偶K | 0~1300 | 制造簡單，價格便宜、測量數據可靠 |
非接觸
測量 | 1)與鐵液非
接觸測量，無消
耗、成本低
2)使用方便，
易實現自動快
速、連續測量
3)問接測量、
影響因素多，測
量誤差較大 | 光學高溫儀 | 300~3200
±（13~37) | 結構簡單，輕巧便攜，精度較高，容易引
起人為誤差，不能自動記錄和控制溫度 |
輻射高溫儀 | 100~2000
±1.5% | 結構簡單，性能穩定，指示值受光路介質
吸收及對象表面影響較大。可自動記錄、
報警和溫控，下限靈敏度較低 |
比色高溫儀 | 50~2000
±1.5% | 測非黑體時，發射率影響很小，測得溫度
接近真實溫度。結構較復雜，在光路上介
質對波長有明顯吸收峰時，反射光對示值
影響較大 |
紅外高溫儀 | 200~1800
±1.0% | 能連續測量和記錄溫度。精度較高，有
激光和望遠瞄準系統，可遠距操作，應用有
擴大趨類。 |
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2.鐵液成分檢測
（1）鑄鐵化學成分的分析，可分為常規化學分析、儀器分析和氣體分析。
方式 | 分析成分 | 分析速度 | 典型設備及方法 | 特 點 |
濕法
化學 | 元素周期表
30種元素 | 慢 | 比色法，滴定法，
重量法 | 以物質化學反應為基礎的分析方法，它是
析化學的基礎所以又稱經典分析法。分析速
慢，準確度高，可作為仲裁分析方法 |
可對約70種
元素(金屬元素
及磷、硅、芭、硼
等非金屬元素)
進行分析 | 1h | 電感耦合等離子
體放射光譜(ICP-
AES) | 樣品經溶解，定性與定量分析。可多元素
時檢測。在一般情況下,用于1%以下質量分
的組分測定，檢出精度可達ppm級，精密度
±10%左右,線性范圍約 2 個數量級。 |
快速
分析 | 可分析數十
個元素 | 10元素
2~3min | 光電直讀光譜儀 | 制樣簡單，分析元素較廣，分析速度快，精度
較高，設備成本較高，適用于熔煉爐前快速分析
和中心實驗室的產品檢驗 |
可分析元素
周期表F~U之
間所有元素 | 1元素
30s~4min | X射線
熒光光譜儀 | 分析的元素范圍廣,分析濃度范圍寬，重元素
的檢驗極限可達到 ppm 量級。熒光X射線譜
線簡單，相互干擾少，樣品不必分離，分析快速、
準確，便于自動化，設備成本很高 |
氣體
分析 | 0、H、N | — | NHO聯測儀 | 取樣、制樣要求高，實現爐前快速分析較困難 |
C、S | Imin | 快速碳硫分析儀 | 氣體容量法，速度快，精度由于光譜法，價格
便宜 |
<lmin | 紅外碳硫分析儀 | 燃燒-紅外 析勞：微華件新材有限公營高 |
（2）分析技術于鑄鐵質量評估中的應用
鐵液質量熱分析技術廣泛應用于現代鑄鐵生產的爐前鐵液質量檢測和控制。其基本原理是鑄鐵在冷卻過程中，隨著熱量的釋放和吸收，根據冷卻曲線臨界點的度對應鑄鐵的成分、相組成等之間的關系，間接判斷鑄鐵成分、組織和力學性能
關于鐵液中活性成分的熱分析，圖1中反映了熱分析測試樣杯中的鐵液凝固溫度曲線，其中**平臺是鐵液降溫到液相線時，生成的固體相釋放出結晶熱，維持樣杯散熱產生恒溫平臺，稱之為“初晶溫度TL”。鐵液繼續凝固釋放的結晶潛熱不足以維持樣杯的散熱，溫度曲線緩慢下降。當剩余鐵液達到共晶成分時開始共晶凝固，釋放出大量的結晶潛熱，直至鐵液完全凝固，溫度曲線維持一個較長的恒溫平臺，此時的溫度稱之為“共晶溫度TE”。
圖1 鐵液白口化凝固溫度曲線與相圖關系
通過測量鐵液的凝固溫度曲線，可以捕捉到相變溫度特征值TL和TE，通過大量的工藝試驗和數理統計處理，確定回歸關系，計算出對應的活性成分含量和特定的凝固組織。
3.鐵液中形核物質的熱分析
對于亞共晶鐵液充分孕育后按不同的過熱時間依次取樣進行熱分析和三角試片試驗。不同過熱時間鐵液得到不同的凝固溫度曲線和三角試片白口寬度:隨著過熱時間延長，石墨化共晶溫度曲線向白口化共晶溫度曲線過渡，鐵液中的形核物質逐漸消融，鐵液的開始共晶凝固時間向后推遲、溫度也逐漸降低，并伴隨著共晶過冷(Δt)現象的出現，直至鐵液中的形核物質全部溶解后，鐵液以白口化共晶凝固，凝固組織中的碳完全以Fe3C形態析出。相對應的是三角試片的白口寬度隨過熱時間的延長而逐漸增大。直至出現全白口斷面。
4.熱分析在灰鑄鐵質量控制中的應用
(1) 亞共晶灰鑄鐵力學性能測定
鑄鐵材料的強度取決于初生奧氏體枝晶的生成量和分散程度，初生奧氏體枝晶體量越大、越發達鑄鐵的強度就越高。
根據不同條件采用相應的經驗公式：
Rm=f(TL)
HBW=f(Rm)
式中，Rm--抗拉強度；
HBW--布氏硬度。
(2) 亞共晶灰鑄鐵共晶團測定
不同條件采用相應的經驗公式：
N=716-22
Δt
式中，N--共晶團數量(個/cm2)；
Δt--過冷度(℃)。
(3) 白口風險控制
鐵液的碳當量CE越低，過熱過度，凝固的初晶溫度就會越高，激冷凝固組織的溫降速度也越大，導致產生由Fe3C組成的白口組織。熱分析可以預測鑄件不同壁厚的溫降速度，提示調整孕育，保證良好的斷面均一可性和可加工性。
5.熱分析在球墨鑄鐵質量控制中的應用
(1) 測定鐵液的碳當量、碳的質量分數、硅的質量分數
通過大量的工藝試驗，數理統計處理，測定TL、TE和CE、C、Si之間的回歸關系。此方法適用于球墨鑄鐵和灰鑄鐵鐵液的碳當量、碳的質量分數測定(當磷含量一定且微量時，也可測硅的質量分數)。
(2) 原鐵液過冷度控制
通過熱分析測量原鐵液的過冷度，可以測量出鐵液的形核能力。熱分析技術爐前應用可在球墨鑄鐵熔煉過程中及時地進行變質調整，改善原鐵液形核能力，提高鑄鐵材質質量。
(3) 測定球墨鑄鐵的球化級別
共晶回升溫度ΔtE是分辨球化級別的重要依據，依據大量的試驗測試數據歸納這些溫度特征參數和球化級別第三位對應關系。一般情況下，共晶回升溫度越大，球化級別越低。
（來源：摘自于《現代鑄鐵技術》/整理、編輯：熱加工行業論壇）
