Способ определения химического состава чугуна Советский патент 1987 года по МПК G01N33/20 

1-1

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке способов определения температур начала и конца кристаллизации методом терми- ческого анализа.

ЦелБ изобретения - повышение точности определения содержания углерода, кремния и углеродного эквивалента в чугуне о

Предлагаемый способ заключается в том, что после фиксирования температуры охлаждения и кристаллизации пробы дополнительно измеряют скорост изменения температуры пробы, по ней устанавливают скорость охлаждения расплава до начала кристаллизации и скорость охлажл;ения закристаллизовавшегося металла, температуру начала кристаллизации определяют по от- клонению скорости охлаждения пробы, от скорости охлаждения расплава, а температуру конца кристаллизации - по пересечению кривой скорости охлаждения пробы с кривой скорости закристаллизовавшегося металла

Пример., Из расплава отбира- ют пробу и при помощи термопары фиксируют кривую охлаждения в интервале 1500-950 С. Фиксирование температуры пробы начинается раньтеj чем она достигает температуры ликвидус, и заканчивается позже достижения температуры .солидус,

На фиг„ приведена крквая охлаждения металла; на фиг,2 - кривая скорости изменения температуры,

Кривая охлаждения металла состоит из трех интервалов охлажд€;ния - ин- тервала охлаждения жидкого металла, не претерпевшего никаких фазовых изменений (О, интервала кристаллизации металла (2), интервала последующего охлаждения- уже закристаллизо- вавшегося металла (3),

Началом кристаллизации является тот момент времени, с которого кривая охлаждения пробы начинает отклоняться от закона oxлaждe ш;я, Закон охлаждения представляет собой кривую по которой должен бы охлаждаться расплав, если бы он не ис1а тывал структурных изменений. Концом же кристаллизации является тот момент времени, с которого кривая охлаждени пробы снова изменяется по закону ох- лаждения, что значит, что все фазовые превращения произошли и термоП2

пара фиксирует охлаждение закристаллизовавшейся пробы.

На фиг.1 показаны идеальная кривая (а) охлаждения пробы металла, реальная кривая (б) охлалсдения, снимаемая термопарой, и кривая закона охлаждения (в)

Реальная кривая (б) не такая гладкая, что связано с тем, что приборы (термопара, вольтметр и т,До) допускают определенные погрешности. В связи с этим возникают трудности в нахождении моментов времени, харак- теризуюпщх Начало и конец кристалли- 3 ации.

В предлагаемом способе определе-; ния начала и конца кристаллизации после измерения температуры охлаждения во времени и фиксирования температуры кристаллизации во времени (кривая б) измеряют скорость изменения температуры расплава, т.е, рассчитывают ее по кривой охлаждения при помопщ формулы

J-Tl i.,) Т (;)

LT

)

а г

- О

з ь к 1к+ТУ {2кТ1У

где Т (Т;) - значение скорости нения температуры в момент времени ,- сглаженное К раз;

Т (S ,.) - значение температуры в момент времени Г; ; К - число значений температуры,, по которым производится сглаживание (при фиксировании кривой охлаждения чугуна достаточно брать ); Л - интервал времени между фиксируемыми значениями температуры

Кривая 1 скорости изменения температуры, полученная таким образом показана на фиг,2, откуда видно, что началу кристаллизации соответствует момент времени, когда кривая скорост изменения температуры начнет отклоняться от производной закона охлаждения (фиг.2). Кривая 2 производной закона охла ;дения определяется следу ющим образом.

Выбираются деся:ть точек на кривой скорости изменения температуры Т ( Е ;) Т ()°° Т ( - ю) таким образом.

что Т (, ) Т

Т (,о),

причем эти значения скорости измене313506

ния температуры берутся последовательно и так, чтобы они превьшали значе- ние скорости изменения температуры . начала кристаллизации. Используя значения скорости изменения температуры в точках т ( г;,) и ) рассчитывается производная закона охлаждения на данном интервале по формуле

г

1

--Х.-с

(2)

где 71. Hei.. - параметры, характеризующие охлаждение расплава. Параметры Tv, и oi;n определяются по

формулам

TV

,Г ( )

lD:iiK« iI

(3)

. I 15i)

«-:,- 1- Л,г, )

где Т (t, ) и т (ю) значения скорос-25

ти изменения температуры в моменты времени

и с

40

ветственно Определив таким образом производную закона охлаждения, т.е. скорость охлаждения расплава до момента начала кристаллизации, определяют момент начала кристаллизации. Для этого выбирают определенную погрешность ,S, которой определяется момент начала кристаллизации, равную 0,7 (это связано с тем, что кривая скорости изменения температуры на этом участке недостаточно гладкая из-за приборных шумов)о Далее составляется неравенство

(т) -т (т)).У, .

где Tjj,( C ) и Т () - значения производной закона рхT (J + I-ij i..llibLf.r

Ь

к-9 - к

. f c-T

Ч

где т (€ ,.) и т () значения ско- Далее составляется неравенство

рости измене- ,:

(т () - т ())(,

(т () - т ())(,

(6)

gg

где G - новая погрешность,

которая намного меньше

предыдущей;

506

10

15

20

-25

30.

35

40

45

11

лаждения и скорости изменения температуры пробы в один и тот же момент времени Г

После этого проверяют удовлетворяет ли данному неравенству значение скорости изменения температуры и производной закона охлаждения в момент времени , . Если они не удовлетворяют неравенству (4), рассматривается следующая пара значений скорости изменения температуры и производной закона охлаждения и т.д.. до тех пор, пока в очередной момент времени С рассматриваемая пара значений T.() и ) будет удовлетворять неравенству (4). Это означает то, что кривая скорости изменения температуры отклонилась от кривой производной закона охлаждения более, чем на о , следовательно, начался период кристаллизации. Момент начала кристаллизации определен с погрешностью S , но данная погрешность нелика (т.е. процесс кристаллизации начинается немного раньше), Уточнение определения момента начала кристаллизации производится следующим образом.

Определив значение скорости изменения температуры,при котором выполняется неравенство (4), рассматривают следующие десять значений скорости изменения температуры Т (к,) , Т (K.,) , „., Т (.q), где ) значение скорости изменения температуры, при котором выполняется неравенство (4), причем эти значения берутся таким образом, что Т (i) : Т ( ) «« т (Т|.), и все они располагаются последоБательно. Пс значениям Т ( о ) и Т ( ) в моменты времени Г и с .д соответственно строится прямая 3 (фиг.2),

-ij i..llibLf.r

Ь

к-9 - к

. f c-TJ

Ч

,:

(т () - т ())(,

(6)

13

пр ( ) значение построенной

прямой в данн1)1й момент времени;

Т (о) - значение производной закона охлаждения в данный момент времени. Опыт показывает, что новое значение погрешности б в данном случае можно выбрать равным 0,1.

После этого проверяется удовлетво- ряют ли данному неравенству значения скорости изменения температуры охлаждения

Если значение Т ( не удовлет- воряет неравенству (6), рассматривается следующее значение Т ( Сц.,) и т,До до тех пор, пока очередное рассматриваемое значение Т (i п) не будет удовлетворять неравенству (6), Это означает, что кривая скорости изменения температуры пробы отклонилась от построенной прямой на Ojl (оптимальные значения (j лежат в интервале 0,1 - О,2)о Таким образом момент начала кристаллизации .определен более конкретно. Иллюстрация данного этапа определения приведена на фиг,2,, Момент конца кристаллизации определяется ан,апогично,

Рассматривается значение скорости изменения температуры пробы в конце зафиксированной кривой охлаждения т (,() о Далее рассматриваются предшествующие двадцать-значений Т (€,,,.,) Т () ,0009 Т ( S,j.,q) которые выбираются таким образом, чтобы они были заведомо меньше значения скорости изменения температуры пробы в конце зафиксированной кривой охлаждения и следовали друг за другом. Используя значения скорости изменения температуры Т (м) и Т (.9) в моменты времени с ш , соответственно, рассчитывается производная закона охлаж- дения на интервале (фиг, 1) по формуле

(е) .. oi.

--л,

(7)

1

где , и те, параметры, характеризующие охлаждение закристаллизовавшегосяметалла .

Параметры э(.1.ц определяются по формулам

l (-NHi)

iDiiifiL:.

н 1„Йм-.а1

т 1

I - N-1

(8)

(8)

Определив таким образом производную закона охлаждения на данном интервале, определяют момент конца кристаллизации, который представляет собой пересечение производной закона охлаждения и кривой скорости изменения температуры пробы, т„е, одновременно рассматриваются значение скорости изменения температуры про- бь и соответствующее данному моменту времени значение производной закона охлаждения. Если эти значения не равны, рассматривается следующая пара значений;, предшествующая даннойs Такая процедура начинается с рассмотрения значения скорости изменения температуры в конце зафиксированной кривой и соответствующего ему значения производной закона охлаждения и заканчивается в тот момент, когда значения скорости изменения температуры и производной закона охлаждения становятся равн1 ми. Данный момент времени и соответств.ующая ему температура пробы считаются моментом времени и температурой конца кристаллизации (фиго2).

Результаты сравнительного анализа определения температур начала и кон- ца кристаллизации чугуна, определенные по известному и пре,цлагаемому . способам, а также результаты выделения содержания С, Si и СЕ и данные химического анализа приведены в таблице

Как следует из таблицы, предп зга- емый способ обеспечивает повышенную точность определения Si, уменьшая погрешность с до 1р58- 2,66%5 и Cj уменьшая погрешность с 3,5-16,6% до 0,,86%o Уменьшается также погрешность определения углеродного эквивалентао

Формула изобретения

Способ определения химического состава чугуна, включа эщий измерение температуры охлаждения сплава зо времени,, фиксирование кривой ;рис- таллизации, определение температур начала и конца кристаллизацрю и определение кимического состава спла7(Г|

. /

фиг. 2

о т л и ч

10 а ю щ и и с

я тем.

что, с целью повьшения точности определения содержания углерода, кремния к углеродного эквивалента в чугуне, после фиксирования температуры о шаждения и кристаллизации дополнительно определяют скорость изменения температуры пробы, устанавливают по ней скорость охлаждения закристаллизовавшегося металлаj температуру начала кристаллизации определяют по отклонению скорости охлаждения пробы от скорости охпажд.е- ния металла,; а температуру конца кристаллизации определяют по пересечению кривой скорости охлаждения пробы с кривой скорости охлаждения закристаллизовавшегося металла.

ВНИИГШ Заказ 5281/46Тираж 776 Подписное

Произв.,-полигр пр-тие г.. Ужгород, ул.. Проектнс .Я; 4

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при опр.еделении содержания С, SI и СЕ в чугуне. Цель изобретения - повышение точности определения углерода, кремния в чугуне.и его углеродного эквивалента методом термического анализа Новый способ определения температур начала и конца кристаллизации чугуна включает измерение температуры охлаждения сплава во времени, фик- сироваюте кривой кристаллизации во времени 5 определение скорости изменения температуры пробыр установление по ней скорости охлаждения расплава и скорости охлаждения закристаллкзо- . вавшегося металла5 определение температуры начала кристаллизации по от- с11онению скорости охлажд.ения пробы от скорости охлаждения расплава, а температуру конца кристаллизации определяют по пересечению кривой ско- Р ости охлаждения пробы с кривой скорости охлаждения закристаллизовавшегося металла. Определение скорости , изменения температуры -пробы позволяет повысить точность определения С, Si и СЕ, 2 ил., 1 табл. §