鑄鐵性能快速測試方法及其測量儀的製作方法
2023-11-03 18:49:27 4
專利名稱:鑄鐵性能快速測試方法及其測量儀的製作方法
本發明是一種用於爐前定量測定鑄鐵機械性能和主要化學成分、石墨等級、共晶團數等參數的方法及其儀器，屬於用電的方法分析、測定材料性能的領域。
鑄鐵通過變質(孕育)處理，可顯著提高其機械性能，其變質效果一般是通過對機械性能的檢測耒了解的。目前鑄鐵性能的爐前檢測方法有三角試塊斷口判定法、快速金相法、熱分析及微分熱分析法、比電阻法、縮前膨脹率法和聲速法等。(見《灰鑄鐵熱分析法的探討》上海工具機鑄造廠陳財根、《微分熱分析法測試蠕墨鑄鐵石墨形態的研究》瀋陽機電學院丁暉等、《聲速法檢測鑄鐵機械性能及其生產應用》杭州工具機廠、杭州市機械研究所李維嶽等，1981年11月全國鑄件質量測試技術學術年會、《鑄鐵凝固期間電阻率的變化》南京工學院一機部鄭州機械所、南京汽車廠，布達佩斯1978年45屆國際鑄造年會)。上述諸方法及其相應的檢測、控制裝置有的是定性的分析，有的是從鑄鐵的某一個物理性能側面耒反映鑄鐵凝固過程中析出相的變化或主要化學成分的變化。由於受多種因素的影響，對鑄鐵機械性能的快速、定量檢測尚在研究中。在生產中，對鑄鐵機械性能的檢測，當前仍以常規理化檢驗為主，它能宏觀定量地檢測鑄鐵的機械性能及其它性能參數，精度也較高，但需較大的投資，檢測速度不夠快，只能作為成品檢驗，應用於爐前檢測尚有距離。
本發明的目的旨在提出一種能應用於爐前定量檢測鑄鐵變質效果的測試方法及儀器。
鑄鐵經過變質處理，其顯微組織因之而改變，使得它的自由電子密度及其附加散射強弱也發生變化，因而物理性能也隨之改變。同時，鑄造現場的其它多種因素也影響鑄鐵的顯微組織，從而影響其物理性能。因此，在一定條件下，如果能測定鑄鐵由於變質處理而引起的自由電子密度及其散射強弱的變化，且又能找到這一變化與其機械性能之間的關係，就有可能快速、定量測定其機械性能及其它有關性能參數。我們把取決於鑄鐵顯微組織的自由電子密度及其附加散射強弱用應變量y耒表示，影響顯微組織的變質處理效果用自變量P耒表示，影響顯微組織的其它因素用自變量Xi耒表示，此三者之間的關係用函數F耒表示，即y＝F(P、Xi)用同類鑄鐵，用完全相同的方法製備的試樣，例如用同一爐鐵水分別在變質前和變質後以相同方法製備樣品，並且在同等條件下用同樣的方法按級比較，從而測定物理參數時，可以認為其它因素對鑄鐵的影響相同，即Xi等於常數。我們稱這種方法叫「分級比較法」或「級比法」。此時，上述公式變為y＝F(P)，變質前P＝P0，y＝F(P0)，用y0表示之，即y0＝F(P0)變質後P＝P1，y＝F(P1)，用y1表示之，即y＝F(P1)變質前後應變量的變化絕對值用△y表示△y＝y1-y0其變化的相對值為△y/y0△y/y0反映了鑄鐵由於變質處理而引起的鑄鐵自由電子密度及其散射強弱的相對變化值，定義△b＝100 (Δy)/(yo) 為「級比特徵值」。它表示了鑄鐵顯微組織的變化。實驗證明，△b與鑄鐵的機械性能及化學成份有很大的相關性。通過實驗測出鑄鐵機械性能及主要化學成分Q與「級比特徵值」△b之間的函數關係Q＝CQ·△b+AQ其中CQ、AQ為對應於Q的常量。根據被測試樣不同部位的△b值的一致性即「等比」性，可以排除試樣鑄造缺陷(縮松、夾雜)對測量的幹擾。生產中通過測定△b即可爐前定量地測定鑄鐵的機械性能和其它有關性能參數。
基於以上的原理，本發明的測試方法是用同樣的取樣模，同樣的方法，製備具有對應各種不同常規機械性能和化學成分的同一類鑄鐵試樣。以同樣的條件，同樣的方法測出這些試樣的相對於基準試樣的物理性能之相對變化值△b。同時，用常規的方法測出這些試樣對應抗彎試棒的機械性能和主要化學成分，顯微組織結構狀態。然後用數學分析的方法找出這一類鑄鐵的△b值與常規機械性能、化學成分、顯微組織結構狀態之間的函數關係。
在爐前分析時，首先用上面所述的同樣的取樣模和相同的方法製作未經變質處理與經過變質處理的同一類鑄鐵的試樣。未經變質處理的試樣，其對應的常規機械性能、化學成分和顯微組織結構狀態是已知的，作為基準試樣;經過變質處理的試樣是被測試樣。然後以前述同樣的測試條件和方法測出被測試樣△b值。同時，根據其不同部位之△b值是否相等耒排除試樣鑄造缺陷對所測△b值的幹擾。根據被測試樣的△b值，按照前述的函數關係推算出被測試樣的機械性能和其它主要性能參數。實現鑄鐵機械性能和其它主要性能參數的爐前定量檢測。基準試樣可以是預先製作好的。
灰鑄鐵可以作為一個類用上述方法進行測試。將各種性能的灰鑄鐵用相同的方法做成相同形狀的試樣，在其上加上一個穩流電源，在保證通過試樣的電流相同且試樣各點的電流密度也相同的情況下，測出試樣的電參數△b值。測試試樣用的測試裝置的結構、尺寸完全相同，測試時，拾取電信號的觸頭之間的距離應成比例，觸頭對試樣的接觸壓力也應保持相同。同時用常規方法測出這些試樣對應的機械性能和其它主要性能參數，建立一個灰鑄鐵△b值和其機械性能、主要化學成分和顯微組織結構狀態之間的函數關係式，或製成表格、曲線。生產中在爐前檢測某一灰鑄鐵的變質效果時，用上相同的方法製備變質前、後兩種試樣，用同樣的條件及方法測出試樣的△b值，並排除鑄造缺陷和熱電勢對所測△b值的幹擾。根據上述已建立的函數式或表格、曲線，即可得到被測試樣的各種性能值。基準試樣也可以是預先製備好的。例如，製備HT200的灰鑄鐵試樣近似地作為基準試樣，用以測試HT100至HT400的灰鑄鐵。
製備試樣用的取樣模，可以做成一個園柱形的模子，附圖1是這種取樣模的示意圖。如圖所示這種取樣模上以園柱的軸線為中心，對稱地分布著三個柱形的孔作為澆注試樣的型腔，這三個柱形的孔可以是園柱形的，孔的深度在50～60mm之間，孔的內徑在17～21mm之間，型腔的上部與處於軸心的澆注口相通，用這種模子澆注得到的試樣可以保證在凝固的過程中各方面的溫度梯度基本一致。試樣澆注完畢後2分±10秒內將試樣放入溫度為室溫的水中冷卻，這樣即能進一步保證試樣的一致性，增加測量的準確度，又能滿足測量速度的要求。
根據上述的測試方法可以製作一種專用的快速測量儀器，這種儀器包括二個試樣的測量裝置，一個穩流電源和一個放大顯示裝置。
附圖2是這種儀器的原理圖，附圖3是所述的試樣測量裝置的示意圖。圖2中〔1〕為穩流電源，〔2〕和〔3〕為試樣測量裝置，〔4〕為放大顯示裝置。兩個試樣測量裝置的結構完全相同，如圖3所示。每個測量裝置包括固定在絕緣底板〔13〕上的相對排列的三對測試電信號觸頭〔5〕〔6〕、〔7〕〔8〕、〔9〕〔10〕。兩個夾持試樣〔14〕兩端、並作為電極用的夾子即電卡頭〔11〕、〔12〕。上述觸頭和觸頭之間，觸頭和電卡頭之間互相電氣絕緣，裝上試樣〔14〕後，觸頭各自依靠一個彈簧壓緊在試樣上，其壓力可以調節。這兩個測量裝置中一個是裝基準試樣的即為基準臂，另一個是裝被測試樣的即為測量臂，兩種試樣裝入後，通過測量裝置上的電卡頭將其串聯接入所述的穩流電源內，穩流電源的電流可以調節。所述的放大顯示裝置的信號輸入端通過一個開關的轉換，可以接到任何一個試樣測量裝置的任意兩個觸頭上，所取的電壓信號由放大顯示裝置放大、顯示。也可以將每一對觸頭並聯在一起，顯示裝置的輸入端通過前述的開關換接到任一試樣測量裝置的任何兩對觸頭上拾取電信號。為了使測量得到的電壓信號能最準確地反映試樣的性能，試樣測量裝置上兩相鄰觸頭頂尖之間的距離以及電卡頭的夾口和與之相鄰的觸頭頂尖之間的距離應大於或等於試樣外徑的二分之一。
作為一個這種快速測量儀的實施例，使用前述的取樣器，試樣直徑為17～21mm、長度為50～60mm的園柱形試樣時，這種儀器的基準臂及測量臂每三組電觸頭將試樣分成四段，基準臂中間二段其相鄰觸頭頂尖之間的距離為10～14mm及其之和20～28mm與測量臂對應構成三組分級比較裝置，這三組比較裝置即可達到「等比」的要求。電卡頭的夾口與相鄰的觸頭頂尖之間的距離為9～13mm;觸頭壓在試樣上的壓力調節在0.8～1.2Kg之間;觸頭頂部的硬度不小於HRC60。附圖4是所述的電卡頭的示意圖，如圖所示，電卡頭的上半部為鋸齒形，齒的硬度不小於HRC60，電卡頭的下半部為園弧形，其曲率半徑等於試樣的半徑，園弧部分的厚度小於齒的厚度。
所述的穩流電源可以由一個穩壓電源加一個電阻調整網絡組成，此穩壓電源的輸出電壓能在8～24伏特之間調節，電阻調節網絡的調節範圍為4～12歐姆。
所述的放大顯示裝置中裝有一個前置放大器，它的放大倍數在300～500倍之間，此前置放大器的總輸入阻抗必須足夠大，例如不小於30千歐，以保證測試時放大器的接入不會影響被測參數的準確性。例如前置放大器的輸入端可以接一個阻容偶合電路，其電阻串聯在電路內，阻值為8～15千歐，電容並聯在電路內，這樣即能保證放大器的輸入阻抗足夠大。
所述的放大顯示裝置的顯示部分可以是一個指針式的儀表。儀表的刻度直接表示被測試樣的各種性能參數，並且刻度盤左方刻有「原位」，右方刻有「0」位，供指針「復原」、「標定」指示。例如，規定基準試樣為HT200灰鑄鐵，儀表的刻度則表示為HT100～HT400的灰鑄鐵的性能參數。附圖5是所述的儀表刻度盤示意圖。顯示部分也可以是一個數字式儀表，還可以是一個微機，直接可列印測得的數據而它們的「復原」均以示值「0」位表示。
下面以HT100～HT400灰鑄鐵的測試為例，描述一下這種儀器的使用方法。儀器的指針刻度是以HT200灰鑄鐵為基準試樣校準的，儀器隨帶HT200灰鑄鐵標準試樣作為測試基準。按前述製備試樣的方法，一次澆注成三根試樣，將基準試樣裝入基準臂中，被測試樣裝入測量臂中，校準「原位」後，調節電流源，以基準試樣標定，使指針指示到基準試樣對應的刻度「0」位處，然後將換接開關打到被測試樣，指針所指的讀數即為被測試樣的性能參數。整個測試過程在3分鐘內即可完成。
綜上所述，本發明提供了一種快速定量測量鑄鐵性能的方法及其儀器，能方便地在爐前定量檢測鑄鐵的多種性能參數，為控制鑄鐵變質效果、提高鑄鐵的質量提供了一種手段。
權利要求
1.一種鑄鐵性能快速測試方法，屬於用電的方法分析材料性能的技術領域：
。本發明的特徵在於這種方法是用同樣的取樣模、同樣的方法，製備具有對應各種不同常規機械性能和化學成份的同一類鑄鐵試樣；以同樣的條件、同樣的方法測出這些試樣的相對於基準試樣的物理性能之相對變化值△b；同時用常規的方法測出這些試樣對應的抗彎試棒的機械性能、主要化學成份和顯微組織結構、狀態；用數學分析的方法找出上述這一類鑄鐵的△b值與常規機械性能、化學成份、顯微組織結構、狀態之間的函數關係，用上述的同樣的取樣模，用與前述相同的方法製作未經變質處理和經過變質處理的同一類鑄鐵的試樣，未經變質處理的試樣作為基準試樣，其對應的常規機械性能、化學成份及顯微組織是已知的，經過變質處理的試樣是被測試樣；然後以前述同樣的測試條件和方法測出被測試樣的△b值，根據被測試樣的△b值，從基準試樣的機械性能、化學成份及顯微組織出發，按照前述的函數關係推算出被測試樣的機械性能和主要化學成份、顯微組織。
2.如權利要求
1所述的測試方法，其特徵在於所測試的同一類鑄鐵是灰鑄鐵，所測試的物理參數是試樣由於變質處理而導致的電參數的相對變化值△b，所述的測試條件是將試樣接入一個恆流源中，使通過試樣的電流相同，且試樣各點的電流密度也相同，測試試樣用的測試裝置的結構、尺寸完全相同，拾取電信號的觸頭之間的距離應成比例，觸頭與試樣間的接觸壓力也保持相同。
3.如權利要求
2所述的測試方法，其特徵在於所測試樣的鑄鐵是HT100至HT400灰鑄鐵，所述的基準試樣是近似地用預先製備好的HT200灰鑄鐵試樣。
4.如權利要求
1或2或3所述的測試方法，其特徵在於所述的取樣模是一個園柱形的模子，以園柱的軸線為中心，對稱地分布著三個柱形的孔，作為澆注試樣的型腔，型腔的上部與處於取樣模中心的澆口相通。
5.如權利要求
4所述的測試方法，其特徵在於所述的取樣模的柱形型腔為園柱形，其深度為50～60mm之間，其內徑在17～21mm之間。
6.如權利要求
5所述的測試方法，其特徵在於試樣的製備方法是將試樣於澆注完畢後2分±10秒內放入室溫水中冷卻。
7.一種鑄鐵性能快速測量儀，屬於用電的方法測量材料性能的儀器。本發明的特徵在於這種儀器包括二個試樣的測量裝置〔2〕、〔3〕，一個穩流電源〔1〕和一個放大顯示裝置;所述的二個試樣測量裝置的結構完全相同，每個測量裝置包括固定在絕緣底板〔13〕上的相對排列的三對測試信號的觸頭〔5〕〔6〕、〔7〕〔8〕、〔9〕〔10〕和兩個夾持試樣〔14〕兩端、並作為電極的夾子即電卡頭〔11〕、〔12〕，上述觸頭與觸頭之間，觸頭與電卡頭之間互相電氣絕緣。裝上試樣後，上述觸頭各自依靠一個彈簧壓緊在試樣上，其壓力可以進行調節，這兩個測量裝置中，一個是基準試樣測量裝置即為基準臂，另一個是被測試樣測量裝置即為測量臂，在上述兩試樣裝入後，通過測量裝置上的電卡頭將其串聯接入所述的穩流電源中，穩流電源的電流可以調節，所述的放大顯示裝置的信號輸入端通過一個開關的轉換可以接到任一試樣測量裝置的任何兩個觸頭上，所取得的電信號由放大顯示裝置放大、顯示。
8.如權利要求
7所述的測量儀，其特徵在於所述的基準臂和測量臂的三對觸頭，每對觸頭互相電氣相聯，所述的放大顯示裝置的輸入端通過所述的開關的轉換，可以接到任一測量裝置的任何兩對觸頭上拾取電信號。
9.如權利要求
7或8所述的測量儀，其特徵在於所述的試樣測量裝置上兩相鄰觸頭的頂點之間的距離以及所述的電卡頭的夾口和與之相鄰的觸頭頂尖之間的距離大於或等於試樣外徑的二分之一。
10.如權利要求
9所述的測量儀，其特徵在於所述的基準臂和測量臂上各自的三對電觸頭將試樣分成四段，兩相鄰觸頭的頂尖之間的距離為10～14mm，所述的電卡頭的夾口與相鄰的觸頭頂尖之間的距離為9～13mm，所用的試樣直徑為17～21mm、長度為50～60mm的園柱體，所述的觸頭壓在試樣上的壓力調節在0.8～1.2Kg之間，觸頭頂部的硬度不小於HRC60，所述電卡頭的上半部為鋸齒形，齒的硬度不小於HRC60，電卡頭的下半部為園弧形，其曲率半徑等於試樣的半徑，園弧部分的厚度小於齒的厚度。
11.如權利要求
7或8所述的測量儀，其特徵在於所述的穩流電源包括一個穩壓電源和一個電阻調整網絡，此穩壓電源的輸出電壓能在8～24伏之間調節，所述的電阻調整網絡的電阻調節範圍為4～12歐姆。
12.如權利要求
7或8所述的測量儀，其特徵在於所述的放大顯示裝置中，包括一個前置放大器，其放大倍數在300～500倍之間，此前置放大器的總輸入阻抗不小於30千歐。
13.如權利要求
12所述的測量儀，其特徵在於所述的前置放大器的輸入端包括一個阻容偶合電路，其電阻串聯在電路內，阻值為8～15千歐，其電容並聯在電路內。
14.如權利要求
12所述的測量儀，其特徵在於所述的放大顯示裝置的顯示部分是一個指針式儀表，儀表的刻度盤上標有直接表示被測試樣的各種性能參數的刻度和「原位」刻度。
15.如權利要求
12所述的測量儀，其特徵在於所述的放大顯示裝置的顯示部分是一個數字式儀表，也可以是一個微機。
專利摘要
一種用於爐前定量測定鑄鐵機械性能和主要化學成分及顯微組織結構、狀態的方法和儀器。其方法為預先以嚴格相同的方法製備同一類鑄鐵的試樣，測出它們的某物理性能相對於基準試樣的變化值Δb和其對應的機械性能等參數，找出兩者之間的函數關係。在爐前測試時，以前述相同的方法製備被測試樣，測出被測試樣相對於基準試樣的Δb值，從而推算出被測試樣的性能。按此方法做成的儀器在爐前定量檢測時可在3分鐘內測出鑄鐵的性能。
文檔編號G01N33/20GK86102192SQ86102192
公開日1987年8月19日 申請日期1986年4月7日
發明者塗思柏 申請人:嘉興市機械研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan