2020年“全国铸造行业创新技术与产品评选”工作自启动以来，受到了业界的广泛关注与参与，最终13项初评入围项目参加了11月8日在安徽合肥举办的终评及答辩环节。河北工业大学与天津撒布浪斯探测仪器有限公司共同研发的《“两步法”蠕化处理工艺及其冶金质量在线智能测控系统》被评定为“2020年度全国铸造行业创新成果”。
评选现场
创新成果：“两步法”蠕化处理工艺及其冶金质量在线智能测控系统申报单位：河北工业大学，天津撒布浪斯探测仪器有限公司关键词：蠕墨铸铁；蠕化处理；两步法；智能系统；冶金质量
研究背景
大批量生产蠕墨铸铁，保证其冶金质量稳定性非常困难，致使蠕墨铸铁件的质量不稳定，废品率较高。国外已经有比较成熟的蠕墨铸铁热分析控制系统，国内也有公司购买使用。但是，由于国外设备价格昂贵、耗材成本高以及工艺适用范围窄等问题，经常出现“即使买得起也用不起”的情况，很多设备被束之高阁。因此，开发适合国情且具有独立知识产权的蠕墨铸铁冶金质量在线智能检测与调控系统是提高我国铸造行业蠕墨铸铁生产技术水平的当务之急。
相关专利
1.一种预测过共晶成分蠕墨铸铁蠕化率的方法，ZL201711433775.8
2. 一种炉前热分析温度采集样杯，ZL201621059843.X
3. 一种控制球墨铸铁球化率的方法，ZL2018109715296
实施案例
1.在蠕墨铸铁缸盖、缸体和刹车鼓等汽车配件生产中的应用
2.在蠕墨铸铁玻璃模具生产中的应用
3.本项目技术在蠕墨铸铁液压件中的应用
4.本项目技术在球墨铸铁生产中的应用
市场前景及效益
汽车是我国国民经济发展的重要支柱产业。发动机是汽车的心脏，进一步提高发动机性能的措施之一是增加燃烧室内腔的高峰点火压力，由此引起的热力负荷增加，然而，目前广泛使用的高强度灰铸铁的性能越来越不能满足使用要求。因此，没有优质高档铸件，就没有高质量的发动机，也就没有高性能的汽车。我国要想进入世界汽车强国的行列，必须提高发动机的自主研发能力，铸造作为汽车发动机的基础部件的支撑行业，急需开发出优质发动机应用的缸体、缸盖、排气管、涡轮增压器壳体等高质量关键部件。蠕墨铸铁作为21世纪的发动机零部件的优选材料，其应用前景非常广阔。但是，蠕墨铸铁处理过程中变化因素太多，常常导致蠕化率等技术参数不稳定，影响了蠕铁铸件的冶金质量。所以，本项目开发的“两步法”蠕墨铸铁处理工艺及其智能在线检测仪器与控制装备，为提高我国蠕墨铸铁件的内在质量将提供了一种新的技术工艺路线与装备保障，具有非常大的市场应用前景。
本项目历经12年的潜心研究与开发，已经进入工业化应用阶段。目前，该技术已经在国内7家铸造企业落地，进行蠕墨铸铁缸体、缸盖、玻璃模具、刹车鼓、液压件等铸件的生产质量控制。实践表明，应用“两步法”蠕化处理工艺及其测控系统，蠕墨铸铁的蠕化率非常稳定，铸件的收缩缺陷显著降低，铸件合格率大大提高，增加了企业的经济效益。同时，由于蠕墨铸铁生产技术的提升，有的企业拓展了新的市场，提高了市场占有率。同时，该项新技术也可应用于球墨铸铁冶金质量的智能在线调控，提高球墨铸铁件的冶金质量，降低铸件的缺陷，同时提高球铁铸件的工艺出品率。另外，与冲入法相比，“两步法”处理工艺产生的污染少，车间环境显著改善。
成果介绍
创新成果：“两步法”蠕化处理工艺及其冶金质量在线智能测控系统
成果描述
1. 主要内容
依据目前蠕墨铸铁冲入法和喂丝法处理过程中存在的不可克服的技术问题，开发了“两步法”蠕化处理新工艺（如下图所示）。首先出铁时进行包内预蠕化处理（欠蠕化），然后，根据预处理蠕化铁液的冶金状态和铸件对孕育指数和蠕化率的目标要求，进行二次的喂线蠕化和孕育处理，然后再去浇注铸件。这样，可保证每一包蠕化处理的铁液满足铸件对冶金质量的要求，使得蠕化处理的包失败率降低为零，显著提高了蠕墨铸铁铸件的质量稳定性。
2. 创新点
（1）工艺创新：“两步法”蠕化处理工艺解决了原铁液冶金质量不稳定、“冲入法”蠕化处理过程中变化因素多且不可控等导致蠕化率波动性大的技术难题。
（2）设备创新：基于“两步法”蠕化处理的工艺要求，成功开发了蠕墨铸铁冶金质量在线智能预测和调控系统，其中，软件和硬件具有独立的知识产权，填补国内空白。
（3）理论创新：本项目基于凝固热分析技术原理，研究了蠕墨铸铁的凝固过程，揭示了亚共晶、共晶和过共晶蠕墨铸铁凝固过程中奥氏体和蠕虫石墨的生长机制，在此基础上创造性的提出了表征蠕铁冶金质量在线检测的技术参数：蠕化率、孕育指数、共晶指数、缩松指数、动态共晶点等。研究与实践表明，这些冶金质量参数与蠕墨铸铁的冶金质量密切相关，能够进一步全面数字化表征铁液冶金质量的优劣，解决了目前三大冶金质量指标存在的短板。
3. 实施措施
目前，根据我国铸造企业或车间的现有电炉熔炼、造型线或者手工造型生产条件，无需要添加其他设备，本项目均可顺利实施，保证蠕墨铸铁蠕化处理过程的稳定性和铸件的内在质量要求。
创新亮点
1. 理论创新：研究发现，实际生产蠕铁凝固热分析曲线的变化规律并不规范，形状复杂，基于液淬技术揭示了亚共晶、共晶和过共晶蠕墨铸铁凝固过程中奥氏体和蠕虫石墨的生长机制。在此基础上创造性的提出了表征蠕铁冶金质量在线检测的技术参数：蠕化率、孕育指数、共晶指数、缩松指数、活性Mg等。特别提出了动态共晶点的概念，并研究出了寻找动态共晶点理论与方法。大量研究与实践表明，这些冶金质量参数与蠕墨铸铁的金相组织、铸造性能和力学性能密切相关，能够全面地数字化表征蠕化铁液的冶金质量优劣。
2. 工艺与设备创新：基于对蠕铁凝固机制的认识，开发了“两步法”蠕化处理工艺，解决了原铁液冶金质量不稳定、“冲入法”或“纯喂丝法”蠕化处理过程中变化因素多且不可控等导致蠕化率波动性大的技术难题。根据“两步法”蠕化处理的工艺要求，成功开发了蠕墨铸铁冶金质量在线智能预测和调控系统，其中，软件和硬件具有独立的知识产权，填补国内空白，达到国际先进水平。
3. 软件系统基于凝固温度曲线的“逐差和”和“双窗口”法的特征值快速、准确、可靠提取技术，实现了智能分析系统的蠕化铁液冶金质量的快速实时预测及修正信息反馈。
