（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261001）

鑄鐵是一種在結(jié)晶過程中具有共晶轉(zhuǎn)變的多元鐵基合金，主要成分有Fe、C、Si 等元素，其中，碳作為鑄鐵的主要成分之一，對鑄鐵的組織和性能具有重要的作用。碳在鑄鐵中主要是以石墨的形式存在，碳含量的高低直接決定著鑄鐵中石墨的含量，從而影響鑄鐵的石墨化膨脹體積。當(dāng)碳含量較高時，析出的片狀石墨較多，導(dǎo)致鑄件脆性增大，屈服強(qiáng)度降低，嚴(yán)重?fù)p壞了鑄件的性能。當(dāng)碳含量較低時，析出的石墨較少，使得膨脹化體積減小，鑄件易出現(xiàn)縮松和縮孔，影響鑄件的質(zhì)量。因此在鑄件生產(chǎn)過程中，碳含量的精準(zhǔn)控制變得尤為重要。

1 背景

本公司長期以來采用鉆床鉆取的方法進(jìn)行取樣，但采用該方法測得的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的偏差較大，最大可達(dá)0.1%，由于碳量變化大，導(dǎo)致鑄件機(jī)械性能一致性較差，抗拉強(qiáng)度高低差兩個牌號。近年來采用潑片法檢測鐵水碳含量，使得碳含量準(zhǔn)確性得到很大提升。但當(dāng)鑄件發(fā)生質(zhì)量問題時如何準(zhǔn)確的檢測鑄件的碳含量成為目前亟待解決的問題，因此急需探究出一種快速精確鑄件碳含量的取樣方法。

2 鑄件碳含量的測定

2.1 取樣位置

為了保證試驗的準(zhǔn)確性，在同一機(jī)體的瓦口處截取三塊試樣，并測得采用不同的取樣方式得到的試樣的碳含量。試樣形貌如圖1 所示。

圖1 測試樣品圖

2.2 不同取樣方式

將三塊試樣分別采用鉆取、銑取、車取三種取樣方式制得測試樣，其中三種取樣機(jī)床參數(shù)都為低速固定的。

2.2.1 鉆床取樣碳含量測定

采用鉆床對測試樣進(jìn)行加工，得到鉆取碳含量檢測樣，如圖2 所示。鉆取得到的檢測樣大部分呈片狀，中間夾雜少量顆粒狀樣品。加工過程中，接觸面積大，局部溫度較高，易造成碳的燒損。

圖2 鉆床取樣

對三塊試樣分別鉆取兩次得到六個檢測樣進(jìn)行了碳含量分析，得到的結(jié)果如表1 所示。

表1 鉆取測得樣品的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.2.2 銑床取樣碳含量測定

采用銑床對測試樣進(jìn)行加工，得到銑取碳含量檢測樣，如圖3 所示。銑取檢測樣大部分呈針片狀，夾雜大量顆粒狀樣。如鉆取相似，銑取過程中反應(yīng)較為激烈，局部溫度高，易造成碳的燒損。

圖3 銑床取樣

我們對銑取檢測樣做了碳含量分析，得到的結(jié)果如表2 所示。

采用車床對測試樣進(jìn)行加工，得到車取碳含量檢測樣，如圖4 所示。車取檢測樣呈規(guī)則的顆粒狀，體積較大，加工過程中與機(jī)床的接觸面積較小，不易產(chǎn)生碳的燒損，利于保持碳含量的穩(wěn)定。

表2 銑取測得樣品的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

圖4 車床取樣

經(jīng)過對車床加工得到的檢測樣做了碳含量分析，得到的結(jié)果如表3 所示。

表3 車取測得樣品的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

3 碳含量穩(wěn)定性研究

3.1 取樣方式對碳含量穩(wěn)定性影響

為了研究取樣方式對碳含量穩(wěn)定性的影響，對不同取樣方式測得的碳含量進(jìn)行分析處理，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 不同取樣方式的碳含量

圖5 表明，在低速狀態(tài)下，車取樣每一頻次的碳含量均高于鉆取和銑取的方式，在多數(shù)情況下，鉆取的碳含量又高于銑取。通過碳含量曲線，可以得出鉆取和銑取兩種方式的碳含量波動較大，而車取碳含量波動較小，這表明采用車取方式得到的檢測樣碳含量穩(wěn)定性好，在取樣過程中碳損失較為恒定，受其它因素的干擾較小。

3.2 取樣速度對碳含量穩(wěn)定性影響

為了研究取樣過程中轉(zhuǎn)速對碳含量的影響，分別對三種不同取樣方式的轉(zhuǎn)速進(jìn)行探究。采用不同轉(zhuǎn)速制取的檢測樣有明顯的差別，如不同轉(zhuǎn)速車取得到的檢測樣，圖6 所示。我們分別采用低速、中速、高速、最高速四種速度取樣，測定其碳含量變化，得到結(jié)果如圖7 所示。

圖6 不同轉(zhuǎn)速制取的鐵屑

圖7 轉(zhuǎn)速對碳含量影響

從圖7 中可以看出，針對不同的取樣方式，都存在著碳含量隨轉(zhuǎn)速的增大而減少的現(xiàn)象，這是因為轉(zhuǎn)速升高，機(jī)床與鑄件的切割時碰撞強(qiáng)烈，使局部溫度升高較大，造成碳的燒損增大。因此，速度越大，碳含量越低，磨損越大，越不準(zhǔn)確。另外，從圖中我們還可以看出車取相對于其它兩種方式穩(wěn)定性更強(qiáng)，車取碳含量隨著速度的改變，其碳含量變化最小，受速度的影響最小，穩(wěn)定性最好。

4 碳含量準(zhǔn)確性研究

由于對鑄件取樣時，會產(chǎn)生碳的燒損，通過對原鐵水的碳含量進(jìn)行測量，從而得出鑄件的碳含量。測鐵水的碳含量時，采用潑片法，即將冷卻后的片狀石墨敲碎后進(jìn)行測試，該過程中沒有產(chǎn)生碳的燒損。為了保證試驗的準(zhǔn)確性，防止鑄件長時間的冷卻造成碳的衰退，因此將鐵水澆成小塊試樣（體積小，冷卻塊，不產(chǎn)生碳的衰退），通過不同取樣方式得到檢測樣后測量其碳含量，測得的結(jié)果如表4所示。

表4 原鐵水和不同檢測樣碳含量對比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

從表4 中可以看出，原鐵水與采用不同取樣方式的碳含量差值不同，銑取和鉆取差值較大，最大分別可達(dá)0.09%和0.08%，而車取得差值最大僅為0.02%，基本可以忽略。可見，車取測得準(zhǔn)確性高，碳含量損失小，與實際值高度一致。

5 結(jié)論

1）通過對車、銑、鉆三種鑄件取樣碳含量的探究，得到碳含量隨取樣速度的增高而降低的規(guī)律，采用低速取樣時，碳燒損量最小。

2）通過三種取樣方法對鑄件碳含量穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性的探究得到:車取碳燒損最小，準(zhǔn)確性最高，穩(wěn)定性最好。