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碳硅分析儀在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用

碳硅分析儀技術(shù)源于金屬學(xué)中的相圖理論，在發(fā)達(dá)早已廣泛用于爐前鐵水的檢測(cè)和控制，是先進(jìn)鑄造技術(shù)中不可缺少的檢測(cè)手段，碳硅分析儀在高質(zhì)量鑄件的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。 
為了使大家能夠掌握熱分析技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，正確使用熱分析解決生產(chǎn)中具體的質(zhì)量問(wèn)題，普遍提高我國(guó)的鑄件材質(zhì)水平和參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。在此依個(gè)人之淺見(jiàn)就熱分析技術(shù)在提高鑄鐵質(zhì)量方面的作用，向大家做一個(gè)介紹。 
一．碳硅分析儀測(cè)量的原理 
對(duì)鐵水質(zhì)量進(jìn)行熱分析時(shí)取鐵水澆入樣杯，在樣杯特定的散熱條件下，爐前碳硅分析儀先記錄下樣杯內(nèi)鐵水的凝固溫度曲線。
通過(guò)對(duì)凝固溫度曲線的解析，找出鐵水凝固過(guò)程的各種相變特征參數(shù)。將相變特征參數(shù)值帶入與凝固組織建立的數(shù)學(xué)模型后，即可以計(jì)算出決定鐵水凝固組織的重要控制參數(shù)。
以白口化鐵水的凝固過(guò)程（上圖中的紅色曲線）為例，說(shuō)明凝固溫度曲線與相圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系：取原鐵水澆入加有強(qiáng)制白口化成分的樣杯。爐前碳硅分析儀記錄了樣杯內(nèi)白口化鐵水的凝固溫度曲線。
凝固溫度曲線的第一個(gè)平臺(tái)是鐵水降溫到液相線時(shí)，生成的固體相釋放結(jié)晶潛熱，維持樣杯散熱產(chǎn)生的恒溫平臺(tái)。我們將這個(gè)平臺(tái)溫度稱(chēng)做：初晶溫度（TL）。隨后鐵水進(jìn)行的是選擇結(jié)晶過(guò)程，選擇結(jié)晶中釋放的結(jié)晶潛熱不足以維持樣杯的散熱，溫度曲線呈緩慢下降的趨勢(shì)。選擇結(jié)晶剩余的鐵水到達(dá)共晶成份時(shí)，開(kāi)始共晶凝固。剩余鐵水在共晶凝固中釋放出大量的結(jié)晶潛熱，直至全部鐵水完全凝固，維持了一個(gè)更長(zhǎng)的的恒溫平臺(tái)。我們稱(chēng)這個(gè)溫度平臺(tái)為:共晶溫度（TE）。以上就是白口化鐵水的凝固溫度曲線與相圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
我們通過(guò)分析鐵水的凝固溫度曲線，就可以捕捉到相變溫度特征值。將相變溫度值與鐵水中的活性成分含量或特定的凝固組織建立起數(shù)學(xué)關(guān)系，即可計(jì)算出與相變溫度對(duì)應(yīng)的活性成分含量或特定的凝固組織。 
對(duì)孕育后的亞共晶鐵水進(jìn)行溫度、成分的保持，按一定的時(shí)間間隔取樣獲取凝固溫度曲線，對(duì)照三角試片白口寬度的變化說(shuō)明凝固溫度曲線與鐵水中型核物質(zhì)，與鑄鐵凝固組織的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 
取鐵水同時(shí)澆注三角試片和熱分析樣杯。鐵水凝固溫度曲線從石墨化共晶溫度曲線向白口化共晶溫度曲線依次過(guò)渡，出現(xiàn)白口化共晶溫度曲線以后共晶溫度就不再隨過(guò)熱時(shí)間變化了。三角試片上的白口寬度也隨過(guò)熱時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大，直至出現(xiàn)全白口截面。鐵水中的型核物質(zhì)充分時(shí)，鐵水進(jìn)行的是石墨化共晶凝固，開(kāi)始共晶凝固的時(shí)間早、開(kāi)始共晶凝固的溫度高。 
隨著鐵水過(guò)熱時(shí)間的延長(zhǎng)，鐵水中的型核物質(zhì)在逐漸消融。鐵水開(kāi)始共晶凝固的時(shí)間向后推遲，開(kāi)共晶凝固的溫度也逐漸降低，伴隨著共晶過(guò)冷和再輝現(xiàn)象的發(fā)生。 
當(dāng)鐵水中的型核物質(zhì)全部熔解后，鐵水進(jìn)行的是白口化共晶凝固，沒(méi)有共晶過(guò)冷和再輝現(xiàn)象發(fā)生。開(kāi)始共晶凝固的時(shí)間很晚、開(kāi)始共晶凝固的溫度很低。凝固組織中的C完全以Fe3C的形態(tài)存在。 
這就是熱分析通過(guò)鐵水共晶凝固的過(guò)冷和再輝現(xiàn)象，量化的測(cè)量鐵水中型核物質(zhì)的方法。 
二．熱分析的鐵水質(zhì)量檢測(cè)功能 
鑄鐵件的材質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是以材質(zhì)的性能和組織為交貨驗(yàn)收條件。貫穿著鑄鐵生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，化學(xué)成分、冷卻速度、核心數(shù)量與組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的關(guān)系，在鑄鐵材質(zhì)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的性能實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，是常溫條件下檢查力學(xué)性能的結(jié)果。因此在常溫下鑄鐵的性能與組織具有唯一的相關(guān)關(guān)系。 
鑄鐵的組織由鐵水的化學(xué)成份、冷卻速度、核心數(shù)量這三大要素決定。變換這三大要素的量值可以獲得各種不同的鑄鐵組織、獲得人們需要的材質(zhì)性能。在生產(chǎn)中通過(guò)改變這三大要素的量值，可獲得以下不同的鑄鐵材料： 
高氧含量（30～40 PPM）的亞共晶成分、充分的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是灰口鑄鐵。 
低氧含量（6～8 PPM）的近共晶成分、充分的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是球墨鑄鐵。 
中氧含量（10～20 PPM）的近共晶成分、貧乏的核心數(shù)量、低冷卻速度條件下產(chǎn)生的是蠕墨鑄鐵。 
針對(duì)上述三大鑄鐵材質(zhì)生產(chǎn)的在線檢測(cè)需求，熱分析具有以下測(cè)量功能：
活性碳當(dāng)量【CE】：
碳硅分析儀能夠測(cè)量出鐵水的活性碳當(dāng)量（鐵水中所有石墨化、反石墨化成分和碳的綜合作用結(jié)果，區(qū)別于CE=C+Si/3的計(jì)算碳當(dāng)量）�；钚蕴籍�(dāng)量是個(gè)非常重要的參數(shù)。它決定著鐵水以怎樣的組織形式開(kāi)始凝固。
如果CE過(guò)低的話，初晶溫度隨之升高。初晶溫度高導(dǎo)致鐵水的過(guò)熱溫度減小，鐵水的流動(dòng)性降低，發(fā)生冷隔缺陷的風(fēng)險(xiǎn)度增大。初晶溫度越高，凝固冷卻的速度越大，產(chǎn)生白口缺陷的風(fēng)險(xiǎn)度越大。 
CE過(guò)低還導(dǎo)致初生奧氏體過(guò)多，縮孔的風(fēng)險(xiǎn)度增大。使灰鐵的抗拉強(qiáng)度過(guò)高，球鐵和蠕鐵的石墨過(guò)少等結(jié)果。 
如果CE過(guò)高的話，會(huì)導(dǎo)致初生奧氏體過(guò)少、石墨過(guò)多�；诣F的抗拉強(qiáng)度降低的結(jié)果。 
當(dāng)CE高于共晶成分時(shí)，凝固從石墨化漂浮開(kāi)始，鐵水的流動(dòng)性降低，也會(huì)導(dǎo)致冷隔(湯竟、重皮)缺陷的發(fā)生。石墨化漂浮會(huì)導(dǎo)致共晶凝固時(shí)的碳含量減少，石墨化膨脹少，所以過(guò)共晶鐵水的縮松風(fēng)險(xiǎn)性較大。 
活性硅當(dāng)量【SiE】： 
熱分析能夠測(cè)量出鐵水的活性硅當(dāng)量【SiE】。在鐵水凝固成鑄鐵組織時(shí)，真正起作用的是活性硅當(dāng)量【SiE】，而不是鐵水中的硅含量【Si】。更不是化學(xué)分析和光譜分析的，包含了夾雜態(tài)的SiO2、孕育態(tài)的Si分子團(tuán)等含量的總硅量�；钚怨璁�(dāng)量與硅含量的關(guān)系可用下式描述： 
SiE = Si + 0.155Al + 0.12Cu + 0.06Co + 2.68P + 0.1Ni+ 0.44Sb 
+ 1.25Mo+ 0.24W + 0.52Sn + 0.1Ti + 0.04Mn + 0.89S 
- 0.51Cr - 0.28V - 2.24B••••••••• 
初生奧氏體量【γ1】 
熱分析能夠測(cè)量出凝固鐵水的初生奧氏體量【γ1】。 
生產(chǎn)灰鐵時(shí)凝固鐵水的初生奧氏體量越高，形成的樹(shù)枝狀?yuàn)W氏體枝晶越發(fā)達(dá)，灰鐵的強(qiáng)度越高。 
由于初生奧氏體枝晶中沒(méi)有石墨，所以生產(chǎn)球鐵時(shí)初生奧氏體枝晶的生長(zhǎng)分布決定了凝固組織中石墨的分布。球鐵中的初生奧氏體量越高，球鐵中的球數(shù)越少。還會(huì)發(fā)生球狀石墨沿枝晶排列的現(xiàn)象。 
初晶溫度越高，初生奧氏體量越多，凝固外殼內(nèi)的鐵水溫度越高，鐵水在封閉外殼內(nèi)的降溫幅度越大，產(chǎn)生的體積收縮越大。又由于鐵水可以在初生奧氏體的枝晶間流動(dòng)，所以初生奧氏體量越多，鑄件中產(chǎn)生的縮孔越大。
活性氧含量【O】: 
熱分析能夠測(cè)量出鐵水中的活性氧含量(鐵水中的自由氧含量，不包含鐵水中SiO2、MgO、Al2O3等氧化物中的O量。與化學(xué)分析或光譜分析的，包含了鐵水中SiO2、MgO、Al2O3等氧化物的總氧量有所區(qū)別)。 
出鐵前測(cè)量的活性氧含量，可用于灰鐵孕育劑，球鐵的球化劑、蠕鐵的蠕化劑的精確定量計(jì)算。 
出鐵后測(cè)量的活性氧含量，可用于測(cè)量球化鐵水和蠕化鐵水中的活性鎂含量。 
活性鎂含量【Mg】: 
眾所周知：根據(jù)熱力學(xué)的鎂-氧平衡方程，可以用熱分析獲得的活性氧含量計(jì)算出球化、蠕化后鐵水中的活性鎂含量(鐵水中的自由鎂含量，不包含MgS、MgO、Mg3N2等反應(yīng)物中的Mg量。與化學(xué)分析或光譜分析的，包含了MgS、MgO、Mg3N2等反應(yīng)物的總鎂量有所區(qū)別)。 
當(dāng)鐵水中的活性鎂含量為0.028～0.038%時(shí)，鐵水凝固形成的是球鐵組織。球化鐵水中的活性鎂含量過(guò)高時(shí)，不僅僅是浪費(fèi)球化劑，還會(huì)在球鐵鑄件的心部產(chǎn)生反白口組織�；�鐵水中的活性鎂含量過(guò)低時(shí)，凝固組織中將出現(xiàn)大量的蠕狀石墨。 
當(dāng)鐵水中的活性鎂含量為0.008～0.016%時(shí)，鐵水凝固形成的是蠕鐵組織。蠕化鐵水中的活性鎂含量過(guò)高時(shí)，凝固組織中將出現(xiàn)大量的球狀石墨。我國(guó)的蠕鐵生產(chǎn)之所以不能形成高蠕化率的穩(wěn)定量產(chǎn)，主要原因就是沒(méi)有使用活性鎂含量，這個(gè)決定蠕化率的重要參數(shù)來(lái)進(jìn)行蠕鐵生產(chǎn)控制。 
再輝段石墨生成量【S1】： 
碳硅分析儀能夠測(cè)量出鐵水的再輝段石墨生成量【S1】。再輝段石墨生成量大時(shí)，在共晶凝固的前期會(huì)集中從鐵水中析出大量的石墨。 
間隙在鐵水中的碳析出成石墨時(shí)，從無(wú)到有的擠占了鐵水的空間，形成了鐵水的石墨化膨脹。在共晶凝固前期集中產(chǎn)生的石墨化膨脹，會(huì)導(dǎo)致型壁移動(dòng)的鑄造缺陷發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致鑄件尺寸的不穩(wěn)定。
在總量一定的前提下，會(huì)造成再輝后石墨生成量（S2）的減少，使共晶凝固后期無(wú)足夠的膨脹石墨填充體積收縮，會(huì)致縮松缺陷的發(fā)生。 
再輝后石墨生成量【S2】 
熱分析能夠測(cè)量出鐵水再輝后石墨生成量【S2】。在總量一定的前提下，再輝段石墨生成量小時(shí)，再輝后的石墨生成量就大。再輝后出現(xiàn)的石墨化膨脹可以填充共晶凝固時(shí)產(chǎn)生的體積收縮，從而可減少發(fā)生縮松缺陷的傾向。 
反白口風(fēng)險(xiǎn)度【₩】 
熱分析能夠測(cè)量出鐵水的反白口風(fēng)險(xiǎn)度【₩】。反白口是鐵水在選擇結(jié)晶過(guò)程中，將低熔點(diǎn)的成份排擠到鑄件的中心部位很后凝固。這些低熔點(diǎn)的成份大多是白口化元素，因此在鑄件很后凝固的部位產(chǎn)生了白口組織。區(qū)別于鑄件表面高速冷卻產(chǎn)生的白口組織，將鑄件中心部位的白口組織稱(chēng)為：反白口組織。 
反白口組織會(huì)造成鑄件中心部位的機(jī)加工困難，以致發(fā)生加工后期的整體機(jī)件報(bào)廢。通過(guò)反白口風(fēng)險(xiǎn)度的測(cè)量，可以預(yù)知發(fā)生反白口缺陷的程度。 
球鐵回爐鐵使用的過(guò)多時(shí)，發(fā)生反白口的傾向就大一些。反白口傾向大的球鐵回爐鐵過(guò)多時(shí)應(yīng)該賣(mài)掉一些，以免造成反白口問(wèn)題的惡性循環(huán)。 
熱分析是測(cè)量鐵水中的活性氧含量、共晶程度、型核能力、冷卻速度、相變特征參數(shù)的唯一檢測(cè)手段。這是其他分析方法所不及的。 
當(dāng)前只有熱分析能夠測(cè)量出鐵水的狀態(tài)是否具備形成目標(biāo)材質(zhì)的綜合條件。也只有熱分析測(cè)量到鐵水符合目標(biāo)材質(zhì)生成條件時(shí)，澆注的鑄件有保證符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)要求。 
三．碳硅分析儀在灰鐵質(zhì)量控制中的作用 
1．灰鐵的強(qiáng)度 
鐵水澆入鑄型后在鑄型激冷和散熱降溫到初晶溫度時(shí)，先背向鑄型或核心長(zhǎng)出初生奧氏體晶芽。在隨后散熱降溫的選擇結(jié)晶中，初生奧氏體晶芽逐漸長(zhǎng)成樹(shù)枝狀的初生奧氏體枝晶。鐵水降溫到共晶溫度時(shí)，選擇結(jié)晶剩余的鐵水到達(dá)共晶成份，在初生奧氏體枝晶的余留空間同時(shí)生成次生奧氏體和片狀石墨。直至灰鐵的凝固組織全部形成。
在灰鐵凝固組織從共晶溫度下降到共析溫度區(qū)間，初生奧氏體和次生奧氏體都將其中過(guò)飽和的碳析出到片狀石墨。溫度下降到共析溫度以下時(shí)，凝固組織中的初生奧氏體和次生奧氏體將全部轉(zhuǎn)化成珠光體，片狀石墨被保留下來(lái)。片狀石墨在灰鐵組織中的作用相當(dāng)于片狀空隙，對(duì)珠光體的肌體組織起著割裂的作用。 
灰鐵組織中很初生成的初生奧氏體枝晶中沒(méi)有片狀石墨，片狀石墨只與次生奧氏體在共晶凝固時(shí)同時(shí)生成，因此片狀石墨對(duì)初生奧氏體枝晶形成的肌體沒(méi)有割裂作用，只對(duì)次生奧氏體形成的肌體有割裂作用。所以由初生奧氏體枝晶構(gòu)成的骨架決定了灰鐵材料的強(qiáng)度。 
灰鐵材料受外力破斷時(shí)，其裂紋的走向是沿著片狀石墨的取向延伸的。裂紋從一個(gè)片狀石墨裂向下一個(gè)片狀石墨時(shí)，中間起抵抗作用的是由初生奧氏體枝晶完成共析轉(zhuǎn)變后形成的珠光體組織。因此灰鐵材料的強(qiáng)度取決于初生奧氏體枝晶【γ1】的生成量和發(fā)達(dá)程度，初生奧氏體枝晶越發(fā)達(dá)，灰鐵材料的強(qiáng)度越高。  
而熱分析測(cè)量的活性碳當(dāng)量（CE）和活性硅當(dāng)量（SiE）決定了鐵水的初生奧氏體生成量【γ1】。鐵水的活性碳當(dāng)量（CE）越低、活性硅當(dāng)量（SiE）越低，生成初生奧氏體【γ1】的量越大，奧氏體枝晶越發(fā)達(dá)，灰鐵材料的強(qiáng)度越高。 
2．灰鐵的白口風(fēng)險(xiǎn)度 
鐵水的活性碳當(dāng)量（CE）越低，凝固時(shí)的初晶溫度就越高，與鑄型和環(huán)境的溫度差越大，激冷凝固組織的降溫速度越大。降溫速度達(dá)到一定程度時(shí)即產(chǎn)生了由Fe3C組成的白口組織。由于鑄件的邊角處降溫速度很大，因此在鑄件的邊角處經(jīng)常產(chǎn)生白口組織。 
熱分析可以預(yù)測(cè)鐵水的白口風(fēng)險(xiǎn)度，保證鑄件良好的加工性能。進(jìn)而可以使鑄件用戶(hù)穩(wěn)定機(jī)加工刀具的磨損量，提高自動(dòng)加工機(jī)床的加工精度。 
3．灰鐵的縮孔風(fēng)險(xiǎn)度 
灰鐵的凝固從外殼開(kāi)始，當(dāng)澆、冒口的補(bǔ)縮通道凝固以后，封閉外殼內(nèi)鐵水降溫產(chǎn)生的體積收縮將得不到補(bǔ)充。由于封閉外殼內(nèi)部的鐵水可以在枝晶間流動(dòng)，因此從初晶到過(guò)冷點(diǎn)降溫產(chǎn)生的體積收縮將造成鑄件內(nèi)部的集中縮孔。 
也就是說(shuō)：CE值越低、初晶溫度越高，從初晶到過(guò)冷點(diǎn)的溫度差越大，降溫產(chǎn)生的體積收縮越大，鑄件中產(chǎn)生集中縮孔的風(fēng)險(xiǎn)度越大。
  
4．型壁移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)度 
灰鐵在共晶凝固階段將有石墨產(chǎn)生。原本以間隙形式存在的碳不占據(jù)空間體積，但生成石墨以后將占據(jù)一定的空間體積，由此產(chǎn)生了石墨化膨脹。 
由過(guò)冷點(diǎn)到再輝點(diǎn)的溫度差越大，再輝段的石墨生成量【S1】越大，集中產(chǎn)生石墨造成的體積膨脹越大，產(chǎn)生型壁移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)度越高。 
減小型壁移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)度的方法是：加強(qiáng)鐵水的孕育措施，減小鐵水共晶凝固的過(guò)冷度。減少再輝段的石墨生成量【S1】，加大再輝后的石墨生成量【S2】，使共晶凝固的石墨化膨脹和共晶階段的體積收縮同時(shí)進(jìn)行，用石墨化膨脹來(lái)填充共晶降溫產(chǎn)生的體積收縮。既可以減小型壁移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)度，又可以減小縮松的風(fēng)險(xiǎn)度。 
5．灰鐵的縮松風(fēng)險(xiǎn)度 
灰鐵凝固的外殼內(nèi)，當(dāng)初生奧氏體和次生奧氏體的凝固連續(xù)起來(lái)以后，剩余的共晶鐵水被封閉在各個(gè)局部的空間內(nèi)。局部空間內(nèi)的降溫體積收縮將造成鑄件的縮松缺陷。 
減小縮松風(fēng)險(xiǎn)的方法與減小型壁移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的方法是一致的，減小型壁移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)度的同時(shí)即減小了縮松的風(fēng)險(xiǎn)度。問(wèn)題的關(guān)鍵是要使用熱分析測(cè)量和動(dòng)態(tài)孕育技術(shù)，測(cè)量出再輝段的石墨生成量【S1】和再輝后的石墨生成量【S2】，計(jì)算出補(bǔ)充喂入孕育絲的精確量，才能將型壁移動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)度和縮松的風(fēng)險(xiǎn)度很小化。 
6．灰鐵的反白口風(fēng)險(xiǎn)度 
當(dāng)鐵水中含有低熔點(diǎn)的殘余成份時(shí)，鐵水根據(jù)選擇結(jié)晶原理先進(jìn)行高熔點(diǎn)成分的凝固，將這些低熔點(diǎn)的成分排擠到鑄件的心部很后凝固。這些低熔點(diǎn)的成分大多是些白口化元素，因此會(huì)在鑄件的心部產(chǎn)生反白口組織。 
通過(guò)熱分析測(cè)量出鐵水存在的反白口風(fēng)險(xiǎn)度，再用光譜儀分析出反白口成分的種類(lèi)，就可以通過(guò)加入已知反白口成分含量較低的鐵料，稀釋反白口成分的含量，即可以阻止反白口缺陷的發(fā)生。 
四．熱分析在球鐵質(zhì)量控制中的作用 
在球鐵生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)球化劑、孕育劑的成分含量、加入量一致，球化鐵水量和球化溫度一致，而獲得的球化率確有著很大的差別，有時(shí)甚至發(fā)生球化失敗的質(zhì)量事故。這是為什么呢？ 
其主要原因是：我們對(duì)鐵水中的硫含量和活性氧含量不掌握。當(dāng)原鐵水中的硫含量和活性氧含量發(fā)生變化時(shí)，球化加入的鎂先與鐵水中的硫和活性氧發(fā)生反應(yīng)，剩余的鎂才對(duì)鐵水的球化發(fā)揮作用。 
當(dāng)原鐵水中的硫含量和活性氧含量高時(shí)，固定的球化劑加入量會(huì)使球化后剩余的鎂含量偏低，因此發(fā)生了球化不良的質(zhì)量事故。當(dāng)原鐵水中的硫含量和活性氧含量低時(shí)，固定的球化劑加入量會(huì)使球化后剩余的鎂含量過(guò)高。雖然保證了球化質(zhì)量，但每次球化都造成了球化劑的浪費(fèi)，更重要的問(wèn)題是：還會(huì)發(fā)生反白口質(zhì)量缺陷。 
原鐵水中硫和活性氧的具體含量，采用動(dòng)態(tài)法確定球化劑的精確加入量。用熱分析結(jié)果控制喂絲機(jī)，保證殘余鎂含量的精確控制，才能保證高質(zhì)量、低消耗、穩(wěn)定化的球鐵生產(chǎn)。
1．原鐵水共晶度的控制 
亞共晶鐵水先凝固出來(lái)的是初生奧氏體枝晶，初生奧氏體枝晶中沒(méi)有石墨存在。因此使用遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)的亞共晶鐵水生產(chǎn)出來(lái)的球鐵，石墨球少、球化率低、石墨球分布不均勻。同時(shí)發(fā)生縮孔的風(fēng)險(xiǎn)度較高。 
過(guò)共晶鐵水先析出的是石墨，即凝固從石墨化漂浮開(kāi)始。同時(shí)造成鐵水的流動(dòng)性差，發(fā)生冷隔的風(fēng)險(xiǎn)度升高。而且還會(huì)使共晶凝固時(shí)的碳含量減少，石墨化膨脹減少，縮松的風(fēng)險(xiǎn)度增大。
理想的球鐵原鐵水應(yīng)該是在球化和孕育處理后，以共晶或微亞共晶狀態(tài)進(jìn)行的凝固。是保證高球化率、高球墨數(shù)量、無(wú)冷隔缺陷、低縮孔風(fēng)險(xiǎn)度、低縮松風(fēng)險(xiǎn)度的前提條件。 
通過(guò)熱分析測(cè)量和控制鐵水的活性碳當(dāng)量（CE）和活性硅當(dāng)量（SiE），可以獲得滿意的球鐵原鐵水共晶度。 
2．原鐵水活性氧含量和硫含量的測(cè)量 
采用熱分析的方法測(cè)量鐵水中的活性氧含量。區(qū)別于光譜或化學(xué)分析方法中包含了已經(jīng)形成氧化物（SiO2、MgO、Al2O3等）的全氧量。
在鐵水中Ｓ與Ｍn反應(yīng)生成ＭnＳ，所以熱分析測(cè)不到活性硫。而在球化反應(yīng)時(shí)ＭnＳ遇到Mg，又將Ｓ還原出來(lái)生成MgＳ和Ｍn，消耗掉一定的活性鎂。因此在爐前測(cè)量硫含量應(yīng)該采用光譜分析的方法，測(cè)量出硫的全量。 
只有使用活性氧含量和硫全量的測(cè)量結(jié)果，才能準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)匹配球化劑的加入量。 
3．原鐵水過(guò)冷度的控制 
球鐵生產(chǎn)時(shí)通過(guò)孕育處理來(lái)保證其中的球化率。如果原鐵水已經(jīng)過(guò)熱成沒(méi)有型核物質(zhì)的死鐵水，無(wú)論采用什么孕育劑也不能獲得高質(zhì)量球鐵。因此球鐵生產(chǎn)要求原鐵水具有一定的型核能力。通過(guò)熱分析測(cè)量原鐵水的過(guò)冷度，可以測(cè)量出鐵水的型核能力。 
當(dāng)原鐵水的過(guò)冷度偏低時(shí)，可通過(guò)向電爐中加入一、兩塊回爐料來(lái)進(jìn)行激冷型核，以改善原鐵水的型核能力。出鐵時(shí)向球化包中加少量的高質(zhì)量增碳劑，也可以改善原鐵水的型核能力。還可以使球鐵的石墨球數(shù)提高約10%。
4．原鐵水反白口成分的控制 
球化鐵水在凝固的選擇結(jié)晶中，必然有一部分殘余鎂會(huì)排擠到鑄件心部。如果原鐵水的反白口成份不能控制在一定的低水平，球化后再增加殘余鎂的作用必然會(huì)在鑄件的心部產(chǎn)生反白口組織。 
通過(guò)熱分析測(cè)量出原鐵水的反白口風(fēng)險(xiǎn)度，通過(guò)加入已知反白口成分含量較低的材料稀釋原鐵水，為殘余鎂在鑄件心部聚集作好預(yù)留，就可以降低球化后鐵水發(fā)生反白口缺陷的風(fēng)險(xiǎn)度。 
5．球化包和球化劑的掩埋 
球化劑被鐵水加熱以后先汽化成鎂蒸氣，鎂蒸氣在鐵水中的上浮過(guò)程中被鐵水吸收。要保證球化劑穩(wěn)定的收得率，先要求鐵水具有一定的高度。因此球化使用的鐵水包要有1.2～1.5的高徑比。 
在球化劑的掩埋問(wèn)題上，應(yīng)以鐵水接收到球化包2/3高度以后，球化劑才能被加熱汽化為準(zhǔn)。 
即便使用普通的鐵水包，也不能用接過(guò)灰鐵鐵水的澆包來(lái)進(jìn)行球化處理。因?yàn)榛诣F的殘?jiān)�和滲透到包襯內(nèi)的硫會(huì)影響到球化劑的收得率。
6．球化鐵水量和殘余鎂含量的控制 
為了保證鐵水球化的質(zhì)量，不僅要精確定量球化劑的加入量，還要精確定量球化鐵水的量。因此定量出鐵是高質(zhì)量球鐵生產(chǎn)的必要裝備。使用天車(chē)吊包出鐵的工廠應(yīng)選用具有耐熱功能數(shù)顯式吊鉤秤。使用叉車(chē)出鐵的工廠可以選用數(shù)顯式叉車(chē)秤。 
鐵水球化完成后，取樣進(jìn)行活性鎂含量的熱分析測(cè)量。發(fā)現(xiàn)活性鎂含量不足時(shí)，按熱分析結(jié)果計(jì)算鎂包芯線補(bǔ)充量，啟動(dòng)喂絲機(jī)定量補(bǔ)足活性鎂的含量。
7．過(guò)冷度和縮松風(fēng)險(xiǎn)度控制 
對(duì)球化后鐵水的熱分析還可以測(cè)量出再輝段石墨生成量【S1】、再輝后的石墨生成量【S2】和縮松風(fēng)險(xiǎn)度。通過(guò)控制【S1】和【S2】的比例，可以由石墨化膨脹來(lái)填充共晶凝固時(shí)的體積收縮，從而降低球鐵的縮松風(fēng)險(xiǎn)度。 
當(dāng)發(fā)現(xiàn)【S1】和【S2】的比例不符合要求、縮松風(fēng)險(xiǎn)度過(guò)高時(shí)，按熱分析結(jié)果計(jì)算孕育劑芯線補(bǔ)充量，啟動(dòng)喂絲機(jī)定量補(bǔ)足鐵水的型核能力，以降低縮松風(fēng)險(xiǎn)度�？刂扑�平提高以后，還可以采用無(wú)冒口鑄造工藝生產(chǎn)球鐵鑄件。 
8．球化鐵水的反白口傾向測(cè)量 
通過(guò)熱分析還可以測(cè)量出球化鐵水的反白口風(fēng)險(xiǎn)度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)球化鐵水的反白口風(fēng)險(xiǎn)度較高時(shí)，應(yīng)在澆注溫度許可的范圍內(nèi)增加鐵水的靜置時(shí)間，使活性鎂含量燒損降低�；蚋臐脖”谇蜩F件，用消弱選擇結(jié)晶過(guò)程的方法降低反白口的風(fēng)險(xiǎn)度。 
五．熱分析在蠕鐵質(zhì)量控制中的作用 
蠕鐵生產(chǎn)的難度在于對(duì)鐵水中核心數(shù)量和活性鎂含量的檢測(cè)和控制。多加入0.008% 的孕育劑，就能使凝固組織中的球化率從3％增加到21％，多加入0.001%的鎂，凝固組織中分散的片狀石墨斑就能完全轉(zhuǎn)變成蠕狀石墨。因此蠕鐵生產(chǎn)不能向生產(chǎn)灰鐵和球鐵那樣采用過(guò)量處理方法。 
從上圖可見(jiàn)：蠕鐵質(zhì)量穩(wěn)定區(qū)的活性鎂范圍在（0.008～0.016%），超過(guò)了就會(huì)使球墨的比例迅速增加。而且鐵水中的活性鎂會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸氧化，因此蠕鐵開(kāi)始澆注時(shí)的活性鎂含量，必須離蠕鐵到灰鐵的急轉(zhuǎn)點(diǎn)有足夠的距離。才能保證在澆注時(shí)間范圍內(nèi)，很后澆鑄的部件不出現(xiàn)片狀石墨。 
鐵水中的型核物質(zhì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)逐漸熔解消失，也就是常說(shuō)的孕育衰退。而且鐵水溫度越高，衰退的速度越快。 
因此鐵水中核心數(shù)量的控制，先要在出鐵前對(duì)原鐵水的過(guò)冷度進(jìn)行測(cè)量，了解原鐵水中遺傳下來(lái)的核心數(shù)量。再針對(duì)具體產(chǎn)品的蠕化時(shí)間、鐵水輸送時(shí)間、澆注時(shí)間、凝固時(shí)間來(lái)確定孕育劑的加入量。僅此才能保證鐵水在凝固時(shí)刻的蠕化核型數(shù)量。 
1．原鐵水共晶度的控制 
理想的蠕鐵原鐵水與球鐵原鐵水的共晶度要求是一致的，在蠕化后應(yīng)以共晶或微亞共晶狀態(tài)進(jìn)行凝固。是保證高蠕化率、低縮孔風(fēng)險(xiǎn)度、低縮松風(fēng)險(xiǎn)度的前提條件。 
通過(guò)熱分析測(cè)量和控制原鐵水的活性碳當(dāng)量（CE）和活性硅當(dāng)量（SiE），可以獲得滿意的蠕鐵原鐵水共晶度。
2．原鐵水活性氧含量和全硫含量的測(cè)量 
出鐵前用熱分析方法測(cè)量原鐵水中的活性氧含量。將光譜分析法測(cè)量的全硫含量輸入到爐前碳硅分析儀中。爐前碳硅分析儀根據(jù)具體產(chǎn)品開(kāi)始澆注時(shí)鐵水中的活性鎂含量值、蠕化劑的鎂含量、蠕化和澆注前的鎂燒損率等，計(jì)算出動(dòng)態(tài)匹配蠕化劑的加入量。 
3．原鐵水過(guò)冷度的測(cè)量 
出鐵前通過(guò)熱分析測(cè)量鐵水的過(guò)冷度值，可以測(cè)量出原鐵水的型核能力。 
爐前碳硅分析儀根據(jù)凝固時(shí)刻的蠕化核型數(shù)量，具體產(chǎn)品的蠕化時(shí)間、鐵水輸送時(shí)間、澆注時(shí)間、凝固時(shí)間等計(jì)算出動(dòng)態(tài)匹配的孕育劑的加入量。 
4．蠕化包和蠕化劑的掩埋 
蠕化劑也是被鐵水加熱以后汽化成鎂蒸氣，在上浮的過(guò)程中被鐵水吸收。要保證蠕化劑穩(wěn)定的收得率，也要求鐵水具有一定的高度。因此蠕化使用的鐵水包要有一定的高徑比。
在蠕化劑的掩埋問(wèn)題上，應(yīng)以鐵水接收到蠕化包2/3高度以后，蠕化劑才能被加熱汽化為準(zhǔn)。 
即便使用普通的鐵水包，也同樣不能用接過(guò)灰鐵鐵水的澆包來(lái)進(jìn)行蠕化處理。因?yàn)榛诣F的殘?jiān)�和滲透到包襯內(nèi)的硫會(huì)影響到蠕化劑的收得率。
5．蠕化鐵水量的控制 
為了保證鐵水的蠕化質(zhì)量，不僅要精確定量蠕化劑的加入量，也要精確定量蠕化鐵水的量。因此定量出鐵是高質(zhì)量蠕鐵生產(chǎn)的必要裝備。使用天車(chē)吊包出鐵的工廠應(yīng)選用具有耐高溫功能的數(shù)顯式吊鉤秤。使用叉車(chē)出鐵的工廠要選用數(shù)顯式叉車(chē)秤。 
6．碳硅分析儀活性鎂含量與核心量的控制 
鐵水蠕化完成后，取樣進(jìn)行活性鎂含量和過(guò)冷度的熱分析測(cè)量。 
發(fā)現(xiàn)活性鎂含量過(guò)高或核心量過(guò)多時(shí)，應(yīng)在澆注溫度許可的范圍內(nèi)增加鐵水的靜置時(shí)間，使活性鎂含量燒損降低、使鐵水的型核能力衰退減少。 
發(fā)現(xiàn)活性鎂含量或核心量不足時(shí)，按爐前碳硅分析儀的測(cè)量結(jié)果計(jì)算鎂包芯線補(bǔ)充量或孕育劑芯線補(bǔ)充量，啟動(dòng)喂絲機(jī)定量補(bǔ)足活性鎂和鐵水的核心量。