专利名称：大型铸件凝固分析方法
技术领域：
本发明涉及一种大型铸件凝固分析方法，特别是一种将小尺寸试件完全按照大型 铸件凝固条件进行凝固后，分析该小尺寸试件内部组织，以获得大型铸件凝固过程及组织 的方法，属于理化检验及金属铸造技术领域。
背景技术：
重量在数吨或者数十吨，甚至数百吨以上的大型铸件，由于其凝固时间较长，容易 出现组织缺陷。而一旦出现组织缺陷，轻则将会导致报废而产生经济损失，重则将会在使用 过程中引起安全事故，其后果不可估量。为此，在大型铸件生产之前，必须分析其凝固过程 及组织，反复进行合金成分及处理工艺的试验和调整，以防止组织缺陷，保证生产可靠性。 但如果直接使用大型铸件进行实验，不仅成本高昂，而且试验周期长，且无法开展大型试 验，难于满足生产前优化合金成分和工艺条件的要求。现有的试验设备基本上都针对冶金行业轧制过程，使用微小尺寸试件模拟加热、 冷却、变形过程中的组织响应。而对大型铸件的缓慢凝固过程很难进行准确的分析。申请 号为200910199568. X的中国专利申请公开了一种研究外部强冷条件下初始凝固行为和准 确模拟凝固组织水平生长过程的方法及其实现装置，但该方法并不能用来实现大型铸件凝 固过程及组织的分析。专利号为200720067M5. 1的中国实用新型专利则涉及了 Gleeble 系热模拟试验机的试样急冷装置的设计，以实现试样的快速冷却，这无法应用于大型铸件 缓慢凝固过程。铸件的凝固过程是一热量散失的过程。大型铸件凝固时间长的根本原因是热量 散失缓慢。因此，对于小尺寸试件，只要能够减缓其热量散失速度，使其像大型铸件一样缓 慢凝固，那么，就可以用小尺寸试件，实现对大型铸件凝固过程和凝固组织的分析。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用与大型铸件相同的凝固速度进行凝固的小尺寸试 件来分析大型铸件凝固过程及组织的方法。本发明提供的是这样一种大型铸件凝固分析方法，其特征在于经过下列步骤A、根据合金成分、相图及铸件最大热节尺寸确定大型铸件的凝固温度和凝固时 间；B、将具有与大型铸件相同的化学成分的合金液注入容器中，送入电加热炉内，按 照步骤1)确定的凝固温度和凝固时间，使容器中的合金液凝固、冷却至室温，得小尺寸试 件；C、取出步骤2)所得小尺寸试件，按常规对小尺寸试件进行分析，即得出小尺寸试 件的凝固过程和组织，该凝固过程和组织直接反映出大型铸件的凝固过程和组织。所述A步骤的容器为常规的石墨坩埚、三氧化二铝坩埚、二氧化硅坩埚或氧化锆 坩埚。
所述电加热炉为常规电阻加热炉，其最高工作温度1500°C，加热区直径、高度大于 石墨坩埚的直径和高度，且加热区温度分布均勻。所述大型铸件凝固温度和凝固时间由大型铸件所含有的合金成分及最大热节尺 寸按常规具体确定。所述大型铸件为国家标准的铸铁、铸钢或有色合金等工业生产中涉及的铸造合
^^ ο本发明具有下列优点和效果采用上述方案，可方便地利用与大型铸件具有相同 化学成分的合金液，在加热炉内，按照与大型铸件相同的凝固温度和凝固时间进行凝固、冷 却后，得到小尺寸试件，按常规对该小尺寸试件进行分析、试验后，得出其凝固过程和组织， 根据此凝固过程和组织即可得出大型铸件的凝固过程和组织，由此得出大型铸件在此凝固 过程中，其组织是否存在缺陷，以便及时调控大型铸件的凝固温度和凝固时间，保证产品质 量，有效解决使用大型铸件进行实验，而带来的成本高昂，试验周期长等不足。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明。实施例1本实施例需要分析最大热节直径300mm、重量30吨的大型球墨铸铁件凝固过程和 凝固组织，以进行工艺优化，其中，该大型球墨铸铁件的合金成分(重量百分比)为3.62C， 2. OlSi,0. 30Μη，0· 04Ρ，0· 04S，0. 06Mg。经过下列步骤1)根据上述大型铸件的合金成分和!^e-C相图，按常规确定其凝固温度为1140°C， 并根据铸件最大热节尺寸为300mm，确定其凝固时间为4小时；2)将与所述大型铸件相同合金成分的合金液注入壁厚为5mm、内径为80mm、高度 为200mm的三氧化二铝坩埚中，将该坩埚置于最高工作温度为1500°C，炉膛直径为100mm， 高度为250mm的电阻加热炉的炉膛中；3)根据1)步骤凝固时间为4小时、凝固温度为1140°C，对坩埚中的合金液进行凝 固、冷却至室温，并用数据采集系统检测合金液的凝固过程，得出温度曲线，待合金液完全 凝固冷却后得小尺寸试件；4)对3)步骤的小尺寸试件的凝固组织进行分析，结果表明小尺寸试件的凝固组 织与所述大型铸件热节心部凝固组织完全一致；而检测到的小尺寸试件与热节中心的凝固 过程温度曲线基本重合。因此，用本发明方法的小尺寸试件能够准确代表大型铸件的凝固 过程和凝固组织。对大型铸件凝固的分析，完全可以通过小尺寸试块来完成。实施例2本实施例需要分析最大热节直径200mm、重量15吨的大型灰铸铁件凝固过程和凝 固组织，以进行工艺优化，其中，该大型球墨铸铁件的合金成分(重量百分比)为3. 22C， 1. 41Si，0. 70Μη，0· 08Ρ，0· 07S。经过下列步骤1)根据上述大型铸件的合金成分和i^e-C相图，确定其凝固温度为1150°C，；并根 据铸件最大热节尺寸为200mm，确定其凝固时间为2. 5小时；2)将与所述大型铸件相同合金成分的合金液注入壁厚为5mm、内径为80mm、高度 为200mm的三氧化二铝坩埚中，将该坩埚置于最高工作温度为1500°C，炉膛直径为100mm，高度为250mm的电阻加热炉的炉膛中； 3)根据1)步骤凝固时间2. 5小时、凝固温度1150°C，对坩埚中的合金液进行凝 固、冷却至室温，并用数据采集系统检测合金液的凝固过程，得出温度曲线，待合金液完全 凝固冷却后得小尺寸试件，对该小尺寸试件的凝固组织进行分析，结果表明，小尺寸试件的 凝固组织与所述大型铸件热节心部凝固组织完全一致。而检测到的小尺寸试件与热节中心 的凝固过程温度曲线基本重合。因此，用本发明方法的小尺寸试件能够准确代表大型铸件 的凝固过程和凝固组织。对大型铸件凝固的分析，完全可以通过小尺寸试块来完成。
权利要求
1.一种大型铸件凝固分析方法，其特征在于经过下列步骤A、根据合金成分、相图及铸件最大热节尺寸确定大型铸件的凝固温度和凝固时间；B、将具有与大型铸件相同的化学成分的合金液注入容器中，送入电加热炉内，按照步 骤1)确定的凝固温度和凝固时间，使容器中的合金液凝固、冷却至室温，得小尺寸试件；C、取出步骤2)所得小尺寸试件，按常规对小尺寸试件进行分析，即得出小尺寸试件的 凝固过程和组织，该凝固过程和组织直接反映出大型铸件的凝固过程和组织。
2.如权利要求1所述的大型铸件凝固分析方法，其特征在于所述A步骤的容器为常规 的石墨坩埚、三氧化二铝坩埚、二氧化硅坩埚或氧化锆坩埚。
3.如权利要求1所述的大型铸件凝固分析方法，其特征在于所述电加热炉为常规电阻 加热炉，其最高工作温度1500°C，加热区直径、高度大于石墨坩埚的直径和高度，且加热区 温度分布均勻。
全文摘要
本发明提供一种大型铸件凝固分析方法。其特征在于经过下列步骤1)根据合金成分、相图及铸件最大热节尺寸确定大型铸件凝固温度和凝固时间；2)将具有与大型铸件相同的化学成分的合金液注入容器中，送入电加热炉内，按照步骤1)确定的凝固温度和凝固时间，使容器中的合金液凝固、冷却至室温，得小尺寸试件；3)按常规对小尺寸试件进行分析，即得出小尺寸试件的凝固过程和组织，该凝固过程和组织直接反映出大型铸件的凝固过程和组织。由此得出大型铸件在此凝固过程中，其组织是否存在缺陷，以便及时调控大型铸件的凝固温度和凝固时间，保证产品质量，有效解决使用大型铸件进行实验，而带来的成本高昂，试验周期长等不足。
文档编号G01N25/72GK102095754SQ20101054494
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者周荣, 周荣锋, 岑启宏, 蒋业华, 黎振华 申请人:昆明理工大学