本发明涉及一种用于测量球墨铸铁中碳含量的方法。
背景技术：
铸铁是一种含碳量的质量分数大于2.11%的铁碳合金。铸铁中的碳以固溶、化合和游离三种状态存在。在铸铁的凝固、结晶和随后的热处理过程中，碳的存在形态还会发生变化，从而影响到铸铁的组织和性能。一般按铸铁中碳的存在形态、石墨的特征及铸铁的性能分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁。其中球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其中碳含量对球墨铸铁的耐蚀性、力学性能以及加工性能都具有较大的影响。传统的碳含量检测方法采用燃烧法和光谱法，其中燃烧法即称取少量试样于纯氧中燃烧，将碳元素释燃烧后放出的co2收集并计算碳含量，该方法误差大，试样燃烧不完全，co2收集难等问题。光谱法仪器设备昂贵，成本高，并且仪器稳定性差，样品测量误差大。因此，迫切需要找到一种简单快捷，成本低，精度高的测试方法。
技术实现要素：
本发明涉及一种用于测量球墨铸铁中碳含量的方法，它既节约了成本，又提高了生产效率，减少了能源消耗。
本发明采用了以下技术方案：一种用于测量球墨铸铁碳含量的方法，它包括如下步骤：步骤一，选取试块，测试样品具有代表性，样品面面积不小于4cm2；步骤二，将试块平面于砂纸上打磨，用100目，200目，400目，600目，800目，1000目，1200目，1500目，2000目砂纸单向抛光，每一道砂纸完全覆盖上一道砂纸划痕，至肉眼不可见，抛光时为防止石墨拽尾、剥落或者抛光不足，抛光力道适中，抛光切向速度不小于2m/s；步骤三，再使用金刚石研磨膏，2.5#、1.5#、0.5#将试样在抛光布上抛光，抛光时不可温度过高，通入冷却水，直至试样抛光出镜面；步骤四，将抛光好的试样至于酒精溶液中，放入超声波清洗，去除样品表面研磨膏杂质和水渍等其他杂质；步骤五，将样品烘干后测量样品的质量，精确到0.0001g，计算出样品的体积密度为a1；步骤六，将抛光好的样品于金相显微镜下选取具有代表性的部分，在100倍下选取图片总面积b，并采用分析软件测出石墨相面积为c，将样品用4%的硝酸酒精侵蚀30s，于金相显微镜下拍摄相同部位照片，面积大小仍为b,黑色部分为珠光体和石墨所占面积为d,铁素体面积则为b-d，由珠光体碳含量为0.77%，铁素体碳含量为0.0008%即可算出珠光体和铁素体体积密度分别为a2和a3，其中石墨的密度为a4；步骤七，根据珠光体和铁素体和石墨相的面积即可计算出试样中总的碳含量成分，其计算公式为:
w（c）%=[a4*c+a2*(d-c)+a3*(b-d)]*100/a1*b。
所述步骤六中运用金相显微镜及侵蚀剂计算出铁素体和珠光体以及石墨相的面积。所述步骤六中根据铁素体及珠光体中的碳含量计算出铁素体及珠光体的质量密度。所述的步骤七中各组织的物理性能推导出碳元素在球墨铸铁中的计算公式。
本发明具有以下有益效果：采用了以上技术方案后，本发明采用金相法取样抛光，测量石墨组织面积，再用侵蚀剂侵蚀抛光，测量珠光体和铁素体的组织面积，通过不同组织碳含量计算出碳元素重量，得出球墨铸铁中的碳含量，此方法免去了传统的燃烧试样和收集气体，设备简单，操作方便。既节约了资源、能源，提高了生产效率，又提升了产品质量。通过本发明的检测方法，可以快速有效地检测出球墨铸铁中碳含量的质量分数。本发明避免了传统的燃烧法和设备昂贵的直读光谱法，既节约了能源，提高了生产效率，又提升了产品质量，属于典型的节能减排技术，符合国家节能减排要求。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种用于测量球墨铸铁中碳含量的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一：选取试块，测试样品具有代表性，样品面面积不小于4cm2；
步骤二：将试块平面于砂纸上打磨，用100目，200目，400目，600目，800目，1000目，1200目，1500目，2000目砂纸单向抛光，每一道砂纸完全覆盖上一道砂纸划痕，至肉眼不可见，抛光时为防止石墨拽尾、剥落或者抛光不足，抛光力道适中，抛光切向速度不小于2m/s；
步骤三：再使用金刚石研磨膏，2.5#、1.5#、0.5#将试样在抛光布上抛光，抛光时不可温度过高，通入冷却水，直至试样抛光出镜面。
步骤四：将抛光好的试样至于酒精溶液中，放入超声波清洗，去除样品表面研磨膏杂质和水渍等其他杂质；
步骤五：将样品烘干后测量样品的质量，精确到0.0001g，计算出样品的体积密度为a1；
步骤六：将抛光好的样品于金相显微镜下选取具有代表性的部分，在100倍下选取图片总面积b，并采用分析软件测出石墨相面积为c，将样品用4%的硝酸酒精侵蚀30s，于金相显微镜下拍摄相同部位照片，面积大小仍为b,黑色部分为珠光体和石墨所占面积为d,铁素体面积则为b-d，由珠光体碳含量为0.77%，铁素体碳含量为0.0008%即可算出珠光体和铁素体体积密度分别为a2和a3，其中石墨的密度为a4；
步骤七：根据珠光体和铁素体和石墨相的面积即可计算出试样中总的碳含量成分，其计算公式为:
w（c）%=[a4*c+a2*(d-c)+a3*(b-d)]*100/a1*b。
所述步骤六中运用金相显微镜及侵蚀剂计算出铁素体和珠光体以及石墨相的面积。所述步骤六中根据铁素体及珠光体中的碳含量计算出铁素体及珠光体的质量密度。所述的步骤七中各组织的物理性能推导出碳元素在球墨铸铁中的计算公式。
本方法在简易的操作之下获得与传统的燃烧法、红外碳硫法、直读光谱法相同的结果。另外传统的红外碳硫法和燃烧法对样品要求高，不能有油渍污染，co2收集误差较大，取样范围局限性大。直读光谱在没有标样的情况下误差大，对样品的测量范围单一。该方法克服了以上所有缺点，在材料消耗上只有设备折旧，成本低，能耗小。在结果验证上与其他方法进行平行对比，该方法结果得到证实。
综上所述，通过使用本发明的测量方法，可以快速有效检测出球墨铸铁中碳含量，避免了传统的燃烧法和成本昂贵的光谱法。既节约了能源，提高了生产效率，又提升了产品质量，属于典型的节能减排技术，符合国家节能减排要求。