灰铸铁、球墨铸铁碳硫分析取样方法的探讨

灰铸铁、球墨铸铁碳硫分析取样方法的探讨

刘宝太

扬州五亭桥缸套有限公司 江苏扬州 225007

摘要：本文介绍了CS-230高频红外碳硫分析仪做灰铸铁、球墨铸铁碳硫含量检测时，在样品制取方面所做的一点探究。

关键词：碳硫分析；灰铸铁；球墨铸铁；炉前取样；铸铁件取样；屑状样品；薄片状样品

1 引言

碳属于钢铁物质内的较为关键的元素，该元素的存在对于钢铁的性能方面具有重要的影响。球墨铸铁通常情况下是进行球化，处理以及孕育处理从而获取球状石墨，以此方法能够使得铸铁的性能得到一定程度的提升，尤其是对其可塑性放门面以及坚韧性方面，其强度方面能够实现对碳钢标准。由于其性能方面的表现从而在工业领域经常被应用对于强度方面还有韧性方面要求较高地零件的构件制造上。球墨铸铁内的碳硫含量对于铸铁的力学性能具有直接性的影响，因此铸铁内的碳硫含量的分析具有重要的意义。碳硫分析取样方法，对分析结果的准确性有很大的影响。国家已有关于钢铁取样方法的取样标准，《GB/T20066-2006钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法》。炉前铁水碳硫分析一般可采用勺式取样，先制取样块，再进行钻屑以取得分析样品；对于铸铁件可钻取屑状样品。按钻取屑状样品方法进行分析，碳的测定结果往往出现偏低的情况，尤以球墨铸铁偏差严重，完全不能反映样品的真实情况。本文就灰铸铁炉前取样制样、球墨铸铁件的取样制样方法做一点探究。

2. 试验部分

2.1 试验仪器及取样制样工具

试验仪器：

CS-230高频红外碳硫分析仪——美国力可公司；

BS1243型电子天平——赛多利斯科学仪器有限公司；

助熔剂——南京朗奥钨粒助熔剂，经200℃、2小时恒温冷却后置于干燥器中待用；

坩埚——湖南某地产高频红外碳硫分析专用坩埚，经1100℃马弗炉加热保温4小时，冷却后置于干燥器中待用。

取样制样工具：

取样勺、石墨坩埚（Φ40mm×40mm）、干净钢板（300mm×300mm）；

台式钻床、切割机、老虎钳、磁吸器、砂轮机、剪板器。

2.2试验方法

2.2.1空白试验

在仪器运行环境下，向坩埚内添加一定剂量的钨粒进行空白试验，并且试验的次数应当保持在三次以上，并且将相关数据进行综合性的平均值的求取，并且将钨粒内的碳元素以及硫元素的具体含量进行减去，从而取得较为科学合理的空白值。

2.2.2测量通道校正

通过在铸铁内的标准样品获取250毫克放入至坩埚内，并且在放置之前坩埚需要经过高温灼烧，并且称取2000毫克的钨粒放置进坩埚内对其具体情况进行有效的分析。该试验操作需要重复进行三次到五次内，通过实验的数据的测定并且取其平均值以及相应的认定制展开对碳元素还有硫元素的科学合理的校正。

2.2.3试样分析

对标准曲线进行科学合理的校正以后，然后展开一次彼岸准样本的科学有效的测定，若其结果相对较为稳定在可控的误差范围内，便可以按照上诉校正方法进行对试样展开有效的分析。

2.3 试验步骤

2.3.1 取样

灰铸铁炉前取样：

迅速将取样勺中铁水浇注到石墨坩埚中，得到直径40mm长度约40mm的圆柱状样块；剩余铁水快速甩于干净的钢板上，立即用合适的工具拍压得到一块薄片状的样品(一般以小于1mm样片为佳)。

冷却后的薄片状样品用老虎钳掰碎；

冷却后的圆柱状试块，使用台式钻床，钻取屑状样品。

球墨铸铁件取样：

使用台式钻床直接钻取球墨铸铁件取得屑状样品；

使用切割机在同一球墨铸铁件上切割制取薄片，用磁吸器抓吸，在砂轮机上将薄片两面的氧化层磨去，得到薄片状样品（一般以小于1mm为佳），用老虎钳掰碎或用剪板器剪碎。

2.3.2 检查碳硫分析仪状态

仪器提前开机2~4小时，打开动力气（氮气）以及氧气，进行空白校正及标准样品的校正。

2.3.3 碳硫分析试验

灰铸铁取样制样方法对比试验：

按高频红外碳硫分析仪分析方法分别对炉前屑状样品和薄片状样品进行碳硫分析，得出炉前灰铸铁屑状样品薄片状样品分析数据，见表1。

球墨铸铁件制样方法对比试验：

按高频红外碳硫分析仪分析方法分别对球墨铸铁件屑状样品和薄片状样品进行碳硫分析，得出球墨铸铁件屑状样品、薄片状样品分析数据，见表2。

3 结果与讨论

根据实验的具体情况分别采用钨粒还有锡粒以及两者的混合的助溶剂展开合理的实验，从而对助溶剂对于球墨铸铁内的碳元素还有硫元素的具体释放造成的影响。通过试验的相关数据可以了解到采用钨粒作为助溶剂，碳元素还有硫元素的积分曲线相对极为良好，所产生的熔渣表面粗糙程度相对较低，能够充分的满足试验的具体要求，但是采用锡粒或者混类型的助溶剂所取得的效果相对较差，然而综合经济成本方面的影响，在进行助溶剂的选择时需要根据实际要求进行合理的选择。

从炉前灰铸铁两种样品测试结果中可得出，屑状样品相比薄片状样品碳检测值略低，基于铸铁的成分范围本身就较宽，这样的偏差可以接受；而球墨铸铁屑状样品比薄片状样品碳检测值低太多且稳定性较差，这样的结果完全不能接受。

《GB/T20066-2006钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法》中已经明确说明：灰口铁、可锻铸铁、白口及合金铸铁均可采用钻取屑状样品的方法。对于球墨铸铁件未明确可使用钻取屑状样品的方式。本次试验验证了球墨铸铁采用钻取方法取得屑状样品做碳硫检测是不可行的。

碳在铸铁件中的主要存在形式有化合和游离。其中少部分以化合碳形式存在，大部分则以石墨碳即游离碳的形式存在。在灰铸铁中石墨成片状，钻取屑状样品时游离碳散失相对较少；在球墨铸铁中碳主要以微小的球状形式存在，这种球状石墨与基体结合不牢固，在钻取样品过程中极易从铁屑表面脱落^1，并被磨成粉末状而飞散，在接下来的操作中又会散失在试样袋等承接物上，总游离碳的损失就大了；切割所制取的样品，块度相对较大，暴露在表面的“球墨”就少得多，游离碳的散失就少得多。

4 结语

铸铁在炉前做碳硫分析时采用薄片状样品，试验结果更准确；采用钻取屑状样品，试验结果也可接受。

球墨铸铁件做碳硫分析可采用切割方式制取薄片状样品；采用钻取屑状样品的方式则不能接受。

参考文献：

1 张佳伟，王志强. 球墨铸铁碳硫含量检测试样制备方法的研究. 《热处理》,2012年第27卷 第2期.

作者简介：刘宝太（1965-12），男，汉族，籍贯：江苏扬州，当前职称：助理工程师，学历：中专，研究方向：金属材料、理化分析