收稿日期:2010-02-10; 修订日期:2010-07-21
作者简介：冯英宇(1966- )，辽宁沈阳人，副教授.主要研究方向为铸件
质量综合控制.
Email:fyy400@yahoo
V ol.31N o.10Oct.2010铸造技术
F OU N DRY T ECH NO LO GY
试验研究 Research
冯英宇
(沈阳职业技术学院，辽宁沈阳110045)
摘要：为使蠕墨铸铁件能够稳定地生产，采用微分热分析法进行快速炉前检测。根据测定的微分热分析
曲线特征，制定了相应的判断图，确定石墨形态。并采取相应的炉前补救措施，提高了蠕墨铸铁件的合格率，获得了较好的经济效益。并为其它种类合金铸铁的质量控制提供了检测思路。
关键词：蠕墨铸铁；微分热分析法；过冷度；凝固速率；石墨形态 中图分类号:TG251 文献标识码:A 文章编号:1000-8365(2010)10-1283-04
Study on Determination Method of G raphite Morphology in Cast Iron
FENG Ying -yu
(Shenyang Polytechnic College,Shenyang 110045,China)
Abstract:In order to obtain steady produ ction s of iron castin gs,th e differential thermal analysis is a rapid and reliable way to determine the characteristics of liqu id iron .For example,rare earth -based compacted graphite cast iron,according to differential coolin g cu rve characteristics,making criteria charts of determin e cast iron graphite m orphology,and take correspondin g remedial measu res (additional alloy composition or liquid iron ),thu s improve qualified rate of compacted graphite iron castings and obtain better econ omic benefits,provide testing ideas for quality con trol of other types of alloy cast iron.
Key words:Compacted graphite cast iron;Differen tial thermal analysis;Su percooling degree;
Solidification rate;Graph ite morphology
蠕墨铸铁件能够稳定地生产，最大困难是合金加入量范围比较窄，生产中稍一发生偏差就容易造成废品。寻一种快速、可靠的炉前检查法，并采取相应的炉前补救措施，提高蠕墨铸铁件的合格率是重要的。本文的工作主要集中于蠕墨铸铁石墨形态的预测，寻区分蠕虫状石墨大于70%、蠕虫状石墨小于70%及球状石墨多于30%的检测依据。采用微分热分析法[1~3]研究稀土系蠕墨铸铁的共晶凝固过程，并根据微分热分析曲线特征，制定相应的判断图。 1 试验方法
铁液由高频感应电炉熔炼，容量5kg 。
试验所用原料为P08生铁、H T 150铸铁、低碳钢、锰铁和硅铁等。铁液成分w (%)为:3.1~ 3.4C,2.3~2.5Si,0.6~0.8M n,0.04~0.06P,0.03~0.05
S 。中间合金成分见表1。
表1 中间合金成分 w (%)T ab.1 Co mpo sitio n o f the t reatment alloy
中间合金RE Si T i Ca M g A l
1#稀土2136 2.6
2.4
<0.1<0.1
低稀土镁合金
2.5
37
3.6
熔化温度1400~1450 ，然后蠕化处理和孕育处理，浇注温度为1300~1350 。
金属和合金在凝固时，其热能的变化取决于结晶所放出热量多少和向环境散热的速度。假定铸件单位体积的热容量为Q ，单位体积的凝固潜热为L，凝固过程中单位体积在单位时间内向环境散热速度为H ，且在微小时间d 内，固相率的变化用dS 来表示，温度的变化用dT 来表示时，则这些量之间的关系
可用下式表示:
Q dT =L dS -H d dT /d =L Q dS d -H Q
(1)
当试样的散热能力一定时，在凝固阶段,H 可近似看作一定值。又当试样尺寸和浇注温度一定时，尽
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管铸铁固相与液相的热容量不同，凝固阶段，随着液、
固相比例的不断变化，热容量会逐渐地产生一定的变
化，但为讨论问题简化起见，仍可把凝固阶段的热容量
Q与H之比近似地当作一定值。从而L/Q亦近似为
一定值。这样由(1)式见，试样温度的变化速度(d T/
d )反映了凝固率(S)的变化速度(即凝固速率d S/
d )，二者具有一定的对应关系。因此分析微分冷却曲
线，就会对凝固过程作出判断。
试验中同时画出温度曲线T=F( )和微分曲线
d T/d =f( )，图1是以一种蠕墨铸铁的两条曲线为例
来说明后面用到的符号。
图1 蠕墨铸铁在共晶凝固阶段的微分热分析曲线
Fig.1 Co oling curv e and the co rr esponding differ ent ial
curv e o f compacted gr aphite cast iro n dur ing the
eutectic solidificatio n stag e
图1中,T L为液相线转变点;T EU为共晶体开始
成长前铁液过冷的最低温度;T ER为由于结晶潜热释
放达到的最高共晶温度;T s为固相线温度; T E=
T ER-T EU为共晶过冷度;dT2/d 为共晶生长阶段最
高温度变化率;dTs/d 为凝固终了的冷却速率; 1为
共晶凝固的时间(共晶生长起始点或共晶生长起始阶
段冷却速率为48 /min至dT s/d 点的时间); 0为
微分曲线过dT2/d 点后与零线的相交点到微分曲线
膝部冷却速率为24 /m in点的时间。
2 稀土系蠕墨铸铁试验结果
用1#稀土合金作蠕化剂，加入量0.6%~ 1.3%,
并用0.2%~0.6%的75硅铁孕育，蠕化剂和孕育剂
由浇包一块冲入。
系统调整蠕化剂及孕育剂的加入量，得到了片状
石墨、蠕虫状石墨+大于50%球状石墨、蠕虫状石墨
+30%~50%球状石墨、蠕虫状石墨+15%~30%球
状石墨、蠕虫状石墨+小于等于15%球状石墨、全部
是蠕虫状石墨的各种微分热分析曲线共80条。为清
晰显示微分热分析曲线特征同金相组织之间的对应关
系，特将微分热分析曲线作了分类，稀土蠕墨铸铁微分
热分析曲线上的特征值，以及金相组织的详细资料数
值综合示于图2中。
图2 石墨形状对稀土系铸铁的T=F( )、d T/d =f( )诸
曲线某些特性的影响
Fig.2 Effect o f g raphite mo pholog ys on some of t he char-
acterist ics on the T=f( ),d T/d =f( )curv es
o f the rare ear th cast iron
从图2中发现，同石墨形态密切相关的是 T E、
d T2/d 数值的变化，随着蠕虫状石墨数量的增加,
T E和d T2/d 均增加，在蠕虫状石墨含量大于85%
时，增加更为明显。与此同时，随着蠕虫状石墨数量的
增加, 1有减小的趋向，而 0则明显减小, 0反映了共
晶结晶速率过最大值抵零线后，结晶速率减慢以及试
样温度下降的程度。
实验数据表明，当蠕虫状石墨<50%时，随蠕虫状
石墨数量的不同, T E、d T2/d 、 1和 0分别变化于
(0~2) 、(1.0~7.5) /min、(2.4~ 3.0)min、
爆闪灯管
(0.7~1.2)min之间(见图3)。
蠕虫状石墨增加到50%~70%时, T E、d T2/d
增加，二者分别变化于(2.5~ 5.0) 、(3.5~
12.0) /min之间、而 1和 0相应减小，变化于(2.2
铠装铂热电阻~2.7)min、(0.5~0.9)min之间(见图4)。
蠕虫状石墨增加为70%~85%时, T E、d T2/d
进一步增加，分别变化于(4~10) ,(6~24) /min
之间, 1、 0进一步减小，分别变化于(2.4~ 2.6)min、
(0.3~0.5)min之间(见图5)。
当蠕虫状石墨数量大于85%时, T E、d T2/d 增
加更为明显，通常 T E为(10~35) ,d T2/d 为(24琴谱架
~
60) /min, 1、 0减少亦甚，分别变化于(1.8~
2.6)min、(0.14~0.30)min之间(见图6)。
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铸造技术 10/2010
冯英宇等：测试蠕墨铸铁石墨形态方法的研究
图3 蠕虫状石墨+70%~80%球状石墨铸铁在共晶凝固
阶段的微分热分析曲线
F ig.3 V ermicular g raphite+70~80%of sphero idal
g raphite cast iron co oling curv e and t he
cor respo nding differ ent ial curv e during the eutectic
solidificatio n
图4 蠕虫状石墨+30%~40%球状石墨铸铁在共晶凝固
阶段的微分热分析曲线
F ig.4 V ermicular g raphite+30~40%of sphero idal
g raphite cast iron co oling curv e and t he
cor respo nding differ ent ial curv e during the eutectic
solidificatio n
图5 蠕虫状石墨+25%球状石墨铸铁在共晶凝固阶段的
微分热分析曲线
F ig.5 V ermicular g raphite+25%of spher oidal g ra phite
cast iro n co oling curv e and t he co rr esponding
differentia l curve dur ing t he eutect ic solidificatio n
T E和d T2/d 代表了单位时间内释放热量的
变化。随着蠕虫状石墨数量的增加, T E和d T2/d
增加，共晶凝固时间 1及 0数值随蠕虫状石墨数量
的增加而减小，这表明蠕虫状石墨在共晶凝固的前期
及中期，成核及生长速度都很快，此时释出结晶潜热数
量大，并在较短时间完成结晶过程。因而随蠕虫状石
墨数量的增加, T E和d T2/d 得以逐渐增加。
显然，微分热分析曲线上最大值d T2/d 和过冷
度 T E的关系是互相依存的，它反映了共晶凝固前期
及中期迅速生长的程度。 0反映了共晶凝固后期结
晶速率的变化，稀土系蠕墨铸铁的一组试验数据绘于
图7、图8中。
图6 全部蠕虫状石墨铸铁在共晶凝固阶段的微分热分析
曲线
F ig.1 T otal vermicular g raphite cast ir on co oling curve and
the co rresponding different ial curv e during t he
eutectic solidificatio n phase
图7 稀土系蠕墨铸铁不同石墨形态的最大温度变化率及
过冷度
F ig.7 M aximum temperature chang e r ate and t he
supercoo ling deg ree of Rar e Ea rth gr aphite cast
iro ns w ith different g raphite shapes
龙脑抑菌剂
图8 稀土系蠕墨铸铁不同石墨形态的最大温度变化率及 0
Fig.8 Lar gest temperature chang s rate and 0of rare ear th
cast irons w ith different gr aphit e shapes
骨灰盒寄存架从图中看出，微分热分析曲线上特征值d T2/d 、
T E及 0同所获得组织之间有密切关系。对应于蠕
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虫状石墨>70%~85%的d T 2/d 和 T E 值较大, 0较小；而对于蠕虫状石墨大于85%的d T 2/d 和 T E 值更大, 0更小，均可以准确地预测。3 结论
(1)微分热分析法可使合金凝固过程中相的变化得到更清晰的显示，某些特征值，诸如共晶凝固开始与终了的温度、共晶凝固时间、任一时刻的温度变化速率亦即凝固速率等均可准确确定，这为铸铁结晶过程的研究和各种石墨形态的预测提供了根据。
(2)同石墨形态密切相关的是 T E 、d T 2/d 、 1、 0等参数。同其它石墨形态相比，蠕虫状石墨的 T E 和d T 2/d 值最大, 1、 0值最小，形成了陡峭的微分曲线峰。
(3)稀土系蠕墨铸铁，其共晶过冷度( T E )和共晶阶段最高温度变化率(d T 2/d 或d T 2/d )和 0同蠕
虫状石墨数量之间存在着规律性的联系，利用这种规律可实现快速预测蠕虫状石墨的数量。
参考文献
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