铸铁机械性能快速测定法及其装置是用于在浇注过程中实时予测铸铁的抗拉强度σb和硬度HB的，它是一种通过热分析曲线和微分分析曲线的特征值来预报铸铁机械性能的方法。波兰学者S.Jura在1979年第46届国际铸造年会上曾经发表了一篇名为“铸铁凝固过程的微分分析”的论文，首次用热分析曲线和微分分析曲线的特征值预报了铸铁的抗拉强度和硬度，他是以（热分析曲线上的液相线温度），KB（微分分析曲线上初晶转变后的最大冷却速度）和β（共晶段的微分分析曲线相对于时间坐标的倾角）等三个量来作为其回归曲线的特征值地，其铸铁机械性能和特征值之间的回归方程为： σb＝a1+b1TL+c1β+d1（KB）2
HB＝a2+b2TL+c2β+d2KB
其中，a1，b1，c1，d1，a2，b2，c2和d2为常数项，可根据铸铁的原材料和熔炼工艺的变化而做适当的调整。该作者提出的回归方程为：
σb＝-552.6+4.95×10-4T2L+8.4β-0.16（KB）2
HB＝-1105.2+1.14TL-1.32β-1.15KB
其相应的测定装置是由，热电偶、比例-微分器、记录仪和稳压电源组成，图见图1。这种微分分析快速测定法的理论根据是：在试样的工艺参数和浇注温度一定时，由于图相和液相比例变化而导致的热容量变化的条件下，试样温度的变化速度（即冷却速度）可直接反映出铸件凝固速率的变化，而铸件凝固速率的变化又可反映出合金组织的形核和生长情况并决定着凝固后的金相组织。因此，微分分析曲线上的温度变化率以及由此取出的一些时间参数可以进一步描述合金的组织和与此对应的机械性能。其中，特征值TL是反映了化学成份对机械性能的影响，KB则反映了试样温度的变化速度对机械性能的影响。波兰学者S.Jura所提出的上述回归方程其主要缺点在于：它没有反映浇注温度的波动对KB的影响，同一成份的铁水当浇注温度波动时KB就不是恒定的：当浇注温度高时，冷却速度较慢，KB值就小;反之，KB值就大;再加上测量装置精度不够，其误差可高达10%左右，一直未能用于生产。本发明的特征是：用特征值（KB+τ3）来代替KB，其中τ3是指：微分分析曲线上共晶转变开始至共晶转变峰点之间的时间间隔。浇注温度对τ3的影响刚好和它对KB的影响相反：浇注温度高时共晶转变时间延长，τ3值大大些，反之就小些。因而采用（KB+τ3）作特征值可以抵消浇注温度波动对冷却速度的影响，其特征值与机械性能之间的回归方程如下：
σb＝a′1+b1′TL+c′1（KB+τ3）
HB＝a′2+b′2（KB+τ3）
其中，a1′，b1′，c′1，a2′，b′2和c′2为常数项，可根据铸铁的原材料和熔炼工艺的变化而作适当的调顿。另外，本发明所采用的装置框图见图2所示。其特点是：它是微机化的。放大器接收了热电偶来的信号后，其输出就通过一个负压截止电路送到一个十二位的模/数转换器中，再由后者转换后送到微型计算机中去。另外，为了解决热电偶的冷端温度补偿和零点迁移，在热电偶和放大器之间又串入了一个补偿电路。放大器采用自动稳零电路。由于具有以上特点，采用本方法及装置后机械性能的测定误差可小于7%。
实施例：
本方法所用的装置见图2。其中，
样杯：尺寸为35×35×70mm。中间放置直径为3mm，壁厚为0.5mm的石英保护管。
热电偶：高精度镍铬-镍硅热电偶，放在石英保护管中。热电偶其长期使用温度为1000℃，短期使用温度可达1300℃。为了保护测温精度，采用高频可控硅激弧77-1型氩气保护热电偶焊机焊接。
放大器：采用廉价的791c，7910运放及3DJ7F场效应管组成了两级串接放大器，在电路结机上采用双通道自动稳零放大器的形式，其实际放大倍数为500倍，整个放大器的常温漂移小于20μv/12小时，线性度优于0.02%。
12位模/数转换器负压截止及补偿电路都是通用的电路。
主机：选用TP801单板机。
实验方法
1、求抗拉强度σb与液相线温度TL和（τ3+KB）的回归方程：
通过大量实验，分别作出σb与TL，σb与（KB+τ3）的散点图，再对实验数据进行一元线性回归与析，分别找出σb与TL、σb与（KB+τ3）的一元回归方程。但考虑到TL与（KB+τ3）是从化学成份和冷却速度两个不同的角度对σb产生影响，故上需将这二个特征值放在一起进行二元线性回归，得出其最后的回归方程为：
σb＝-111.9042+0.1041TL+0.1699（KB+τ3）
2、求硬度HB与TL和（KB+τ3）的回归方程：
通过与上述相同的步骤和方法，即可求出其最后的回归方程为
HB＝-495.8962+0.5884TL+0.2104（KB+τ3）
以上所用的特征值TL、KB与τ3都是通过大量实验，从热分析和微分分析曲线上得出的，其曲线图见图3。
最后的误差分析请见表1所示，与HB相对误差一般在7%以下。
【附图说明】
图1、微分测量装置方框图
1-热电偶;
2-比例部分;
3-微分部分;
4-记录部分;
5-稳压电源。
图2、WRZ-1型机械性能快速测定仪方框图
1-样杯;
2-热电偶;
3-放大器;
4-模/数转换器;
5-TP801单板机;
6-输出显示;
7-输出打印;
8-磁带机;
9-双路扫描。
图3、灰铸铁的热分析和微分分析曲线
TL-液相线温度（G）;
KB-初晶转变后的最大冷却速度（G/秒）;
τ3-微分分析曲线上，共晶转变开始至共晶转变峰点之间的时间间隔（秒）;
表1-σb与HB的计算相对误差的测试数据表。
编号-各种不同成份的灰铸铁的编号;
WRZ-1型-本发明提出的铸铁机械性能快速测定装置;
σb（拉力机）-是在拉力机上测得的σb值;
HB（硬度计）-是在硬度计上测得的HB值。
续表1、
编号 HB（WRZ-1型） HB（硬度计） 相对误差（%）
1-1 251 269 6.7
1-2 258 257 0.4
1-3 250 253 12
1-4 256 266 3.8
1-5 253 246 2.8
1-6 255 246 3.7
1-7 252 244 3.2
2-1 212 211 0.5
2-2 216 215 0.5
2-3 225 230 2.6
2-4 236 236 0.0
2-5 241 236 2.1
2-6 241 232 3.9
2-7 243 253 4.0
2-8 235 231 1.7
2-9 240 252 4.8
3-1 241 239 0.8
3-2 240 257 6.6
3-3 239 234 2.1
3-4 237 239 0.8
表1、与HB的计算相对误差的测试数据表
编号 σb（WRZ-1型）N/mm2σb（拉力机）N/mm2相对误差（%）
1-1 373.97 372.5 0.4
1-2 382.49 386.81 1.1
1-3 365.72 354.47 0.7
1-4 363.48 362.11 0.3
1-5 351.62 334.18 6.5
1-6 359.46 347.70 3.7
1-7 348.59 343.20 0.15
2-1 252.74 259.99 2.7
2-2 263.03 280.67 6.3
2-3 304.00 302.72 0.4
2-4 332.32 316.44 5.0
2-5 335.94 321.83 4.4
2-6 340.84 345.74 1.4
2-7 349.27 353.49 1.2
2-8 320.26 319.97 0.1
2-9 340.45 352.02 3.2
3-1 332.91 319.68 4.1
3-2 337.71 342.31 1.3
3-3 325.07 314.09 3.5
3-4 324.58 304.39 6.6
参考文献
1.铸铁凝固过程的微分分析
波兰S.Jura《1979年第46届国际铸造年会论文集》。1979。