专利名称:铸铁性能快速测试方法及其测量仪的制作方法
本发明是一种用于炉前定量测定铸铁机械性能和主要化学成分、石墨等级、共晶团数等参数的方法及其仪器，属于用电的方法分析、测定材料性能的领域。
铸铁通过变质(孕育)处理，可显著提高其机械性能，其变质效果一般是通过对机械性能的检测耒了解的。目前铸铁性能的炉前检测方法有三角试块断口判定法、快速金相法、热分析及微分热分析法、比电阻法、缩前膨胀率法和声速法等。(见《灰铸铁热分析法的探讨》上海机床铸造厂陈财根、《微分热分析法测试蠕墨铸铁石墨形态的研究》沈阳机电学院丁晖等、《声速法检测铸铁机械性能及其生产应用》杭州机床厂、杭州市机械研究所李维岳等，1981年11月全国铸件质量测试技术学术年会、《铸铁凝固期间电阻率的变化》南京工学院一机部郑州机械所、南京汽车厂，布达佩斯1978年45届国际铸造年会)。上述诸方法及其相应的检测、控制装置有的是定性的分析，有的是从铸铁的某一个物理性能侧面耒反映铸铁凝固过程中析出相的变化或主要化学成分的变化。由于受多种因素的影响，对铸铁机械性能的快速、定量检测尚在研究中。在生产中，对铸铁机械性能的检测，当前仍以常规理化检验为主，它能宏观定量地检测铸铁的机械性能及其它性能参数，精度也较高，但需较大的投资，检测速度不够快，只能作为成品检验，应用于炉前检测尚有距离。
本发明的目的旨在提出一种能应用于炉前定量检测铸铁变质效果的测试方法及仪器。
铸铁经过变质处理，其显微组织因之而改变，使得它的自由电子密度及其附加散射强弱也发生变化，因而物理性能也随之改变。同时，铸造现场的其它多种因素也影响铸铁的显微组织，从而影响其物理性能。因此，在一定条件下，如果能测定铸铁由于变质处理而引起的自由电子密度及其散射强弱的变化，且又能找到这一变化与其机械性能之间的关系，就有可能快速、定量测定其机械性能及其它有关性能参数。我们把取决于铸铁显微组织的自由电子密度及其附加散射强弱用应变量y耒表示，影响显微组织的变质处理效果用自变量P耒表示，影响显微组织的其它因素用自变量Xi耒表示，此三者之间的关系用函数F耒表示，即y＝F(P、Xi)用同类铸铁，用完全相同的方法制备的试样，例如用同一炉铁水分别在变质前和变质后以相同方法制备样品，并且在同等条件下用同样的方法按级比较，从而测定物理参数时，可以认为其它因素对铸铁的影响相同，即Xi等于常数。我们称这种方法叫“分级比较法”或“级比法”。此时，上述公式变为y＝F(P)，变质前P＝P0，y＝F(P0)，用y0表示之，即y0＝F(P0)变质后P＝P1，y＝F(P1)，用y1表示之，即y＝F(P1)变质前后应变量的变化绝对值用△y表示△y＝y1-y0其变化的相对值为△y/y0△y/y0反映了铸铁由于变质处理而引起的铸铁自由电子密度及其散射强弱的相对变化值，定义△b＝100 (Δy)/(yo) 为“级比特征值”。它表示了铸铁显微组织的变化。实验证明，△b与铸铁的机械性能及化学成份有很大的相关性。通过实验测出铸铁机械性能及主要化学成分Q与“级比特征值”△b之间的函数关系Q＝CQ·△b+AQ其中CQ、AQ为对应于Q的常量。根据被测试样不同部位的△b值的一致性即“等比”性，可以排除试样铸造缺陷(缩松、夹杂)对测量的干扰。生产中通过测定△b即可炉前定量地测定铸铁的机械性能和其它有关性能参数。
基于以上的原理，本发明的测试方法是用同样的取样模，同样的方法，制备具有对应各种不同常规机械性能和化学成分的同一类铸铁试样。以同样的条件，同样的方法测出这些试样的相对于基准试样的物理性能之相对变化值△b。同时，用常规的方法测出这些试样对应抗弯试棒的机械性能和主要化学成分，显微组织结构状态。然后用数学分析的方法找出这一类铸铁的△b值与常规机械性能、化学成分、显微组织结构状态之间的函数关系。
在炉前分析时，首先用上面所述的同样的取样模和相同的方法制作未经变质处理与经过变质处理的同一类铸铁的试样。未经变质处理的试样，其对应的常规机械性能、化学成分和显微组织结构状态是已知的，作为基准试样;经过变质处理的试样是被测试样。然后以前述同样的测试条件和方法测出被测试样△b值。同时，根据其不同部位之△b值是否相等耒排除试样铸造缺陷对所测△b值的干扰。根据被测试样的△b值，按照前述的函数关系推算出被测试样的机械性能和其它主要性能参数。实现铸铁机械性能和其它主要性能参数的炉前定量检测。基准试样可以是预先制作好的。
灰铸铁可以作为一个类用上述方法进行测试。将各种性能的灰铸铁用相同的方法做成相同形状的试样，在其上加上一个稳流电源，在保证通过试样的电流相同且试样各点的电流密度也相同的情况下，测出试样的电参数△b值。测试试样用的测试装置的结构、尺寸完全相同，测试时，拾取电信号的触头之间的距离应成比例，触头对试样的接触压力也应保持相同。同时用常规方法测出这些试样对应的机械性能和其它主要性能参数，建立一个灰铸铁△b值和其机械性能、主要化学成分和显微组织结构状态之间的函数关系式，或制成表格、曲线。生产中在炉前检测某一灰铸铁的变质效果时，用上相同的方法制备变质前、后两种试样，用同样的条件及方法测出试样的△b值，并排除铸造缺陷和热电势对所测△b值的干扰。根据上述已建立的函数式或表格、曲线，即可得到被测试样的各种性能值。基准试样也可以是预先制备好的。例如，制备HT200的灰铸铁试样近似地作为基准试样，用以测试HT100至HT400的灰铸铁。
制备试样用的取样模，可以做成一个园柱形的模子，附图1是这种取样模的示意图。如图所示这种取样模上以园柱的轴线为中心，对称地分布着三个柱形的孔作为浇注试样的型腔，这三个柱形的孔可以是园柱形的，孔的深度在50～60mm之间，孔的内径在17～21mm之间，型腔的上部与处于轴心的浇注口相通，用这种模子浇注得到的试样可以保证在凝固的过程中各方面的温度梯度基本一致。试样浇注完毕后2分±10秒内将试样放入温度为室温的水中冷却，这样即能进一步保证试样的一致性，增加测量的准确度，又能满足测量速度的要求。
根据上述的测试方法可以制作一种专用的快速测量仪器，这种仪器包括二个试样的测量装置，一个稳流电源和一个放大显示装置。
附图2是这种仪器的原理图，附图3是所述的试样测量装置的示意图。图2中〔1〕为稳流电源，〔2〕和〔3〕为试样测量装置，〔4〕为放大显示装置。两个试样测量装置的结构完全相同，如图3所示。每个测量装置包括固定在绝缘底板〔13〕上的相对排列的三对测试电信号触头〔5〕〔6〕、〔7〕〔8〕、〔9〕〔10〕。两个夹持试样〔14〕两端、并作为电极用的夹子即电卡头〔11〕、〔12〕。上述触头和触头之间，触头和电卡头之间互相电气绝缘，装上试样〔14〕后，触头各自依靠一个弹簧压紧在试样上，其压力可以调节。这两个测量装置中一个是装基准试样的即为基准臂，另一个是装被测试样的即为测量臂，两种试样装入后，通过测量装置上的电卡头将其串联接入所述的稳流电源内，稳流电源的电流可以调节。所述的放大显示装置的信号输入端通过一个开关的转换，可以接到任何一个试样测量装置的任意两个触头上，所取的电压信号由放大显示装置放大、显示。也可以将每一对触头并联在一起，显示装置的输入端通过前述的开关换接到任一试样测量装置的任何两对触头上拾取电信号。为了使测量得到的电压信号能最准确地反映试样的性能，试样测量装置上两相邻触头顶尖之间的距离以及电卡头的夹口和与之相邻的触头顶尖之间的距离应大于或等于试样外径的二分之一。
作为一个这种快速测量仪的实施例，使用前述的取样器，试样直径为17～21mm、长度为50～60mm的园柱形试样时，这种仪器的基准臂及测量臂每三组电触头将试样分成四段，基准臂中间二段其相邻触头顶尖之间的距离为10～14mm及其之和20～28mm与测量臂对应构成三组分级比较装置，这三组比较装置即可达到“等比”的要求。电卡头的夹口与相邻的触头顶尖之间的距离为9～13mm;触头压在试样上的压力调节在0.8～1.2Kg之间;触头顶部的硬度不小于HRC60。附图4是所述的电卡头的示意图，如图所示，电卡头的上半部为锯齿形，齿的硬度不小于HRC60，电卡头的下半部为园弧形，其曲率半径等于试样的半径，园弧部分的厚度小于齿的厚度。
所述的稳流电源可以由一个稳压电源加一个电阻调整网络组成，此稳压电源的输出电压能在8～24伏特之间调节，电阻调节网络的调节范围为4～12欧姆。
所述的放大显示装置中装有一个前置放大器，它的放大倍数在300～500倍之间，此前置放大器的总输入阻抗必须足够大，例如不小于30千欧，以保证测试时放大器的接入不会影响被测参数的准确性。例如前置放大器的输入端可以接一个阻容偶合电路，其电阻串联在电路内，阻值为8～15千欧，电容并联在电路内，这样即能保证放大器的输入阻抗足够大。
所述的放大显示装置的显示部分可以是一个指针式的仪表。仪表的刻度直接表示被测试样的各种性能参数，并且刻度盘左方刻有“原位”，右方刻有“0”位，供指针“复原”、“标定”指示。例如，规定基准试样为HT200灰铸铁，仪表的刻度则表示为HT100～HT400的灰铸铁的性能参数。附图5是所述的仪表刻度盘示意图。显示部分也可以是一个数字式仪表，还可以是一个微机，直接可打印测得的数据而它们的“复原”均以示值“0”位表示。
下面以HT100～HT400灰铸铁的测试为例，描述一下这种仪器的使用方法。仪器的指针刻度是以HT200灰铸铁为基准试样校准的，仪器随带HT200灰铸铁标准试样作为测试基准。按前述制备试样的方法，一次浇注成三根试样，将基准试样装入基准臂中，被测试样装入测量臂中，校准“原位”后，调节电流源，以基准试样标定，使指针指示到基准试样对应的刻度“0”位处，然后将换接开关打到被测试样，指针所指的读数即为被测试样的性能参数。整个测试过程在3分钟内即可完成。
综上所述，本发明提供了一种快速定量测量铸铁性能的方法及其仪器，能方便地在炉前定量检测铸铁的多种性能参数，为控制铸铁变质效果、提高铸铁的质量提供了一种手段。
权利要求
1.一种铸铁性能快速测试方法，属于用电的方法分析材料性能的技术领域：
。本发明的特征在于这种方法是用同样的取样模、同样的方法，制备具有对应各种不同常规机械性能和化学成份的同一类铸铁试样；以同样的条件、同样的方法测出这些试样的相对于基准试样的物理性能之相对变化值△b；同时用常规的方法测出这些试样对应的抗弯试棒的机械性能、主要化学成份和显微组织结构、状态；用数学分析的方法找出上述这一类铸铁的△b值与常规机械性能、化学成份、显微组织结构、状态之间的函数关系，用上述的同样的取样模，用与前述相同的方法制作未经变质处理和经过变质处理的同一类铸铁的试样，未经变质处理的试样作为基准试样，其对应的常规机械性能、化学成份及显微组织是已知的，经过变质处理的试样是被测试样；然后以前述同样的测试条件和方法测出被测试样的△b值，根据被测试样的△b值，从基准试样的机械性能、化学成份及显微组织出发，按照前述的函数关系推算出被测试样的机械性能和主要化学成份、显微组织。
2.如权利要求
1所述的测试方法，其特征在于所测试的同一类铸铁是灰铸铁，所测试的物理参数是试样由于变质处理而导致的电参数的相对变化值△b，所述的测试条件是将试样接入一个恒流源中，使通过试样的电流相同，且试样各点的电流密度也相同，测试试样用的测试装置的结构、尺寸完全相同，拾取电信号的触头之间的距离应成比例，触头与试样间的接触压力也保持相同。
3.如权利要求
2所述的测试方法，其特征在于所测试样的铸铁是HT100至HT400灰铸铁，所述的基准试样是近似地用预先制备好的HT200灰铸铁试样。
4.如权利要求
1或2或3所述的测试方法，其特征在于所述的取样模是一个园柱形的模子，以园柱的轴线为中心，对称地分布着三个柱形的孔，作为浇注试样的型腔，型腔的上部与处于取样模中心的浇口相通。
5.如权利要求
4所述的测试方法，其特征在于所述的取样模的柱形型腔为园柱形，其深度为50～60mm之间，其内径在17～21mm之间。
6.如权利要求
5所述的测试方法，其特征在于试样的制备方法是将试样于浇注完毕后2分±10秒内放入室温水中冷却。
7.一种铸铁性能快速测量仪，属于用电的方法测量材料性能的仪器。本发明的特征在于这种仪器包括二个试样的测量装置〔2〕、〔3〕，一个稳流电源〔1〕和一个放大显示装置;所述的二个试样测量装置的结构完全相同，每个测量装置包括固定在绝缘底板〔13〕上的相对排列的三对测试信号的触头〔5〕〔6〕、〔7〕〔8〕、〔9〕〔10〕和两个夹持试样〔14〕两端、并作为电极的夹子即电卡头〔11〕、〔12〕，上述触头与触头之间，触头与电卡头之间互相电气绝缘。装上试样后，上述触头各自依靠一个弹簧压紧在试样上，其压力可以进行调节，这两个测量装置中，一个是基准试样测量装置即为基准臂，另一个是被测试样测量装置即为测量臂，在上述两试样装入后，通过测量装置上的电卡头将其串联接入所述的稳流电源中，稳流电源的电流可以调节，所述的放大显示装置的信号输入端通过一个开关的转换可以接到任一试样测量装置的任何两个触头上，所取得的电信号由放大显示装置放大、显示。
8.如权利要求
7所述的测量仪，其特征在于所述的基准臂和测量臂的三对触头，每对触头互相电气相联，所述的放大显示装置的输入端通过所述的开关的转换，可以接到任一测量装置的任何两对触头上拾取电信号。
9.如权利要求
7或8所述的测量仪，其特征在于所述的试样测量装置上两相邻触头的顶点之间的距离以及所述的电卡头的夹口和与之相邻的触头顶尖之间的距离大于或等于试样外径的二分之一。
10.如权利要求
9所述的测量仪，其特征在于所述的基准臂和测量臂上各自的三对电触头将试样分成四段，两相邻触头的顶尖之间的距离为10～14mm，所述的电卡头的夹口与相邻的触头顶尖之间的距离为9～13mm，所用的试样直径为17～21mm、长度为50～60mm的园柱体，所述的触头压在试样上的压力调节在0.8～1.2Kg之间，触头顶部的硬度不小于HRC60，所述电卡头的上半部为锯齿形，齿的硬度不小于HRC60，电卡头的下半部为园弧形，其曲率半径等于试样的半径，园弧部分的厚度小于齿的厚度。
11.如权利要求
7或8所述的测量仪，其特征在于所述的稳流电源包括一个稳压电源和一个电阻调整网络，此稳压电源的输出电压能在8～24伏之间调节，所述的电阻调整网络的电阻调节范围为4～12欧姆。
12.如权利要求
7或8所述的测量仪，其特征在于所述的放大显示装置中，包括一个前置放大器，其放大倍数在300～500倍之间，此前置放大器的总输入阻抗不小于30千欧。
13.如权利要求
12所述的测量仪，其特征在于所述的前置放大器的输入端包括一个阻容偶合电路，其电阻串联在电路内，阻值为8～15千欧，其电容并联在电路内。
14.如权利要求
12所述的测量仪，其特征在于所述的放大显示装置的显示部分是一个指针式仪表，仪表的刻度盘上标有直接表示被测试样的各种性能参数的刻度和“原位”刻度。
15.如权利要求
12所述的测量仪，其特征在于所述的放大显示装置的显示部分是一个数字式仪表，也可以是一个微机。
专利摘要
一种用于炉前定量测定铸铁机械性能和主要化学成分及显微组织结构、状态的方法和仪器。其方法为预先以严格相同的方法制备同一类铸铁的试样，测出它们的某物理性能相对于基准试样的变化值Δb和其对应的机械性能等参数，找出两者之间的函数关系。在炉前测试时，以前述相同的方法制备被测试样，测出被测试样相对于基准试样的Δb值，从而推算出被测试样的性能。按此方法做成的仪器在炉前定量检测时可在3分钟内测出铸铁的性能。
文档编号G01N33/20GK86102192SQ86102192
公开日1987年8月19日 申请日期1986年4月7日
发明者涂思柏 申请人:嘉兴市机械研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan