PD-GD型铸铁热分析仪(来自于欧洲，)

概述： PD-GD铸铁热分析仪是的系统，通过同步分析，炉内（原铁水），包内和浇注位（终铁水）铸铁合金的温度和一切导数，冷却曲线，PD-GD能够找到金属潜在的弱点，为产品质量控制提供意见，PD-GD能够通过样品分析确定共晶铸铁，亚共晶铸铁，过共晶铸铁的冷却曲线，这对识别相关的参数非常重要，如：化学成分，机械性能，金相组织，缩松概率，缩孔概率，渗碳体和石墨形成等冶金参数.

介绍

Introduction

 

铸铁凝固是一种复杂的化学- - 物理过程 ； 受到 很多因素 的影响， 这些因素由于技术或者成本上的原因铸造厂不能总是控制和进行调整 。

Cast-iron solidification is a complex chemical-physical process; influenced by a high number of variables that foundrymen cannot always control and adjust at will, for technical and also for cost reasons.

例如，由于原材料占铸造成本的近 40 ％，铸造厂更注重评估每种不同类型的成本和效益。

For example, as raw materials account for almost 40% of casting costs, foundries take great care to assess the costs and benefits of each different type.

与通常认识相反，简单地控制合金的化学成分远远不够，因为还必须监测其成核状态和不同的凝固阶段。

Contrary to common belief, simply controlling the chemical composition of the alloy is far from sufficient because its nucleation state and various solidification phases must also be monitored.

 

让我们假设您正在一个“理想”的铸造厂工作，在那里您可以购买生铁和钢，其中含有铸铁凝固的理想成分，大批量生产以避免需要停产换模具，流体铸造，恒定的浇注重量等。即使在您理想的铸造厂中，该过程也永远不会受到控制，因为还有其他 变化因素 ，例如周末停，系统故障以及铸造开始和结束之间的温差。

Let’s assume for a moment that you are working in an ‘ideal’ foundry, where you can purchase the best pig iron and steel containing the ideal elements for cast-iron solidification, with long series production to avoid stops to change patterns, fluid casting, constant mould weight, etc. Even in your ideal foundry the process will never be entirely under control because there are other variables, such as weekend stops, system faults, and temperature differences between the beginning and end of casting.

这就是为什么铸件有时会有缺陷的原因，尽管 表面上 是用 生产合格铸件 相同的铁 水 浇注。

This is why castings are sometimes defective despite having been apparently poured with the same iron that produced satisfactory pieces.

在这种情况下，您可以尝试通过一 个费时、 昂贵的调查步骤来追溯问题的原因，这些分

析在查明原因时并不总是成功的。

In situations like this you can attempt to trace back the cause of the problem through a long, costly series ofinvestigatory steps, which are not always successful in pinpointing the reason.

另外 ，铸铁凝固热分析是 一个 帮助铸造厂的非常有用的工具。

Alternatively, cast iron solidification thermal analysis is a very useful tool for aiding the foundryman.

热分析的使用

Using thermal analysis

热分析工具能够让技术人员以合理的方式仔细检查铸铁凝固的趋势，从下游工艺（ 例如 从浇注）一直到熔化开始。然后对各个 工艺 步骤进行 调整 ，直到达到正常。这就像在你家附近流动的溪流 看到了 颜色 变化 ，分析样品并发现它含有污染物。解决方案就是一直顺着河 流，一直到问题的根源。

The most modern thermal analysis tools allow technicians to scrutinise the trends of cast iron solidification in a logical manner working back from the downstream process (i.e. from the pouring) all the way up to the start of melting.Changes are then made to the various process steps until normality is achieved. This is like seeing a stream flowing near your house change colour, analysing a sample and discovering that it contains pollutants. The solution is to follow the stream, all the way to the source.

使用热分析在铸造厂中也可以进行相同的操作，通过检查浇注炉或浇包中的铁 水， 然后追溯到 整个工艺过程，直到 熔 炼 炉 。

The same can be done in a foundry using thermal analysis by checking the iron in the pouring furnace or pouring ladle and then tracing the entire process back to the melting furnaces.

你会遇到什么情况？

What scenarios might you encounter?

沿着水流的路上，你可能会看到一个污染水源的工厂，或者靠近水源的一个水坝让水停滞变得浑浊。

Working your way back up the stream, you may see a factory which is polluting the water, or a dam near the source that makes the water stagnate turning it murky.

在铸造厂中，事情要复杂一些。您可能会发现：

Matters are a little more complicated in a foundry. You may discover:

• 过高 或太低的残留 镁 ；

• 熔炉中硫含量过 高 或过少 ；

• 过高的温度 、 金属 炉料或周末停产 造成的成核不足 ；

• 过量或缺乏 孕育；

• 铁碳图中的定位不正确 ；

• 过度的石墨膨胀 ； 要么太弱，要么太早 ；

• 亚稳系 凝固，形成渗碳体和D-E 型石墨 ；

• 高 的 收缩和 缩松倾向 。

· • excessive or lack of residual magnesium;

· • either too much or too little sulphur in melting furnaces;

· • lack of nucleation caused by excessively high temperatures, metallic charge or weekend stops;

· • excessive or lack of inoculation;

· • incorrect positioning in the iron-carbon diagram

· • excessive graphitic expansion; either too weak or too early;

· • metastable system solidification with formation of Cementite and D-E type graphite;

· • high shrinkage and porosity tendency.

显然，借助热分析和光谱仪解决这些问题只需要良好的技术知识和丰富的经验。

Obviously, intervening in these areas with the aid of thermal analysis and a spectrometer only requires good technical knowledge and lots of experience.

对于河流的情况，您可以致电技术人员净化水并修复泄漏。同样，铸造厂可以依靠专业供应商安装的热分析软件，对系统进行正 确校准，并要求专业技术人员提供支持，以解释冷却曲线并 得到 必要 改进措施建议。

In the case of the stream, you can call technical personnel to purify the water and repair the leak. Similarly,foundrymen can rely on expert suppliers to install state-of-the-art thermal analysis software, have the system correctly calibrated and ask for support by expert technical personnel for interpreting cooling curves and receiving indications for the necessary adjustments.

这需要根据产品类型、工艺类型和铸造工艺流程进行初始软件校准，并按类别、铸件类型、工艺类型等区分合金。

This requires initial software calibration according to production type, process type and foundry layout, and differentiating alloys by category, casting type, process type, etc.

为此，FASSMET 和 南京谱德仪器科技有限公司 合作提供PD-GD 热分析软件，并保证校准程序，解释结果和分析生产所需的 技术支持（图1 ）。

For this purpose, FASSMET and PUDEKJ have partnered up to supply PD-GD thermal analysis software and guarantee the technical support needed to calibrate the program, interpret results and analyses production in general(Figure 1).

冶金中的热分析

Thermal analysis in metallurgy

PD-GD 软件从树脂砂制成的样杯中接收来自K 型热电偶的数据（图2 和图3 ）。

The PD-GD software receives data from K-type thermocouples in sampling cups made of bonded sａnd (Figures 2 and3).

只需将少于400 克的铁 水倒入这些样杯 中，PD-GD 就可以计算和分析冷却曲线及其在凝固过程中的一阶导数（约250 秒）。

Simply pouring less than 400g of iron into these cups allows PD-GD to calculate and analyse the cooling curve and its first derivative during the solidification process (approx. 250 seconds).

冷却曲线是温度与时间的关系，从液相开始，在凝固开始之前，即从TLiquidus 温度[TLiq] 开始，如果仅测量共晶转变，在凝固完成时在1000 °C 结束，或者如果分 析共析转变就在650°C （图1. 冷却曲线，温度[Y 轴] 对时间[X 轴] ）。

A cooling curve is the measurement of temperature versus time, starting from the liquid phase, before solidification begins, i.e. starting from the TLiquidus temperature [TLiq] and ending at 1000°C when solidification is complete ifmeasuring the eutectic transformation only, or at 650°C if analyzing the eutectoid transformation as well (Figure 1.Cooling curve, temperature [Y-axis] versus time [X-axis]).

一阶导数表示冷却速度随时间的变化；这对于 析出和相变 的几何计算至关重要。冷却速度根据每相 析出所产生 的凝固潜热而变化。例 如，在亚共晶铁的情况下，“ 析出 ”的相是 初生 奥氏体，其 产生的 潜热并因此减慢冷却。当所有的初生奥氏体“ 析出 ”时，冷却再次加速，直至下一次 析出 （共晶），再次减速。

The first derivative s the speed of cooling as a function of time; this is essential for the geometric calculation of the points of precipitation and transformation. The speed of cooling varies according to the latent heat of solidification emitted with the precipitation of each phase. For example, in the case of hypoeutectic iron, the first phase to“precipitate” is primary austenite, which emits latent heat and thus slows down cooling. When all the primary austenite has “precipitated”, cooling picks up speed again until the next precipitation (eutectic), when it slows downagain.

 

主要参数是：

The main parameters are:

T °Liquidus [TLiq] ：与曲线上的个点重合，表示凝固开始的温度。  该值随碳当量（CEQ ）而变化，取决于下表所示的 铸 铁的类型（数值为近似值）：

T° Liquidus [TLiq]: coincides with the first inflexion point on the curve and indicates the temperature at which solidification begins. This value varies with the Carbon Equivalent (CEQ) and depends on the type of iron produced as n in the table below (values are approximate):

 

GG20（HT200）	1160 – 1180
GG25（HT250）	1175 – 1210
GG30（HT300）	1190 – 1230
GGG（球墨铸铁）	1140 – 1155

T °[TEStart] ：当共晶凝固开始时，与TLiquidus 之后的一阶导数的最小点一致。

T° [TEStart]: when eutectic solidification starts, coincides with the minimum point on the first derivative after

TLiquidus.

T °[TEMin] 最 低 共晶温度：它与一阶导数和零轴之间的交点重合。  该值与渗碳体的形成间接成比例，如下图所示（值为近似 值）：

T° [TEMin] minimum eutectic temperature: it coincides with the point of intersection between the first derivative and the zero axis. This value is indirectly proportional to the formation of Cementite, as n in the graph below(values are approximate):

 

Figure 5 – Relationship TEMin (y-axis) versus Cementite (x-axis)

图5 - TEMin（y轴）与渗碳体（x轴）的关系

 

该参数高度依赖于 铸 铁的成核程度 以及孕育 。

This parameter is highly dependent upon the degree of nucleation of the iron and thus inoculation.

T °[TEMax] 最 高 共晶温度：它是曲线 上的值。它与一阶导数和零轴之间的第二交点重合。该值由凝固期间的相的 结晶 潜热产生。它特别与石墨 析出 和膨胀有关。

T° [TEMax] maximum eutectic temperature: It is the maximum on the curve. It coincides with the second point of intersection between the first derivative and the zero axis. This value is generated by the latent heat of the phases during solidification. It is specifically linked to graphite precipitation and expansion.

T °Solidus [TSol] ： 铸 铁凝固的温度。它与一阶导数的最小点重合。

T° Solidus [TSol]: temperature at which the iron has completely solidified. It coincides with the minimum point on the first derivative.

PD-GD 处理上述参数以获得：

PD-GD processes the above parameters to obtain:

初生奥氏体[PrAust] ：初生奥氏体的百分比。这在球墨铸铁中是不希望的，因为它与宏观收缩的形成成正比，特别是在小型铸件中。

Primary Austenite [PrAust]: the percentage of primary austenite. This is undesirable in ductile iron as it is directly proportional to the formation of macro-shrinkage, especially in small castings.

初 生 石墨[PrGraph] ：初生 石墨的百分比。这在球墨铸铁中是不希望的，因为它的存在导致形成大的结节和石墨浮选，特别是在大型铸件中。

Primary Graphite [PrGraph]: the percentage of primary graphite. This is undesirable in ductile iron as its presence results in the formation of large nodules and graphite flotation, especially in large castings.

奥氏体的共晶 析出[CellAust] ：该参数与共晶 析出 的效率有关，以秒为单位测量。因此，高值是理想的，因为它们保证铸件没有孔隙或微收缩。但是，超过标准值会带来 产生 石墨 漂浮 的风险。 理想的参数值 ：

Eutectic precipitation of austenite [CellAust]: this parameter relates to the efficiency of eutectic precipitation,measured in seconds. High values are therefore ideal, as they guarantee castings with no porosity or microshrinkage.However, exceeding the maximum standard value carries the risk of creating the conditions for graphite flotation.Ideal values:

 

Grey Iron灰铸铁	40 – 65 seconds秒
Ductile Iron球墨铸铁	90 – 110 seconds秒

 

Recalescence [Rec] :( TeMax - TeMin ）。  它涉及在石墨膨胀过程中 铸 铁 的膨胀。  理想 的参数值 是：

Recalescence [Rec]: (TeMax – TeMin). It relates to the dilation of the iron during graphite expansion. Ideal values are:

 

 

Grey Iron灰铸铁	<>
Ductile Iron球墨铸铁	<>

 

较高的值可能导致铸造变形并因此形成 缩松 。

Higher values could result in casting deformation and the consequent formation of porosity.

[KCond] ：是导数的角度，表示从半固态到固态的速度。 数 值越低， 基体中的收缩 越少。该参数对于找到精确的TSolidus [TSol] 点至关重要，该点与凝固完成时间一致。 理想的参数值是 ：

[KCond]: is the angle of the derivative that indicates the speed of passing from the semi-solid to the solid state. The lower the value, the fewer shrinkage cavities in the matrix. This parameter is essential in order to find the exact TSolidus [TSol] point, which coincides with the completion of solidification. Ideal values are:

 

Grey Iron灰铸铁	<>	Higher values indicate the presence of porosity/shrinkage 高值表明出现缩松缩孔
Ductile Iron球墨 铸铁	25 – 45°	Higher values indicate the risk of shrinkage, lower values indicate the formation of degenerated graphite forms(vermicular and/ or lamellar) 高值表明出现缩松缩孔，数值低表明 片状或蠕墨石墨形成

 

 

缺陷

Defects

冷却曲线及其一阶导数不易读取，但PD-GD 软件 帮助铸造工程师 解释结果并在易于阅读的彩色表盘上显

示这些结果。彩色表盘有三个颜色区域。红色刻度盘中的彩色值表示存在高缺陷风险，黄色刻度盘中的彩色值表示存在中等缺陷风险，而绿色区域中的彩色值表示缺陷风险较低。

The cooling curve and its first derivative are not easy to read, but the PD-GD software helps foundry metallurgists by interpreting the results and displaying these on easy-to-read colored dial. The colored dials feature three color zones.The colored values in the red dials indicate a high risk of defects, those in the yellow dials indicate a medium risk of defects and those in the green zones indicate a low risk of defects.

当然，初始软件校准是必要的，可以在安装后的前几天完成。

Initial software calibration is, of course, necessary and can be completed in the first few days after installation.

其他颜色的刻度盘表明 铸 铁 的各种 趋向 ，包括 石墨膨胀 、 石墨 漂浮、球化率、 缩 孔 和 缩松、 渗碳体形成 、反白口、 铁碳图中的实际位置 ，球墨铸铁 的有用信息，如 石墨球数 ， 球化率 和最终质量指数。

The other colored dials indicate the tendency of the iron toward graphite expansion, graphite flotation, nodularity,shrinkage and porosity, cementite formation, inverse chill, actual position in the iron-carbon diagram, useful information for ductile irons such nodule counts, nodularity and final quality index.

只需几个小时的使用后就可以确定改善区域。

Improvement areas can be identified after only a few hours of use.

在采集阶段，当工作站通过TCP / IP 技术远程连接时，可以实时查看 处理后的数据和结果（FoundryIntranet ） 。 此机制用于提供交互式Web 界面，通过使用任何连 网 的设备 如个人电脑、智能电视、平板电脑和智能手机 远程监控详细信息。

During the acquisition phase, the processed data and results can be seen in real time when the working stations are remotely connected via TCP/IP technology (Foundry Intranet) This mechanism is used to provide interactive Web interfaces to monitor elaborations remotely by using any device connected to the networks as PCs, smart TVs, tablets and smartphones.

 

主界面

 

冶金工程师，可以简单通过设置菜单，配置数据验证范围，如：凝固温度，再辉温度，石墨和奥氏体析出，还可以随时修改，所有采集通道及详细输出参数在过程中，同步显示到主屏幕上，还可以在主屏幕上，全屏显示图表，并自动调整，所有样品采集完成后，自动保存到样品数据库中。

                  数据库

铸造工程师，可以访问其中的高级分析设置菜单，如：高级搜索功能和图表比较功能，还可以从高级选项栏中，选择标准来研究，还可以简单选择多个样品进行比较，可以导出每天，每周，每月，每年的报表，打印或电子邮件发送。

                  合金设置

多条样品比较

各项参数趋势

 

 ‍ 技术参数

仪器规格 –  硬件元件

电脑  程序可以安装在运行 Window 或任何其它操作系统的个人电脑上（例如 MacintoshLinux），处理器至少要达到 i5标准，有较高的屏幕分辨率。。

数据记录仪  能够在规定时段内自主记录温度的便携式温度记录装置。

K 型热电偶  用来测量温度的 K 型热电偶保护线（镍铬/镍 - 镍铝）。树脂砂杯  任何专门用于铸铁采集的树脂砂杯。

杯架  简单的铁质支架，供铸铁采集用树脂砂杯使用。

主要功能

关键温度采集功能  采集铸铁凝固过程中达到的主要温度数据，以阐明化学参数 并提供机械和物理预测（请翻页查看 PD-GD 的输出参数表）。

模拟功能  过去采集的数据可以随时得到回应、可复制已存在的采集结 果，还可以更改与采集有关的关键特征并进行模拟（对内部 测试有帮助）。

高级功能  可以开展深入研究、可以用高度互动式图表比较多次采集的 结果，以分离感兴趣的铸造参数值和趋势，可以用见的 文件格式（例如 Excel）输出采集的全部数据，可以保存并 打印每一份采集报告，其中包括全部具体参数和相关验证范 围。

无架构限制  多次实时采集（安装一个软件可以设定任意数量的数据记录 仪同时工作），无数据存储限制（程序可以保存任意数量的 采集数据）、可以通过内联网获取（铸造厂的任何地点都可 以实现采集和数据的实时可视化。）

测试项目及各参数说明

CEQ (%) 有关碳和硅含量的指标 。 该指标说明合金的流动性 ， 与初始凝固( (Tliq) ) 的温度密切相关 。

C (%) 铸铁中碳所占的百分比。

Si (%)  铸铁中硅所占的百分比。铸铁类型：给定冷却曲线特性的合金参数类型，说明铸铁是亚共晶、过共晶还是共晶。

TLiq (°C)  样本凝固过程开始时的温度。它代表显示冷却速度的温度，是计算碳当量(CEQ)的关键参数。

TEStart (°C)  共晶铸铁开始结晶和石墨开始形成的温度。此类温度代表计算 Tliquidus温度后一阶导数的点。

TEMin (°C)  此类温度代表冷却曲线的点和结果为 0（零）的一阶导数曲线。TEMin 值高表示铸铁形成碳化物的可能性低，产生收缩缺陷的可能性 因此也比较低。

TEMax (°C)  共晶温度表示石墨形成后达到的温度。TEMax取决于合金成分、成核以及个石墨析出的时间。最后，TEMax与凝固期间的 潜热形成直接相关并因此与再辉(Rec)相关。

TSol (°C)  TSol显示凝固结束时的温度，代表一阶导数曲线上的点。TSol值大大低于亚稳态温度会增加在凝固的个阶段形成初生碳化物 的风险。

Rec (°C)  TEMax和 TEMin 之差形成再辉。这类指标用来衡量共晶的生长，是凝固过程阶段形成的初生石墨和初生奥氏体数量的函数。预测模 砂铸件孔隙形成趋势时，再辉有很大的相关性。

KCond (Deg)  热传导系数。Kcond 参数还取决于珠光体的数量。这个参数和球墨铸铁以及片状铸铁的收缩形成密切相关。Kcond 值高表示球墨铸铁的石 墨量和球化率高。

PrGraph (%)  如果是亚共晶铸铁，PrGraph 表示析出个初生石墨。PrGraph 值高表示球墨铸铁最终阶段的石墨结数量可能会比较少。

PrAust (%)  如果是亚共晶铸铁，PrAust表示析出个初生奥氏体。PrAust值高表示最终模型可能会有收缩缺陷。

CellAust(Sec)说明凝固过程中形成的共晶相的量。这类参数与球墨铸铁中的石墨结数量呈正相关关系，与片状铸铁中的铁素体数量存在反相关关系。

ACR(Deg/Sec)样本的平均冷却速度。ACR是了解铸铁机械属性的基本数据。

Oxf (%)  铸铁的氧化因数，根据共晶凝固时间与总凝固时间之间的关系来确定，与最终模型的收缩形成密切相关。

TEDMin (°C)  共析温度