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铁水的取样方法 时间:2015-09-14 点击量:        当从铁水中取样时,通常会使用取样勺将样本铁水浇入激冷模具中以保证接下来被测量的样本化学成分分布均匀。从铁水中获取代表性的样本并不是简单的事情,因为被取样的铁水的微量元素和合金元素的化学成分分布并非各向一致。

       铁水中的反应性元素不但溶于铁水,而且会与铁水中其它的元素结合而生成氧化物、硫化物、氮化物等颗粒。这些非金属颗粒通常会比铁水轻,意味着在铁水中这些夹杂物会不断地上浮,因为比溶液轻的物质会上浮到溶液上表面。

       溶入铁水的元素也会因其原子重量比铁轻而在铁水中发生分离。较轻的元素和气体生成元素有上浮的趋势,同时较重的元素会向下沉积。比如,碳元素(较轻)会向上浮(即使铁水温度高于液相线温度),但是铅元素(较重)会沉积在铁水盛器的下部。

       比如,曾经有权威机构测量过浇注包内的元素分布,发现铁水上部接近表面的化学成分为:C3.7, Si 2.6,P0.02,S0.015,Mg0.050, Al0.020,而在浇注包铁水下部的化学成分为C3.6, Si 2.5,P0.02,S0.010,Mg0.030, Al0.010,这是由于元素的上浮和偏析造成。

常见元素的偏析作用


元素 偏析作用
在铁水液相线以上主要以溶入铁水的元素形式存在。碳含量中还会包括一些石墨、碳化物或者饱和一氧化碳气体中的碳。
一些相对强烈的偏析作用(飘浮)会发生,特别是在感应电炉中和冷却的铸铁中-当铁水低于液相线温度时,游离的石墨会生成。
主要以溶于铁水的元素形式存在。但是会有相当部分的硅会以氧化物和硅酸盐形式存在并因飘浮作用而偏析。 在铁水中,硅酸镁会上浮并形成熔渣。
在灰铁中,硫主要以溶于铁水的元素和硫化锰的形式存在。在球铁中,硫不会以溶于铁水的元素形式存在,所有硫都以硫化镁、硫化钙和硫化稀土元素的形式存在。所有硫化物均会因飘浮作用而偏析。
在球铁中,镁以溶化的元素和以硫化物、氧化物或硅酸盐的形式存在。溶解的镁会因低的蒸气压力而发生一些偏析并流失到空气中。镁的氧化物和硫化物会因飘浮而偏析。
会以溶于铁水的元素形式和结合的氧化物形式存在。在灰铁和球铁中,各种氧化物和铝酸盐会因飘浮作用而偏析。
 
根据斯托克斯定律而产生的飘浮


       在铸铁中一般的非金属颗粒或熔渣的密度会在2-4克/cm3之间。铸铁的密度大约是7克/cm3,这意味着这些颗粒的密度是铸铁的一半。这会使颗粒上浮,决定上浮速度和上浮驱动力的因素是颗粒尺寸。斯托克斯定律表述如下:
       V=[dm2s –ρ)g]/18μ
       V是上浮速度(m/s),dm是颗粒的直径(m),ρs是铁水的密度(kg/m3),ρ是颗粒的密度(kg/m3),g是重力加速度(9,81m/s2), μ是铁水的粘度(Ns/m2 kg/ms)。铁水的通常粘度为0.007kg/ms。

取样时重要的注意事项

•永远要在同一位置和同一时间取样。
•在感应炉或浇注包中搅拌会均匀化偏析的元素。取样应该在搅拌结束后马上进行。
•化学成分可以用于验证金相和机械性能,但是因为各铸造厂取样和偏析情况不同,不能够用于与其它铸造厂比较。
•化学成分检测结果应该谨慎使用,但是不能盲目相信。各个样本之间的变化不但作为过程波动,还要作为取样波动来接受。
•当电炉、单嘴浇包、茶壶包、底注包浇注时,会因偏析发生化学成分波动。对于一定量的铁水,不存在绝对的化学成分。
•因为飘浮和偏析作用,茶壶包和自动浇注包这样的底注包会出现一些元素的反衰退作用,造成一些元素在浇包铁水上部、最后浇注的位置聚积。

       利用铸造模拟软件ProCAST,可以精确地模拟铸造金属液浇注包充型、冷却、凝固过程,准确地预判铸件缩松、夹渣、气孔、金相、应力等质量情况,为铸造工艺设计提供有力指导。
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