热分析技术在铸造生产质量检测上的应用_二_(2)

金属铸锻焊技术Casting·Forging·Welding2009年12月

质级别间存在较好的对应关系，但最近的研究结果表明：对于亚共晶Al-Si合金，在与砂型铸造相对应的冷却条件下，随变质剂Sr含量的增加，共晶生长温度虽有较大的变化，但变质级别较低。这表明共晶温度主要受熔体化学成分的影响，而与变质级别间并不存在很强的对应关系。此外，Sr对共晶温度的影响与熔体Si、Mg、Fe、Cu等元素的含量及冷却速度有关[22-23]。因此，上述因素给特征值ΔTE与变质级别间定量关系的适用范围施加了限制条件。因此，Apelian等人的研究认为[24]，要准确地评价共晶硅的变质程度，必须同时考虑共晶潜热释放时间、共晶过冷时间以及共晶过冷度等参数。Charbonnier用thermatest2000进行的热分析研究也得出类似的结论[25]，认为评定变质效果必须同时考虑多个热分析特征参数，即共晶结晶温度、共晶生长温度和共晶过冷时间间隔等。

4.3铁液含氧量的测定

目前，国内很多铸造生产企业采用电炉熔炼铸铁，一般地说，电炉熔炼出的铁液质量优于冲天炉。但由于电炉熔炼铁液时，铁液始终处于氧化性气氛下，再加上铁液剧烈翻滚，使得电炉熔炼铁液的含氧量高于冲天炉。铁液中过饱和的氧，除了对石墨形核特性有重要影响外，对铁液的成分也有一定的影响，因此，有必要对铁液中的含氧量进行测定。安阁英等以电炉熔炼铁液为基础，通过对铁液进行增氧和脱氧处理，研究含氧量对冷却曲线初晶角变化的影响规律[18]。试验结果表明，随着铁液中含氧量的增加，冷却曲线的初晶角度增大，并指出若在样杯中添加适量的铝，可以提高测试精度。这种方法有望在铸造生产中得到应用。

5热分析法在铝合金生产上的应用

热分析法除了在铸铁和铸钢中得到广泛应用外，还在铝合金炉前快速检测中得到应用。就目前国内外铝合金热分析的研究和发展来看，主要集中在铝合金变质处理和细化处理的测定两个方面。

5.2铝合金细化处理效果的评价

早在1961年，Kurfman就尝试利用热分析方法评价铝合金、镁合金的细化处理效果[26]，而大量相关工作是在1974年以后进行的。

未细化处理的亚共晶Al-Si合金的典型冷却曲线如图7。首先铝合金液以较快的速度降温，在温度未达到结晶最低温度TU之前，熔体中就已有

5.1铝合金变质处理效果的评价

变质直接影响硅相的尺寸和形貌，而这些因素是决定Al-Si合金性质的关键。因此，测定及控制炉前变质处理是Al-Si合金生产中的一个重要工序。但至今评价铝合金变质处理效果的热分析判据还未有统一的认识，热分析样杯也未标准化。

最初人们采用共晶生长温度的高低测评变质效果[19]，但该方法难以区别变质和过变质[20]。因此，有人考虑到变质前原熔体的质量，以变质前后共晶生长温度间的差值ΔTE作为主要特征值。龚磊清等通过对ZL104合金共晶硅变质效果的研究，认为评价共晶硅变质程度的热分析特征参数可以以未变质合金和变质合金共晶生长温度之差

α初晶产生，但此时结晶潜热小于样杯散失的热

量，熔体温度继续降低，但冷却速度逐渐减小。当温度达到TU时，由于合金过冷导致大量晶核生成，所释放出的结晶潜热大于样杯散失的热量，合金温度逐渐升高至最高温度TR。若合金中有大量异质晶核，则α初晶析出前所需过冷度较小，甚至不需要过冷，这表现为初晶析出前的最低温度

TU与最高回升温度TR间的差，即初晶过冷度ΔT

随细化效果的增强而减小。因此，该值最早被用来作为测评细化处理效果的主要判据[27]。但有研究发现ΔT受多种因素的影响，如冷却速度、

T/℃

ΔTE为主，同时参考共晶生长期te的数值，并发现ΔTE与变质级别间存在较好的对应关系

[21]

。当

ΔTE>10℃，te>110s时，变质效果良好。在这里，确

定ΔTE的常用方法有两种，即分别测量变质前后的共晶温度和依据各元素对共晶温度的影响，通过测量铝合金熔体中各元素的含量，计算出变质前的共晶生长温度。德国IEDCO公司采用了后种方法，并已实现产品化。

上述方法的依据是共晶生长温度的变化与变

合金元素的含量等。冷却速度和合金元素含量越高，ΔT越大，因此，只用初晶过冷度还不足以表征熔体的细化处理效果。

在相同冷却速度

ΔTTRTU

SΔt

t/s

图7

亚共晶Al-Si合金的典型冷却曲线

Fig.7TypicalcoolingcurveofhypoeutecticAi-Sialloy

100HotWorkingTechnology2009,Vol.38,No.23