一种古代铸铁与块炼铁制品的判别方法技术

本发明专利技术的实施例公开一种古代铸铁与块炼铁制品的判别方法，属于古代钢铁制品的判别方法的技术领域。所述的判别方法包括古代铸铁与块炼铁制品的金相分析和非金属夹杂物分析两部分；其中：金相分析针对的是古代铸铁与块炼铁制品的室温平衡组织不同来判别，非金属夹杂物分析针对的是古代铸铁与块炼铁制品的非金属夹杂物的数量、成分、形貌和分布。本发明专利技术通过合金相组织和夹杂物的协同分析，从而得到精准的判别古代铸铁与块炼铁制品的方法，利于大规模推广和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种古代铸铁与块炼铁制品的判别方法
本专利技术属于古代钢铁制品的判别方法的
，尤其涉及一种基于夹杂物特征的古代铸铁与块炼铁制品的判别方法。
技术介绍
从古至今，铁的生产与流通在人类历史发展进步的过程中发挥着重要的作用。经过长期研究，古代冶铁制钢技术的发展脉络已经初步形成，但具体冶炼加工工艺的判定方法还存在空缺。冶铁制钢相关的史料记载十分有限，因此除了进一步挖掘古籍中的相关信息以外，对考古发掘出土（或出水）的遗物进行科学分析更是了解古代铁业重要手段。相较于现代钢铁材料研究目的，研究古代钢铁制品最基本的目标是铁器的制作工艺鉴定与钢铁性能评估。目前，国内外应用于古代钢铁材料鉴别的手段主要是通过局部取样、制样、浸蚀后，进行金相组织结构观察，并以此判断器物可能对应的冶炼工艺。但是，古代钢铁制品工艺多样性前提下，以往研究缺乏系统全面的判定标准。同时，以金相观察为主的科学研究维度较为单一，往往会出现工艺界定模糊的区间，相关依据不足以支撑特定的工艺判定。夹杂物在钢铁制品中是普遍存在的，其微观特征与冶炼、加工环节紧密相关，可作为另一维度的判断依据。古代钢铁制品中夹杂物的来源包括冶炼炉料、炉内反应产物、炉渣、脱落的炉壁以及生铁中的杂质元素等，其形成原因与多方面因素有关，不同的冶炼技术、加工工艺下形成的夹杂物形貌、成分各不相同；操作链中的助熔剂、木炭等的成分也会对夹杂物造成影响。因此，上述夹杂物各类特征可反映出制品对应的的冶炼加工工艺信息，从而有效补充具体冶炼加工工艺的判定方法上的空缺。中国古代钢铁冶炼技术体系是生铁及生铁制钢、块炼铁及块炼渗碳钢两套技术体系并存的发展模式。故而，有效区分两种冶炼体系下的钢铁制品，对厘清古代钢铁技术发展模式的重要基础，具有深远的研究价值。因此，本专利技术将系统整合金相组织、非金属夹杂物系列特征，形成一套区分古代铸铁制品与块炼铁制品的判定体系，通过合金相组织和夹杂物的协同分析，从而得到精准的判别古代铸铁与块炼铁制品的方法，利于大规模推广和应用。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是现有的判别古代铸铁与块炼铁制品的方法并不精准，存在鉴定维度单一、工艺界定模糊、相关依据不足以支撑特定的工艺判定的缺陷。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种古代铸铁与块炼铁制品的判别方法，所述的判别方法包括古代铸铁与块炼铁制品的金相分析和非金属夹杂物分析两部分；其中：金相分析针对的是古代铸铁与块炼铁制品的室温平衡组织不同来判别，非金属夹杂物分析针对的是古代铸铁与块炼铁制品的非金属夹杂物的数量、成分、形貌和分布，各参数判定为并行关系。优选地，所述古代铸铁制品，包括铸铁及其固态退火退碳制品，如白口铸铁、灰口铸铁、脱碳铸铁、韧性铸铁、球墨铸铁、脱碳熟铁以及铸铁脱碳钢；所指古代块炼铁制品，包括块炼铁熟铁及块炼渗碳钢制品。优选地，金相分析中，制品出现莱氏体、球状石墨、团絮状石墨、片状石墨组织，判定为铸铁制品；制品的金相组织为熟铁、含碳钢的金相组织，需介入制品非金属夹杂物数量、成分、形貌和分布来辅助判定工艺。优选地，非金属夹杂物分析中，从数量分析具体按照以下方式判断：1）制品质地纯净，无尺寸大于20μm的大块夹杂，于1000倍扫描电镜下观察，视域内1~10μm深色球形均质玻璃相夹杂数量小于10个，1~5μm灰色球形MnS夹杂数量小于5个，莱氏体组织晶界分布大量小于5μm的不规则铸造缩孔，即为铸铁制品；2）制品质地纯净，无尺寸大于20μm的大块夹杂，于1000倍扫描电镜下观察，视域内1~10μm深色球形均质玻璃相夹杂数量小于10个，1~5μm灰色球形MnS夹杂数量小于10个，即为铸铁固态退火脱碳钢制品；3）制品质地纯净，无尺寸大于20μm的大块夹杂，脱碳程度未出现铁素体的器物中，铁素体厚度可达1mm时，样品表面铁素体内夹杂物数量多于芯部，于1000倍扫描电镜下观察，视域内1~15μm的球形氧化物夹杂数量大于5个，即为铸铁固态退火脱碳的韧性铸铁；4）制品质地纯净，制品表面夹杂数量多于芯部，制品近表面于1000倍扫描电镜下观察，视域内1~15μm的球形氧化物夹杂数量大于5个，1~5μm灰色球形MnS夹杂数量小于3个，原莱氏体晶界处的铸造缩孔变为球形，即为铸铁固态退火脱碳熟铁；5）制品夹杂物较多，于100倍或低于100倍的扫描电镜下明显分辨出非金属夹杂物，通常视域下夹杂物数量大于20个，即为块炼铁熟铁制品或块炼渗碳钢制品。优选地，非金属夹杂物分析中，从成分分析具体按照以下方式判断：1）制品中以卷渣、MnS、FeS、TiO2矿物颗粒最为常见，还包括CaS、含Ti、V的碳化物；其中，卷渣以硅酸盐或硅铝酸盐为主，以Na、Mg、Al、Si、K、Ca、O为主要元素组成，呈均质玻璃相，即为铸铁、铸铁固态脱碳钢、韧性铸铁、韧性铸铁、脱碳铸铁；2）制品中以卷渣、非金属氧化物夹杂为主，还包括TiO2矿物颗粒等；卷渣以硅酸盐或硅铝酸盐为主，以Na、Mg、Al、Si、K、Ca、O为主要元素组成，呈均质玻璃相；非金属氧化物析出相主要由P、Mn、Si、Fe、O组成，形成[FeO]、[SiO2]、[Fe-P-O]、[Fe-Si-O]、[Fe-Si-Mn-O]、[Fe-Si-Mn-P-O]等不同元素组成的夹杂物，偶尔含少量Cr、V；即为铸铁固态脱碳熟铁、韧性铸铁脱碳铸铁；3）制品中以卷渣为主，卷渣主要呈大块铁橄榄石+浮氏体+少量玻璃相的物相组成，由Fe、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、O为主要组成元素，即为古代块炼铁或块炼渗碳钢。优选地，非金属夹杂物分析中，从形貌分析具体按照以下方式判断：1）制品中的非金属夹杂物多为液相混入的卷渣、高熔点矿物颗粒与固相下杂质元素凝析、氧化、碰撞、聚合的非金属析出相；卷渣与非金属析出相则呈球形或近球形存在于组织间或铸造缩孔内，夹杂物端部多圆滑，尺寸小于10μm，氧化析出相达20μm；高熔点矿物颗粒则棱角分明，保留了原始矿物颗粒晶体结构，即为铸铁；2）制品中的非金属夹杂物以冶炼活动中混入为主，经锻打加工后夹杂物含量、尺寸、形貌、分布均发生变化，多沿加工方向拉长或挤压变形，常见夹杂物边部碎裂的痕迹，形变量与锻打加工次数有关，通常单个长径集中在20μm以上，即为块炼铁。优选地，非金属夹杂物分析中，从分布分析具体按照以下方式判断：1）制品中卷渣夹杂物多分布随机，MnS析出相常见于细小的铸造缩孔内，即为未经退火处理的铸铁；2）制品中器物表面氧化气氛较高，非金属析出相与夹杂物数量集中分布于器物表面，芯部数量较少，即为经退火处理的铸铁；3）制品中非金属析出相在铸造缩孔内析出，伴随铁素体聚集过程，夹杂物发生相对位移，与邻近夹杂物发生碰撞、聚集，常见铁素体晶界处群聚多个球形或近球形SiO2夹杂，即为经固态退火处理的铸铁；4）制品中常见磷偏析，于小范围内形成磷共晶组织，伴随退火脱碳、氧化，形成局部磷含量较高的氧化析出相，即为经固态退火处理的铸铁；...

【技术保护点】
1.一种古代铸铁与块炼铁制品的判别方法，其特征在于，所述的判别方法包括古代铸铁与块炼铁制品的金相分析和非金属夹杂物分析两部分；/n其中：金相分析针对的是古代铸铁与块炼铁制品的室温平衡组织不同来判别，非金属夹杂物分析针对的是古代铸铁与块炼铁制品的非金属夹杂物的数量、成分、形貌和分布，各参数判定为并行关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种古代铸铁与块炼铁制品的判别方法，其特征在于，所述的判别方法包括古代铸铁与块炼铁制品的金相分析和非金属夹杂物分析两部分；
其中：金相分析针对的是古代铸铁与块炼铁制品的室温平衡组织不同来判别，非金属夹杂物分析针对的是古代铸铁与块炼铁制品的非金属夹杂物的数量、成分、形貌和分布，各参数判定为并行关系。


2.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，所述古代铸铁制品，包括铸铁及其固态退火退碳制品，如白口铸铁、灰口铸铁、脱碳铸铁、韧性铸铁、球墨铸铁、脱碳熟铁以及铸铁脱碳钢；所指古代块炼铁制品，包括块炼铁熟铁及块炼渗碳钢制品。


3.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，金相分析中，制品出现莱氏体、球状石墨、团絮状石墨、片状石墨组织，判定为铸铁制品；制品的金相组织为熟铁、含碳钢的金相组织，需介入制品非金属夹杂物数量、成分、形貌和分布来辅助判定工艺。


4.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，非金属夹杂物分析中，从数量分析具体按照以下方式判断：
1）制品质地纯净，无尺寸大于20μm的大块夹杂，于1000倍扫描电镜下观察，视域内1~10μm深色球形均质玻璃相夹杂数量小于10个，1~5μm灰色球形MnS夹杂数量小于5个，莱氏体组织晶界分布大量小于5μm的不规则铸造缩孔，即为铸铁制品；
2）制品质地纯净，无尺寸大于20μm的大块夹杂，于1000倍扫描电镜下观察，视域内1~10μm深色球形均质玻璃相夹杂数量小于10个，1~5μm灰色球形MnS夹杂数量小于10个，即为铸铁固态退火脱碳钢制品；
3）制品质地纯净，无尺寸大于20μm的大块夹杂，脱碳程度未出现铁素体的器物中，铁素体厚度可达1mm时，样品表面铁素体内夹杂物数量多于芯部，于1000倍扫描电镜下观察，视域内1~15μm的球形氧化物夹杂数量大于5个，即为铸铁固态退火脱碳的韧性铸铁；
4）制品质地纯净，制品表面夹杂数量多于芯部，制品近表面于1000倍扫描电镜下观察，视域内1~15μm的球形氧化物夹杂数量大于5个，1~5μm灰色球形MnS夹杂数量小于3个，原莱氏体晶界处的铸造缩孔变为球形，即为铸铁固态退火脱碳熟铁；
5）制品夹杂物较多，于100倍或低于100倍的扫描电镜下明显分辨出非金属夹杂物，通常视域下夹杂物数量大于20个，即为块炼铁熟铁制品或块炼渗碳钢制品。


5.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，非金属夹杂物分析中，从成分分析具体按照以下方式判断：
1）制品中以卷渣、MnS、FeS、TiO2矿物颗粒最为常见，还包括CaS、含Ti、V的碳化物；其中，卷渣以硅酸盐或硅铝酸盐为主，以Na、Mg、Al、Si、K、Ca、O为主要元素组成，呈均质玻璃相，即为铸铁、铸铁固态脱碳钢、韧性铸铁、韧性铸铁、脱碳铸铁；
2）制品中以卷渣、非金属氧化物夹杂为主，还包括TiO2矿物颗粒；卷渣以硅酸盐或硅铝酸盐为主，以Na、Mg、Al、Si、K、Ca、O为主要元素组成，呈均质玻璃相；非金属氧化物析出相主要由P、Mn、Si、Fe、O组成，形成[FeO]、[SiO2]、[Fe-P-O]、[Fe-Si-O]、[Fe-Si-Mn-O]、[Fe-Si-Mn-P-O]不同元素组成的夹杂物，偶尔含少量Cr、V；即为铸铁固态脱碳熟铁、韧性铸铁脱碳铸铁；
3）制品中以卷渣为主，卷渣主要呈大块铁橄榄石+浮氏体+少量玻璃相的物...

【专利技术属性】
技术研发人员：潜伟，张周瑜，卢欣彤，乔尚孝，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11