上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ．Ｗｅｌｄｉｎｇ金属铸锻焊技术
热分析技术及其应用
黄张洪１，赵惠２。吕利强１。高文柱１
（１．西部金属材料股份有限公司，陕西西安７１０２０１；２．西安天力金属复合材料有限公司，陕西宝鸡７２１０１４）
摘
要：探讨了热分析技术的原理、应用等。着重介绍了热分析技术在表征合金凝固过程特点中的应用。
关键词：热分析；冷却曲线；固相分数
中图分类号：ＴＧ２４４＋．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—３８１４（２０１０）０７－００１９－０４
ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＨｕＡＮＧＺｈａｎｇｈｏｎ９１，ＺＨＡＯＨｕｉ２，ＬＶＬｉｑｉａｎ９１，ＧＡ０Ｗｅｎｚｌ＆ｕ１
（１．ＷｅｓｔｅｒｎＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌＣｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ７１０２０１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ＂ａｌｌ
ＴｉａｎｌｉＣｌａｄ
ＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ７２１０１４，
ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌ
ａｎａｌｙｓｉｓｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｌｌｏｙｓＷａｓｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｏｌｉｎｇｃｕｒｖｅ；ｓｏｌｉｄｆｒａｃｔｉｏｎ
在铸造合金中。显微组织的形成是相当重要的，它关系到合金的力学性能和铸造性能。化学成分也二样重要，它决定合金的物理性质和力学性能。通过化学分析可以得到合金熔液中各种化学成分的含量，但是在浇铸前，它不能告诉我们合金在凝固过程中将生成些什么相和组织，而热分析可以Ｉｎ。
却曲线分析（ＣＡ－ＣＣＡ）。
２热分析法的应用
热分析方法开始应用于铸造领域时用于分析铸铁的化学成分１３１。但是现在已经广泛应用于工业界的是利用其来分析铝合金的晶粒细化和Ａ１．Ｓｉ合金中的Ｓｉ变质程度【４】。但是此种热分析方法应用于镁合金还少有报道。这可能与镁合金本身的一些特征也有关系．镁的凝固潜热为８．９５４ｋＪ／ｍｏｌ。低于铝的１０．７９０Ｌｌ／ｍｏｌ和Ｆｅ的１３．８０ｋＪ／ｍ０１．因此在凝固初期较少有再辉现象出现。因而传统的应用于锅合金晶粒细化分析的参数如过冷度△Ｔ值不适用于镁合金，对镁合金分析时需要寻找新的参数来表征其晶粒细化程度。
冷却曲线代表样品向外界的散热和样品内部潜热释放的差值。如果假定样品内部温度梯度可以忽略，也就是假定符合牛顿定律冷却（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎｃ００１．ｉｎｇ）。冷却过程的热平衡方程为：
１热分析法的原理
热分析的方法最早用于确定相图，其基本原理是【２】：将熔融的金属液体样品浇到一个小杯中。测量其凝固过程中的温度变化．绘出对应的温度对时间的曲线，称之为冷却曲线。凝同开始时，由于凝固潜热的释放，金属液的冷却速率降低。出现热滞，这将改变冷却曲线的斜率。这样就可以确定其液相线温度以及在凝固过程中的热效应的反应．一直到完全凝固。由于凝固过程中相变的发生是与热量紧密相关的，因此，冷却曲线能够反映铸件或样品在凝同过程中的整个热过程。从而可以得到不同的信息，帮助我们定量或定性地理解一些凝同现象。近年来发展出一种计算机辅助热分析技术（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ＡｉｄｅｄＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓ．简称ＣＡＴＡ）或称为计算机辅助冷
一ＶｐＣｐｄＴ／ｄｔ＝ｈＡ（卜珊
（１）
（１）式左边反映金属液体内部失去的热量，ｙ为样品体积；ｐ为样品密度；Ｇ为样品比热；Ｔ为样品温度。（１）式右边反映金属液向周围环境的传热量，ｈ为导热系数；Ａ为样品表面积；ｔ为时间；死为环境温度。
收稿日期：２００９—１０．１５
基金项目：“国家科技支撑计划”课题（２００７ＢＡＥ０７８０２）作者简介：黄张洪（１９７９一），男，博士；
电话：０２９—８６９６８３３４；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｈｕａｎｇ＠ｉｍｒ．∞．ｃｎ
当有相变发生时。热平衡方程即为：
ｄＱＬ／ｄｔ－ＶｐＣｐｄＴ／ｄｔ＝ｈＡ（弘劭
式中：Ｑ。为样品相变时所放出的热量。
（２）
《热加工工艺》２０１０年第３９卷第０７期
金属铸锻焊技术ｇｃａｓｔｉｎｇ．Ｆｏｒｇｉｎｇ．Ｗｅｌｄｉｎｇ由方程（２）可推导出：
ｄＴ／ｄｔ＝［ｄＱ，．／ｄｒ－ｈＡ（Ｔ－Ｔｏ）］ＩＶＧ
方程（３）即代表冷却曲线。２．１分析晶粒细化ｌＳ－‘ｌ
铸件的晶粒大小是与液相线温度时出现的形核中心的数目有关的。如果形核中心很多，许多晶粒能
。
２０１０年４月
（３）
ｇ
％
蔷
ｉ口
在很小的过冷度下形核。那么铸件就会有细小的晶
粒结构。然而。如果在液相线时形核中心很少，那么就需产生较大的过冷度。在较大过冷度下，更多的形核中心生成更多的晶粒，这些晶粒在凝固过程中释放热量使得熔体温度升高（再辉，Ｒｅｃａｌｅｓｃｅｎｃｅ），使得已有晶粒进一步长大，但是限制了新晶粒的形核。因此．晶粒数量减少。铸件的晶粒粗大。由于凝周初期的热行为与晶粒大小有着如此密切的联系，因此，对冷却曲线在液相线区间的分析能够有效地预测铸件的晶粒结构。
图ｌ给出了冷却曲线分析法表征晶粒细化常用的温度和时间参数。表１给出了这些参数代表的含义。
Ｆｉｇ．２
时间／ｓ
网２
初始凝ｌ司温度的确定
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
由于温度和时间参数并不能作为晶粒细化的直接判据，ＬｉＹＸ等【９】则采用了数据回归的方法来表征熔体的细化效果。他们预先建立了晶粒度与冷却曲线的数据库。然后采用力参数将待测熔体的冷却曲线与数据库中的曲线进行比较。力值最小的两条曲线其品粒细化程度等指标最接近。
冷却曲线的一阶导数也可以用来表征晶粒细化程度。ＡｒｇｙｒｏｐｏｕｌｏＳ等ｌｍ］的研究表明，初晶晶粒形核的难易程度与一阶导数曲线上的液相过冷峰的高低有对应关系，也就是说液相过冷峰低的（乃至消失）其形核相对容易从而可以导致晶粒细化。ＹｅｎＣ
恻
赠
Ｍ等【¨】贝Ｕ将一阶导数中液相线峰值处大于零的部分进行积分处理并命名为液相线峰值参数（Ｌｉｑ—ｕｉｄｕｓＰｅａｋＰａｒａｍｅｔｅｒ）。而且发现名义晶粒度与液相
时间
时间
（ａ）温度参数
（ｂ）时问参数
线峰值参数的关系有一定规律性。
李言祥等【－２】认为所有影响液态金属凝固过程的因素都将在其冷却曲线上有所体现．相同的熔体状态将产生相同的冷却曲线．反过来，相同的冷却曲线也表征了相同的熔体状态。因此通过对冷却曲线的识别。可以识别不同的熔体状态．如图３。有两种基本方法可以表征两条曲线的相似程度。
图１冷却曲线分析法表征晶粒细化需要的温度和时间参数［６１
Ｆｉｇ．１
ｔｉｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ
ｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｂｙｃｏｏｌｉｎｇｃａｌｖｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ【６】
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄ
表ｌ
Ｔａｂ．１
冷却曲线分析法表征晶粒细化常用的温度和时间参数ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒＳｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｂｙｃｏｏｌｉｎｇｃｕｒｖｅｍｅｔｈｏｄ
代表含义彤核温度最低过冷温度最商ｆｌ｝辉温度
参数
“幻ｈ
参数ｎｎ
％
代表含义形核开始时问开始再辉时间最高冉解时间
由于可导致晶粒细化的异质形核中心越多。合金起始凝同所需要的过冷度越小乃至减少到零，因此有
。氐ｉ太
、、．
眵—ｏ≮
△Ｉ
．
．的研究认为晶粒细化与过冷度△％ｕ关系密切同。开始
凝固的温度一般定义为冷却曲线斜率开始快速增加的点。即一阶导数曲线开始急剧上升的点［ｇｌ。Ｉｂａｒｒａ则用二次导数来确定这一点。因此这一点的确定有较大的人为因素。图２为用一阶导数曲线和二次导数曲线确定开始凝同温度。
Ｆｉｇ．３
１‘
．Ａ
一
图３冷却曲线模式识别示意图
ｌｌｌｕｓｌｙａｔｅｄｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｍｏｄｅｏｆｃｏｏｌｉｎｇ
ＣｌｌｌＷｅ￥
（１）面积法
两条曲线间所夹的面积Ａ可以表征两条曲线
Ｈｏｔ
ＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．０７
上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ§金属铸锻焊技术
的接近程度（间距大小）。
ｄＱＬ／＆一ＶｐＣ＿ｐｄｒ／ｄｔ＝ｈＡ（弘珊
Ａ＝∑ｌ△列血ｉ
冷却曲线表达式：
其中ＡＴ＝Ｔ，一Ｔ’ｉ为时间ｔ时刻两条冷却ｆｌ｝ｌ线的温度ｄＴ／ｄｔ＝【ｄＱｃ他一Ｍ（弘釉】／ｙｃｐ
差，血ｉ为时间为步长。很明显，Ａ越小，则两条曲线的当没有相变时。冷却曲线表达式为：
相似程度就越大。当Ａ＝０的时候，两条曲线棚同。
ｄＴ／ｄｔ＝－ｈＡ（弘哟】／ｙＧ
（２）偏差法
这就代表冷却过程中没有相变。称之为零线或面积法反映的是两条曲线间的平均距离，而不基线。
反映两条曲线问的形状差异。偏差法则考虑了两条用下标ｃｃ代表冷却曲线，Ｚ．Ｃ代表基线。相变过曲线间的平行程度（形状相似程度）：
程中潜热释放速率可以表示为：
Ｓ＝［Ｅ（ＡＴ，－ＡＴｙ／（ｎ－１）］１尼
其中△弘乏ＡＺ／ｎ，ｎ为总的采数点。Ｓ越小，两根线的警＝坳ｃＰ【（誓太一（誓ｕ
相似程度越大。Ｓ＝Ｏ时，两根线完全平行或重合。
积分得：
把上面两个因素综合起来，提出了综合偏差法。
ＱＬ＝ＶｐＣｐ』［（誓Ｈ誓）Ａ
ｄｔ
Ｏ＝－１＂２ＡＴｉＩ／ｎ＋Ｓ
．
或是：Ｌ＝Ｑ。／Ｖｐ＝ＣＰ・（ｃｃ微分曲线下的面积一ｃ微分当ｎ趋近于０的时候．两条曲线也趋近于相
曲线下的面积）
似。当／＇２＝０时，两条曲线相同。。￡即相变潜热，厶为凝同时间。因此可以计算出２．２结晶潜热和固相分数的计算
在时间ｔ时固相分数为：
潜热：物质发生相变（物态变化），在温度不发生变化时吸收或放出的热量叫作潜热。现在报道的一［（誓）。一（誓舭
般只有纯金属或简单二元合金的潜热测量或计算，Ｂ＝
对于有较大凝固区间的多元合金的潜热测量或计算都不完善。有一些机理被用来描述潜热释放与铸件［（誓）。一（誓瑚出
＝一Ｃｅ！ｄＴ一）ｃｃ一（－誓－－）Ａ山
凝固过程的模拟。大部分模型都认为潜热释放与固２．２．２傅立叶分析模型【１３】
相分数成比例。利用热分析的方法计算潜热和同相傅立叶分析模型假定系统中的热交换以热传导分数时，零线或者说基线的确定很重要。根据不同基为主（在圆筒形试样中是正确的【１４１）。有一个热源的线的确定方法可分为：牛顿分析模型（Ｎｅｗ／ｏｎｉａｎ
傅立叶方程式为：
Ｔｈｅｒｍａｌ
Ａｎａｌｙｓｉｓ）和傅立叶分析模型（Ｆｏｕｒｉｅｒ
Ｔｈｅｒｍａｌ誓＝ａＶ２ｎ专孚
Ａｎａｌｙｓｉｓ）．如图４。
Ｏ．８誓毛・（誓＿ｚ，）Ｚｒ＝ａＶ２Ｔ・
０．６０．４历就是傅立叶零线。对于圆筒试样，有：尺。，尺２０．２－舶分别是两个热电偶所在位置的半径值，Ｃ，是体积比０
２
热容。Ｑ为凝同过程中所释放的热，则
—０．２书
．０．４％
Ｖ
２Ｔ＝４（Ｔ２－Ｔ，）．
．０．６
尺２一Ｒ１
其为合金液的热导率。
时间／ｓ
如果假定在整个过程中热导率不变。在纯液相
图４牛顿及傅罩叶热分析模型
Ｆｉｇ．４
ＮｅｗｔｏｎｉａｎａｎｄＦｏｕｒｉｅｒｔｈｅｒｍａｌ
部分，萨婴／Ｖ２ｒ
１ｎｎ
ａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｓ
２．２．１牛顿分析模型
婴即开始凝同前冷却曲线的斜率。当固液两
牛顿分析模型【习认为液体内部温度梯度可以忽相热导率不同时，则需要进行迭代。假定开始时为线略不计，凝同过程中热平衡方程式：
性关系，则开始时的固相分数表达式为：
《热加工工艺》２０１０年第３９卷第０７期
２１
金属铸锻焊技术Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ
２０ｌＯ年４月
￡：！＝垒
Ｊ６“一ｔ６
同相分数时，零线或者说基线的确定方法之间存在差异。再者，应用热分析技术评价晶粒细化时，需要事先做大量的实验以期得到标准的冷却曲线来做比较。抛开标准曲线的准确性不谈．对比合金在凝固过程中由于环境温度、模具、熔体成分变化、浇铸温度及速度等的改变而导致合金冷却过程中热力学和动
０１０）：硼６【１币（￡）】＋ａ。五（￡）
）＝Ｃｖ，ｄｌ－Ａ（０］＋ｃｖ，石（￡）
结晶潜热：￡＝Ｊ掣（ｔ）ｄｔ，
醐分数：ｚ＝Ｆ１Ｊ：誓（ｆ）山
２．３冷却曲线分析对枝晶干涉点的表征
用双热电偶热分析法来确定枝晶干涉点（ｃｏｈｅｒｅｎｃｙｐｏｉｎｔ）Ｉ拘应用是经过ＴａｍｍｉｎｅｎＪ，Ｃｈａｉ
Ｇ嗍
力学环境的变化，从而影响冷却曲线的形状。但是。由于热分析技术的可操作性高、简单、快捷，并且能比较真实地模拟工业应用的实际凝固过程。因而，热分析方法还是常用于评价铁合金、铝合金等的凝固过程及凝同过程中其它热力学特征等。参考文献：
【１】Ｄｕｓｔｉｎ
Ｉ，Ｋｕｒｚ
以及ＤａｈｌｅＡＫ等ＩｔＳｌ在研究铝合金时进一步研究而逐步完善的。图５为用双热电偶热分析法确定枝晶干涉点的示意图。尽管双热电偶热分析法可以作为确定枝晶干涉点的简易方法．但是ＶｅｌｄｍａｎＮ
Ｌ
Ｗ．
Ｍ等【１日研
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ
ｅｑｕｉａｘｅｄ
ｏｆ
ｃｏｏｌｉｎｇ
ｅｌｎ－ｖｅ８
ａｎｄ
ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
ｄｕｒｉｎｇ
ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ
ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ四．
究发现。双热电偶热分析法与旋转扭矩剪切法得到的枝晶干涉点不同．并认为旋转扭矩剪切法属于直接物理测量其结果。应该更为可靠。ＲｉｄｄｌｅＹＷ等【１７１采用双热电偶法装置对铝合金和镁合金的凝固行为进行了表征。他们将双热电偶热分析法的温度差值（ＡＴ）定义为瓦一瓦，其中下标ｅ代表ｅｄｇｅ（边缘热电偶），下标ｃ代表ｃｅｎｔｅｒ（中心热电偶）。
【４】
ＺｅｉｔｓｅｈｒｉｆｌＦｕｒＭｅｔａｌｌｋｕｎｄｅ，１９８６，７７：２６５．ＵｐａｄｈｙａＫＧ，ＳｔｅｆａｎｅｓｃｕＤ
Ｍ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄｃｏｏｌｉｎｇ
ｃｌ／／Ｖｅ
ａｎａｌｙｓｉｓ：ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｅｔａｌ
ｃａｓｔｉｎｇ【Ｊ】．ＡＦＳ
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，１９８９，（９７）：６１－６６．Ｃｈｅｎ
ｌ
Ｇ，Ｓｔｅｆａｎｅｓｅｕ
Ｄ
Ｍ．
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ
ｃａｓｔ
ｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｐｈｅｒｉｃａｌａｎｄｃｏｍｐａｃｔｅｄｇｒａｐｈｉｔｅ
ｉｒｏｎｓ
阴．ＡＦＳＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，１９８４，９２：９４７．
ＬｉｕＭ
Ｐ，ＷａｎｇＱＤ，ＺｅｎｇＸＱ，ｅｔａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ－ｈｅａｔ—ｔｒｅａｔｅｄＭｇ－５Ａｌ－ｘＣａａｌｌｏｙｓ【Ｊ】．
ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＺｅｉｔｓｅｈｒｉｆｌ
Ｙｅｎ
Ｆｕｒ
ＭｅｔａｌＬｋｕｎｄｅ，２００３．９４：８８６．
Ｊ．
ＣＭ，ＥｖａｎｓＷ
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ｔｈｅ
ｑｕａｌｉｔｙｏｆａｌｕｍｉｎｕｍ
ｃａｓｔｉｎｇａｌｌｏｙｓｗｉｔｈ
ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ－ａｉｄａｄｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓ明．
ＡＦＳＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，１９８５，９３：１９９—２０４．
【６】
ＩｂａｒｒａＤＧ．ｔｈｅｒｍａｌ
Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆ
ｇｒａｉｎ
ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｏｆＡＩ－Ｓｉａｌｌｏｙｓｂｙ
ａｎａｌｙｓｉｓ【Ｄ】．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｏｎｔｒｅａｌ：Ｏｔｔａｗａ，Ｃａｎａｄａ，
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。ＭｃＧｉＵ
时Ｉ司／ｓ
１９９９．
图５双热电偶热分析法确定枝晶干涉点【１坷
Ｆｉｇ．５
Ｄｅｎｄｒｉｔｉｃｃｏｈｅｒｅｎｃｙｐｏｉｎｔｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｄｏｕｂｌｅ
川ＡｐｅｌｉａｎＤ．ＣｈｅｎｇＪＡ．Ａｌ—Ｓｉｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｓ：ｅｆｆｅｃｔ
ｇｒａｈｌｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ１９８６．９４：７９７・８０８．
ＯＲ
ａｎｄｅｕｔｅｃｔｉｃｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ【Ｊ】．ＡＦＳＴｒａｍ．，
ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅｓｍｅｔｈｏｄ
１１ｑ
２．４确定凝固特点
可以通过冷却曲线的一阶导数曲线来确定合金在一定冷却速率下的液相线温度．同相线温度，以及凝同过程中各种相的形成温度等【１．４．９阍。３
网
ＢａｃｋｅｍｄＬ，ＳｈａｏＹ．Ｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｉｎａｌｕｍｉｎｕｍ
鼬ａｒｅｓｕｌｔｏｆａｄｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｉｔａｎｉｕｍ
ａｎｄｂｏｒｏｎ，ｐａｒｔＩ［刀．
Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ，１９９ｌ，６７（７．８）：７８０－７８５．
例ＷａｎｇＱ，ＬｉＹＸ，Ｌｉ
ａｎｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
Ｘ
Ｃ．Ｇｒａｉｎ
ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｏｆ
ＡＩ・Ｓｉａｌｌｏｙｓ
ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｂｙｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｃｏｏｌｉｎｇｃｕｒｖｅｓ
结束语
目前热分析技术用于表征晶粒细化或凝固过程
啊．Ｍｅｔａｌｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｍ．Ａ，２００３，３４Ａ：１１７５・１１８２．
∞
ＡｒｇｙｒｏｐｏｕｌｏｓＳ．Ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌ－ｓｉｆｏｕｎｄｒｙ
ｉｎ
ａｌｌｏｙｓｕｓｉｎｇ
ａ
ｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ忉．ＡＦＳ
Ｔｒａｍ．，１９８３．９１：３５１－３５８．
中的其它特征时，还存在一些问题，即准确性、可重复性不高，以及缺乏广泛认可的统一标准。如计算液相线、同相线温度时有不同的方法。而在计算潜热和
ⅢＹｅｎＣＭ．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｃａｓｔｉｎｇａｌｌｏｙｓ
ｗｉｔｈｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ－ａｉｄｅｄｔｈｅｒｍａｌ１９８５，９３：１９９．２０４．
ａｎａｌｙｓｉｓ【Ｊ】．ＡＦＳＴｒａｎｓ．，
（下转第２６页）
Ｈｏｔ
ＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２０１０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．０７
金属铸锻焊技术｛Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ
金的性能研究还不充分，有待进一步发展。比如对锌铝合金的热膨胀性、低温脆性的研究还不充分，表面热处理等方面的研究还不成熟：在高铝锌基合金变质剂处理方面，变质剂的选择过于单一，应拓宽变质剂的选择范闱：稀土对铸造锌铝合金的作用机制还不完善，对稀土镧、铈、锰、钇、错以外元素研究较少，应大力发展。
［１３】１１２］【１０】
２０１０年４月
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【２ｌ】
Ｔｏｒｉｓａｋａ
ａ
Ｙ，ＫｏｊｉｍａＳ．Ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｏｆ
ａｌｌｏｙ叨．ＡｃｔａＭｅｔａｌｌ
ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃＺｎ－２２％ＡＩｅｕｔｅｃｔｏｉｄ
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（上接第２２页）
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ａｎｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｂｙｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆｃｏｏｌｉｎｇＣＵＩ＇Ｖ韶［Ｊ】．Ｍｃｔａｌｉ．Ｍａｔｅｒ．Ｔｍｍ．Ａ，２００３．３４Ａ：１１７５－ｉ１８２．
【１３】Ｂａｒｌｏｗ
ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｊ
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Ａ
Ｋ，Ａｍｂｅｒｇ
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Ｏｎｔｈｅａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆ
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（２４５）：３０９．
ＨＯＴＷ
ＯＲＫＩＮＧＴ
ＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｈｏｔ
Ｗｏｒｋｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．０７
热分析技术及其应用
作者：作者单位：
黄张洪， 赵惠， 吕利强， 高文柱， HUANG Zhanghong， ZHAO Hui， LV Liqiang， GAOWenzhu
黄张洪,吕利强,高文柱,HUANG Zhanghong,LV Liqiang,GAO Wenzhu(西部金属材料股份有限公司,陕西,西安,710201)， 赵惠,ZHAO Hui(西安天力金属复合材料有限公司,陕西,宝鸡,721014)
热加工工艺
HOT WORKING TECHNOLOGY2010，39(7)0次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
参考文献(17条)
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1.期刊论文 倪锋.佟红霞.李大维.NI Feng.TONG Hong-xia.Li Da-wei 炉前热分析冷却曲线的数字滤波 -铸造设备研究2006,""(1)
提出了一种新的数字滤波方法,与平均值滤波和惯性滤波相比,能更加有效地滤除高频干扰,并使低频信号保真度也明显改善,尤其适合于炉前热分析实测冷却曲线的光滑处理.
2.学位论文 胡晓 冷却曲线的识别与铁水质量评估 2000
该文对用热分析法评估铁水质量的方法进行了系统的研究,提出了以冷却曲线的凝固段温度数据作为比较对象,用综合偏差值Ω判别铁水质量的新方法.以Borland Delphi 3.0和Microsoft Visual FoxPro 3.0为开发软件,建立了铁水冷却曲线与铸件的成分、组织和 性能之间的关系式数据库,用综合偏差法进行比较识别,实现了对铁水质量的综合评判和铸件性能预测.针对不同的热分析仪器,分别设计了硬件系统和软件系统.对工业生产中的实际冷却曲线进行了研究,得出了系统数据库的制定以及数据采集的规则.
3.期刊论文 李小春.李言祥.王强 Al-7Si合金热分析曲线识别与熔体细化处理研究 -材料科学与工艺2003,11(2)
介绍了一种新的热分析冷却曲线模式识别方法,用以评估Al-7Si合金的细化效果.采用冷却曲线凝固段(由大量初晶形核温度到大量共晶形核温度)作为标识,利用数据库建立冷却曲线与晶粒尺寸(细化处理效果)间的关系,通过冷却曲线模式识别结合数据库的方式测评Al-7Si合金的细化处理效果.结果表明:当表征冷却曲线间相似性的综合偏差值Ω趋近于0时,晶粒尺寸间的差向0收敛.在一定的凝固条件下,待测熔体的细化处理效果可通过数据库中与待测熔体的冷却曲线最相近曲线所对应的细化处理效果来定量评估.
4.期刊论文 王英杰.贾泮江.姚惟斌.WANG Ying-jie.JIA Pan-jiang.YAO Wei-bin 铸造铝合金热分析技术研究 -航空材料学报2000,20(3)
介绍了铸造铝合金热分析原理,主要研究了铸造铝合金晶粒度和共晶组织变质的热分析特征,选择和测定了冷却曲线上的ΔTl,tR和ΔTE,te两组特征点,提出了铸造铝合金晶粒细化和共晶硅变质程度的判据,为热分析法铸造铝合金质量控制提供了依据.
5.学位论文 王毅 热分析法在铸铁成分检测及性能预测中的应用 2007
液态合金质量的快速预测对于铸造生产具有重要的意义。传统的检验方法因检测周期长、费用高而不能满足铸造生产优化控制的需要，因此寻求快速、简便的炉前铁水质量检测与控制的方法，并研制与之配套的价格低廉、精度高且稳定性好的热分析仪具有重要意义。本文结合目前市场上流行的热分析仪大都是功能单一、灵活性较差、与目前通用机种的硬件环境不兼容、性价比低等的状况，设计出了一种新型的热分析系统。
硬件部分选用了适合作热分析的样杯。软件部分则由模块化设计的方法，具有采样前输入与所分析铸造合金相关的数据及坐标设定、温度数据的采集以及屏幕实时绘图、软件无损或有损滤波、特征值识别、求一阶微分曲线、数据的储存及复现等功能。可以对冷却曲线及其微分曲线进行精确的分析，能广泛用于铸铁的品质分析。实现了数据的实时采集与热分析图形的显示和处理，以及在灰铸铁质量分析上的应用。
用本文所设计的热分析系统进行了铸铁的热分析实验。根据已有的灰铸铁C、Si的质量分数和冷却曲线特征值间的关系模式，建立了新的预测模型，即用初晶温度和共晶温度等特征值作为自变量，把C、Si的质量分数，抗拉强度作为因变量，得到一套完整的回归方程。采用计算机辅助热分析系统完成了灰铸铁的炉前质量控制。试验结果经统计学分析用于在线控制获得满意结果。试验结果表明，灰铸铁的液相线温度和碳当量之间的关系可表达为CE=11.26—0.0063T。为了满足灰铸铁的抗拉强度大于250MPal的概率为95％的要求，灰铸铁的液相线温度应控制在1142℃～1195℃范围内。 结果表明，热分析法来测定铁液状态的低合金灰铸铁C、Si的质量分数，抗拉强度是完全可行的，且测定的数据准确，操作方便。
最后介绍了热分析仪的应用前景，提出在今后普及应用中需要改进测量精度、力学性能测报的成熟性和操作及干扰元素对测量结果的影响等问题。
6.期刊论文 张雷 热分析在铸造质量检测上的应用 -黑龙江科技信息2008,""(24)
热分析作为一种有效的测量手段已被广泛地应用于铸造生产中.简要分析了热分析的基本原理、分类和系统构成,详细综述了热分析在铸造生产质量检测方面应用.
7.会议论文 耿慧远.李言祥.陈祥.王雪 B对亚共晶Al-Si合金共晶凝固过程的影响 2004
本文研究了B含量及保温时间对Al-7Si合金凝固组织和冷却曲线的影响.利用热分析技术测量了冷却曲线共晶凝固段的特征值,利用图像分析技术测量了共晶Si相平均面积、形状指数.结果显示B的加入对Si相形状指数和冷却曲线特征值不产生大的影响;在一定的晶粒尺寸范围内共晶Si相平均面积随着初晶晶粒尺寸的减小而减小.
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10.学位论文 吕建南 热分析技术在铸造合金上的应用研究 2008
热分析是一项经典的分析技术，在国外铸造生产中已得到较为普遍的应用，但在国内的应用并不广泛。本文采用自行研制开发的热分析系统对灰铸铁和铝合金的质量进行检测，为生产中的应用积累数据和经验。
本文利用热分析方法研究高碳当量灰铸铁的凝固特征及在线检测制动盘质量，以加强生产过程中的质量控制，确保制动盘的品质。利用初生奥氏体的析出量来测评高碳当量灰铸铁轿车制动盘的力学性能，并采用牛顿热分析模型计算铸铁初生奥氏体的相变潜热及凝固过程中固相体积分数的变化，结果表明，当奥氏体体积分数为25％时，力学性能满足制动盘的要求，碳当量CE宜控制在4.25～4.35之间。
同时，本文采用加碲和不加碲两种类型的样杯在生产现场采集铸铁冷却曲线，对热分析冷却曲线特征值与化学成分之间的关系进行了探索，并通过多元线性回归优化热分析数学模型，同时利用热分析特征值对三角试样的白口宽度进行回归分析。结果表明，不加碲的样杯也可以进行热分析成分测试，且在炉料稳定的情况下，不加碲样杯比加碲样杯的热分析预报精度会更高。考虑Tmax、Ter等因素进行多元线性回归，不加碲样杯完全可以代替加碲样杯进行炉前热分析预报。
利用冷却曲线特征值表征319铝合金铸件气孔率及变质剂Sr的含量，测评319铝合金的熔体质量，结果表明，TE,minAlSi与TE,minAlCu的温度差△T随
。对319铝合金的冷却曲线进行规整化处理，利用经规整化处理后的冷却曲线进行整体形状的分析比较，能够避免很多影响热分析准确性的因素，并且不会影响对冷却曲线特征值的分析，应用到炉前热分析可以对合金熔体进行更加准确的测评。
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_rjggy201007006.aspx
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上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ．Ｗｅｌｄｉｎｇ金属铸锻焊技术
热分析技术及其应用
黄张洪１，赵惠２。吕利强１。高文柱１
（１．西部金属材料股份有限公司，陕西西安７１０２０１；２．西安天力金属复合材料有限公司，陕西宝鸡７２１０１４）
摘
要：探讨了热分析技术的原理、应用等。着重介绍了热分析技术在表征合金凝固过程特点中的应用。
关键词：热分析；冷却曲线；固相分数
中图分类号：ＴＧ２４４＋．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—３８１４（２０１０）０７－００１９－０４
ＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＨｕＡＮＧＺｈａｎｇｈｏｎ９１，ＺＨＡＯＨｕｉ２，ＬＶＬｉｑｉａｎ９１，ＧＡ０Ｗｅｎｚｌ＆ｕ１
（１．ＷｅｓｔｅｒｎＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌＣｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ７１０２０１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ＂ａｌｌ
ＴｉａｎｌｉＣｌａｄ
ＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ７２１０１４，
ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌ
ａｎａｌｙｓｉｓｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｌｌｏｙｓＷａｓｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｏｌｉｎｇｃｕｒｖｅ；ｓｏｌｉｄｆｒａｃｔｉｏｎ
在铸造合金中。显微组织的形成是相当重要的，它关系到合金的力学性能和铸造性能。化学成分也二样重要，它决定合金的物理性质和力学性能。通过化学分析可以得到合金熔液中各种化学成分的含量，但是在浇铸前，它不能告诉我们合金在凝固过程中将生成些什么相和组织，而热分析可以Ｉｎ。
却曲线分析（ＣＡ－ＣＣＡ）。
２热分析法的应用
热分析方法开始应用于铸造领域时用于分析铸铁的化学成分１３１。但是现在已经广泛应用于工业界的是利用其来分析铝合金的晶粒细化和Ａ１．Ｓｉ合金中的Ｓｉ变质程度【４】。但是此种热分析方法应用于镁合金还少有报道。这可能与镁合金本身的一些特征也有关系．镁的凝固潜热为８．９５４ｋＪ／ｍｏｌ。低于铝的１０．７９０Ｌｌ／ｍｏｌ和Ｆｅ的１３．８０ｋＪ／ｍ０１．因此在凝固初期较少有再辉现象出现。因而传统的应用于锅合金晶粒细化分析的参数如过冷度△Ｔ值不适用于镁合金，对镁合金分析时需要寻找新的参数来表征其晶粒细化程度。
冷却曲线代表样品向外界的散热和样品内部潜热释放的差值。如果假定样品内部温度梯度可以忽略，也就是假定符合牛顿定律冷却（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎｃ００１．ｉｎｇ）。冷却过程的热平衡方程为：
１热分析法的原理
热分析的方法最早用于确定相图，其基本原理是【２】：将熔融的金属液体样品浇到一个小杯中。测量其凝固过程中的温度变化．绘出对应的温度对时间的曲线，称之为冷却曲线。凝同开始时，由于凝固潜热的释放，金属液的冷却速率降低。出现热滞，这将改变冷却曲线的斜率。这样就可以确定其液相线温度以及在凝固过程中的热效应的反应．一直到完全凝固。由于凝固过程中相变的发生是与热量紧密相关的，因此，冷却曲线能够反映铸件或样品在凝同过程中的整个热过程。从而可以得到不同的信息，帮助我们定量或定性地理解一些凝同现象。近年来发展出一种计算机辅助热分析技术（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ＡｉｄｅｄＴｈｅｒｍａｌＡｎａｌｙｓｉｓ．简称ＣＡＴＡ）或称为计算机辅助冷
一ＶｐＣｐｄＴ／ｄｔ＝ｈＡ（卜珊
（１）
（１）式左边反映金属液体内部失去的热量，ｙ为样品体积；ｐ为样品密度；Ｇ为样品比热；Ｔ为样品温度。（１）式右边反映金属液向周围环境的传热量，ｈ为导热系数；Ａ为样品表面积；ｔ为时间；死为环境温度。
收稿日期：２００９—１０．１５
基金项目：“国家科技支撑计划”课题（２００７ＢＡＥ０７８０２）作者简介：黄张洪（１９７９一），男，博士；
电话：０２９—８６９６８３３４；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｈｕａｎｇ＠ｉｍｒ．∞．ｃｎ
当有相变发生时。热平衡方程即为：
ｄＱＬ／ｄｔ－ＶｐＣｐｄＴ／ｄｔ＝ｈＡ（弘劭
式中：Ｑ。为样品相变时所放出的热量。
（２）
《热加工工艺》２０１０年第３９卷第０７期
金属铸锻焊技术ｇｃａｓｔｉｎｇ．Ｆｏｒｇｉｎｇ．Ｗｅｌｄｉｎｇ由方程（２）可推导出：
ｄＴ／ｄｔ＝［ｄＱ，．／ｄｒ－ｈＡ（Ｔ－Ｔｏ）］ＩＶＧ
方程（３）即代表冷却曲线。２．１分析晶粒细化ｌＳ－‘ｌ
铸件的晶粒大小是与液相线温度时出现的形核中心的数目有关的。如果形核中心很多，许多晶粒能
。
２０１０年４月
（３）
ｇ
％
蔷
ｉ口
在很小的过冷度下形核。那么铸件就会有细小的晶
粒结构。然而。如果在液相线时形核中心很少，那么就需产生较大的过冷度。在较大过冷度下，更多的形核中心生成更多的晶粒，这些晶粒在凝固过程中释放热量使得熔体温度升高（再辉，Ｒｅｃａｌｅｓｃｅｎｃｅ），使得已有晶粒进一步长大，但是限制了新晶粒的形核。因此．晶粒数量减少。铸件的晶粒粗大。由于凝周初期的热行为与晶粒大小有着如此密切的联系，因此，对冷却曲线在液相线区间的分析能够有效地预测铸件的晶粒结构。
图ｌ给出了冷却曲线分析法表征晶粒细化常用的温度和时间参数。表１给出了这些参数代表的含义。
Ｆｉｇ．２
时间／ｓ
网２
初始凝ｌ司温度的确定
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
由于温度和时间参数并不能作为晶粒细化的直接判据，ＬｉＹＸ等【９】则采用了数据回归的方法来表征熔体的细化效果。他们预先建立了晶粒度与冷却曲线的数据库。然后采用力参数将待测熔体的冷却曲线与数据库中的曲线进行比较。力值最小的两条曲线其品粒细化程度等指标最接近。
冷却曲线的一阶导数也可以用来表征晶粒细化程度。ＡｒｇｙｒｏｐｏｕｌｏＳ等ｌｍ］的研究表明，初晶晶粒形核的难易程度与一阶导数曲线上的液相过冷峰的高低有对应关系，也就是说液相过冷峰低的（乃至消失）其形核相对容易从而可以导致晶粒细化。ＹｅｎＣ
恻
赠
Ｍ等【¨】贝Ｕ将一阶导数中液相线峰值处大于零的部分进行积分处理并命名为液相线峰值参数（Ｌｉｑ—ｕｉｄｕｓＰｅａｋＰａｒａｍｅｔｅｒ）。而且发现名义晶粒度与液相
时间
时间
（ａ）温度参数
（ｂ）时问参数
线峰值参数的关系有一定规律性。
李言祥等【－２】认为所有影响液态金属凝固过程的因素都将在其冷却曲线上有所体现．相同的熔体状态将产生相同的冷却曲线．反过来，相同的冷却曲线也表征了相同的熔体状态。因此通过对冷却曲线的识别。可以识别不同的熔体状态．如图３。有两种基本方法可以表征两条曲线的相似程度。
图１冷却曲线分析法表征晶粒细化需要的温度和时间参数［６１
Ｆｉｇ．１
ｔｉｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ
ｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｂｙｃｏｏｌｉｎｇｃａｌｖｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ【６】
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄ
表ｌ
Ｔａｂ．１
冷却曲线分析法表征晶粒细化常用的温度和时间参数ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒＳｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｂｙｃｏｏｌｉｎｇｃｕｒｖｅｍｅｔｈｏｄ
代表含义彤核温度最低过冷温度最商ｆｌ｝辉温度
参数
“幻ｈ
参数ｎｎ
％
代表含义形核开始时问开始再辉时间最高冉解时间
由于可导致晶粒细化的异质形核中心越多。合金起始凝同所需要的过冷度越小乃至减少到零，因此有
。氐ｉ太
、、．
眵—ｏ≮
△Ｉ
．
．的研究认为晶粒细化与过冷度△％ｕ关系密切同。开始
凝固的温度一般定义为冷却曲线斜率开始快速增加的点。即一阶导数曲线开始急剧上升的点［ｇｌ。Ｉｂａｒｒａ则用二次导数来确定这一点。因此这一点的确定有较大的人为因素。图２为用一阶导数曲线和二次导数曲线确定开始凝同温度。
Ｆｉｇ．３
１‘
．Ａ
一
图３冷却曲线模式识别示意图
ｌｌｌｕｓｌｙａｔｅｄｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｍｏｄｅｏｆｃｏｏｌｉｎｇ
ＣｌｌｌＷｅ￥
（１）面积法
两条曲线间所夹的面积Ａ可以表征两条曲线
Ｈｏｔ
ＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．０７
上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ§金属铸锻焊技术
的接近程度（间距大小）。
ｄＱＬ／＆一ＶｐＣ＿ｐｄｒ／ｄｔ＝ｈＡ（弘珊
Ａ＝∑ｌ△列血ｉ
冷却曲线表达式：
其中ＡＴ＝Ｔ，一Ｔ’ｉ为时间ｔ时刻两条冷却ｆｌ｝ｌ线的温度ｄＴ／ｄｔ＝【ｄＱｃ他一Ｍ（弘釉】／ｙｃｐ
差，血ｉ为时间为步长。很明显，Ａ越小，则两条曲线的当没有相变时。冷却曲线表达式为：
相似程度就越大。当Ａ＝０的时候，两条曲线棚同。
ｄＴ／ｄｔ＝－ｈＡ（弘哟】／ｙＧ
（２）偏差法
这就代表冷却过程中没有相变。称之为零线或面积法反映的是两条曲线间的平均距离，而不基线。
反映两条曲线问的形状差异。偏差法则考虑了两条用下标ｃｃ代表冷却曲线，Ｚ．Ｃ代表基线。相变过曲线间的平行程度（形状相似程度）：
程中潜热释放速率可以表示为：
Ｓ＝［Ｅ（ＡＴ，－ＡＴｙ／（ｎ－１）］１尼
其中△弘乏ＡＺ／ｎ，ｎ为总的采数点。Ｓ越小，两根线的警＝坳ｃＰ【（誓太一（誓ｕ
相似程度越大。Ｓ＝Ｏ时，两根线完全平行或重合。
积分得：
把上面两个因素综合起来，提出了综合偏差法。
ＱＬ＝ＶｐＣｐ』［（誓Ｈ誓）Ａ
ｄｔ
Ｏ＝－１＂２ＡＴｉＩ／ｎ＋Ｓ
．
或是：Ｌ＝Ｑ。／Ｖｐ＝ＣＰ・（ｃｃ微分曲线下的面积一ｃ微分当ｎ趋近于０的时候．两条曲线也趋近于相
曲线下的面积）
似。当／＇２＝０时，两条曲线相同。。￡即相变潜热，厶为凝同时间。因此可以计算出２．２结晶潜热和固相分数的计算
在时间ｔ时固相分数为：
潜热：物质发生相变（物态变化），在温度不发生变化时吸收或放出的热量叫作潜热。现在报道的一［（誓）。一（誓舭
般只有纯金属或简单二元合金的潜热测量或计算，Ｂ＝
对于有较大凝固区间的多元合金的潜热测量或计算都不完善。有一些机理被用来描述潜热释放与铸件［（誓）。一（誓瑚出
＝一Ｃｅ！ｄＴ一）ｃｃ一（－誓－－）Ａ山
凝固过程的模拟。大部分模型都认为潜热释放与固２．２．２傅立叶分析模型【１３】
相分数成比例。利用热分析的方法计算潜热和同相傅立叶分析模型假定系统中的热交换以热传导分数时，零线或者说基线的确定很重要。根据不同基为主（在圆筒形试样中是正确的【１４１）。有一个热源的线的确定方法可分为：牛顿分析模型（Ｎｅｗ／ｏｎｉａｎ
傅立叶方程式为：
Ｔｈｅｒｍａｌ
Ａｎａｌｙｓｉｓ）和傅立叶分析模型（Ｆｏｕｒｉｅｒ
Ｔｈｅｒｍａｌ誓＝ａＶ２ｎ专孚
Ａｎａｌｙｓｉｓ）．如图４。
Ｏ．８誓毛・（誓＿ｚ，）Ｚｒ＝ａＶ２Ｔ・
０．６０．４历就是傅立叶零线。对于圆筒试样，有：尺。，尺２０．２－舶分别是两个热电偶所在位置的半径值，Ｃ，是体积比０
２
热容。Ｑ为凝同过程中所释放的热，则
—０．２书
．０．４％
Ｖ
２Ｔ＝４（Ｔ２－Ｔ，）．
．０．６
尺２一Ｒ１
其为合金液的热导率。
时间／ｓ
如果假定在整个过程中热导率不变。在纯液相
图４牛顿及傅罩叶热分析模型
Ｆｉｇ．４
ＮｅｗｔｏｎｉａｎａｎｄＦｏｕｒｉｅｒｔｈｅｒｍａｌ
部分，萨婴／Ｖ２ｒ
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ａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｓ
２．２．１牛顿分析模型
婴即开始凝同前冷却曲线的斜率。当固液两
牛顿分析模型【习认为液体内部温度梯度可以忽相热导率不同时，则需要进行迭代。假定开始时为线略不计，凝同过程中热平衡方程式：
性关系，则开始时的固相分数表达式为：
《热加工工艺》２０１０年第３９卷第０７期
２１
金属铸锻焊技术Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ
２０ｌＯ年４月
￡：！＝垒
Ｊ６“一ｔ６
同相分数时，零线或者说基线的确定方法之间存在差异。再者，应用热分析技术评价晶粒细化时，需要事先做大量的实验以期得到标准的冷却曲线来做比较。抛开标准曲线的准确性不谈．对比合金在凝固过程中由于环境温度、模具、熔体成分变化、浇铸温度及速度等的改变而导致合金冷却过程中热力学和动
０１０）：硼６【１币（￡）】＋ａ。五（￡）
）＝Ｃｖ，ｄｌ－Ａ（０］＋ｃｖ，石（￡）
结晶潜热：￡＝Ｊ掣（ｔ）ｄｔ，
醐分数：ｚ＝Ｆ１Ｊ：誓（ｆ）山
２．３冷却曲线分析对枝晶干涉点的表征
用双热电偶热分析法来确定枝晶干涉点（ｃｏｈｅｒｅｎｃｙｐｏｉｎｔ）Ｉ拘应用是经过ＴａｍｍｉｎｅｎＪ，Ｃｈａｉ
Ｇ嗍
力学环境的变化，从而影响冷却曲线的形状。但是。由于热分析技术的可操作性高、简单、快捷，并且能比较真实地模拟工业应用的实际凝固过程。因而，热分析方法还是常用于评价铁合金、铝合金等的凝固过程及凝同过程中其它热力学特征等。参考文献：
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以及ＤａｈｌｅＡＫ等ＩｔＳｌ在研究铝合金时进一步研究而逐步完善的。图５为用双热电偶热分析法确定枝晶干涉点的示意图。尽管双热电偶热分析法可以作为确定枝晶干涉点的简易方法．但是ＶｅｌｄｍａｎＮ
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Ｍ等【１日研
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究发现。双热电偶热分析法与旋转扭矩剪切法得到的枝晶干涉点不同．并认为旋转扭矩剪切法属于直接物理测量其结果。应该更为可靠。ＲｉｄｄｌｅＹＷ等【１７１采用双热电偶法装置对铝合金和镁合金的凝固行为进行了表征。他们将双热电偶热分析法的温度差值（ＡＴ）定义为瓦一瓦，其中下标ｅ代表ｅｄｇｅ（边缘热电偶），下标ｃ代表ｃｅｎｔｅｒ（中心热电偶）。
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图５双热电偶热分析法确定枝晶干涉点【１坷
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ａｎｄｅｕｔｅｃｔｉｃｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ【Ｊ】．ＡＦＳＴｒａｍ．，
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２．４确定凝固特点
可以通过冷却曲线的一阶导数曲线来确定合金在一定冷却速率下的液相线温度．同相线温度，以及凝同过程中各种相的形成温度等【１．４．９阍。３
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ＢａｃｋｅｍｄＬ，ＳｈａｏＹ．Ｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｉｎａｌｕｍｉｎｕｍ
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结束语
目前热分析技术用于表征晶粒细化或凝固过程
啊．Ｍｅｔａｌｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｍ．Ａ，２００３，３４Ａ：１１７５・１１８２．
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ＡｒｇｙｒｏｐｏｕｌｏｓＳ．Ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌ－ｓｉｆｏｕｎｄｒｙ
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ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ忉．ＡＦＳ
Ｔｒａｍ．，１９８３．９１：３５１－３５８．
中的其它特征时，还存在一些问题，即准确性、可重复性不高，以及缺乏广泛认可的统一标准。如计算液相线、同相线温度时有不同的方法。而在计算潜热和
ⅢＹｅｎＣＭ．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｃａｓｔｉｎｇａｌｌｏｙｓ
ｗｉｔｈｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ－ａｉｄｅｄｔｈｅｒｍａｌ１９８５，９３：１９９．２０４．
ａｎａｌｙｓｉｓ【Ｊ】．ＡＦＳＴｒａｎｓ．，
（下转第２６页）
Ｈｏｔ
ＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２０１０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．０７
金属铸锻焊技术｛Ｃａｓｔｉｎｇ・Ｆｏｒｇｉｎｇ・Ｗｅｌｄｉｎｇ
金的性能研究还不充分，有待进一步发展。比如对锌铝合金的热膨胀性、低温脆性的研究还不充分，表面热处理等方面的研究还不成熟：在高铝锌基合金变质剂处理方面，变质剂的选择过于单一，应拓宽变质剂的选择范闱：稀土对铸造锌铝合金的作用机制还不完善，对稀土镧、铈、锰、钇、错以外元素研究较少，应大力发展。
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Ｗｏｒｋｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．０７
热分析技术及其应用
作者：作者单位：
黄张洪， 赵惠， 吕利强， 高文柱， HUANG Zhanghong， ZHAO Hui， LV Liqiang， GAOWenzhu
黄张洪,吕利强,高文柱,HUANG Zhanghong,LV Liqiang,GAO Wenzhu(西部金属材料股份有限公司,陕西,西安,710201)， 赵惠,ZHAO Hui(西安天力金属复合材料有限公司,陕西,宝鸡,721014)
热加工工艺
HOT WORKING TECHNOLOGY2010，39(7)0次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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2.学位论文 胡晓 冷却曲线的识别与铁水质量评估 2000
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5.学位论文 王毅 热分析法在铸铁成分检测及性能预测中的应用 2007
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9.期刊论文 胥军.吴旭敏.余小华.张幼陵 一种新型的热分析试验法及其应用 -武汉理工大学学报(信息与管理工程版)2003,25(2)
提出了一种新型的热分析试验法,它能够测定金属液与型壁接触瞬间的冷却曲线,运用该方法测试得到试验数据,不仅可以完善对金属凝固过程的研究,而且还能够指导生产实践,如薄壁材料生产中的炉前快速分析等.
10.学位论文 吕建南 热分析技术在铸造合金上的应用研究 2008
热分析是一项经典的分析技术，在国外铸造生产中已得到较为普遍的应用，但在国内的应用并不广泛。本文采用自行研制开发的热分析系统对灰铸铁和铝合金的质量进行检测，为生产中的应用积累数据和经验。
本文利用热分析方法研究高碳当量灰铸铁的凝固特征及在线检测制动盘质量，以加强生产过程中的质量控制，确保制动盘的品质。利用初生奥氏体的析出量来测评高碳当量灰铸铁轿车制动盘的力学性能，并采用牛顿热分析模型计算铸铁初生奥氏体的相变潜热及凝固过程中固相体积分数的变化，结果表明，当奥氏体体积分数为25％时，力学性能满足制动盘的要求，碳当量CE宜控制在4.25～4.35之间。
同时，本文采用加碲和不加碲两种类型的样杯在生产现场采集铸铁冷却曲线，对热分析冷却曲线特征值与化学成分之间的关系进行了探索，并通过多元线性回归优化热分析数学模型，同时利用热分析特征值对三角试样的白口宽度进行回归分析。结果表明，不加碲的样杯也可以进行热分析成分测试，且在炉料稳定的情况下，不加碲样杯比加碲样杯的热分析预报精度会更高。考虑Tmax、Ter等因素进行多元线性回归，不加碲样杯完全可以代替加碲样杯进行炉前热分析预报。
利用冷却曲线特征值表征319铝合金铸件气孔率及变质剂Sr的含量，测评319铝合金的熔体质量，结果表明，TE,minAlSi与TE,minAlCu的温度差△T随
。对319铝合金的冷却曲线进行规整化处理，利用经规整化处理后的冷却曲线进行整体形状的分析比较，能够避免很多影响热分析准确性的因素，并且不会影响对冷却曲线特征值的分析，应用到炉前热分析可以对合金熔体进行更加准确的测评。
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下载时间：2010年9月5日