DE1282247B

DE1282247B - Method for determining the relationship between the ratio of volume to surface of a casting and the state of the structure

Info

Publication number: DE1282247B
Application number: DES101349A
Authority: DE
Inventors: Robert Wlodawer
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1965-12-29
Filing date: 1966-01-08
Publication date: 1968-11-07
Also published as: NL6602086A; CH449299A

Description

Ii U N DESREPUBLiK DEUTSCHLAND I U N DESREPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

B22dB22d

Deutsche Kl.: 31 b2 - 27/20 German class: 31 b2 - 27/20

Nummer: 1282 247Number: 1282 247

Aktenzeichen: P 12 82 247.8-24 (S 101349)File number: P 12 82 247.8-24 (S 101349)

Anmeldetag: 8. Januar 1966Filing date: January 8, 1966

Auslegetag: 7. November 1968Open date: November 7, 1968

Die Einflüsse der Abkühlungsverhältnisse auf die Erstarrung von Grauguß sind bekannt. Diese werden durch die Begriffe Abkühlungsgeschwindigkeit A (°C/Min.) bzw. Wärmeableitungsgeschwindigkeit W (cal/g ■ Min.) ausgedrückt.The influences of the cooling conditions on the solidification of gray cast iron are known. These are expressed by the terms cooling rate A (° C./min.) And heat dissipation rate W (cal / g · min.).

Auf Grund von Untersuchungen (vgl. Vertrag Nr. 18 auf dem 32. Internationalen Gießereikongreß, Warschau 1965) können diese Geschwindigkeiten quantitativ für wirkliche Gußstücke beliebiger Gestalt angegeben werden, und zwar mit Hilfe des geometrischen Moduls, das für vorliegende Zwecke als Quotient aus Volumen und Oberfläche des Gußstückes definiert ist. Besonders wichtig sind dabei die quantitativen Geschwindigkeiten während der wichtigsten Hauptperioden der Gefügebildung bzw. Kristallisation, z. B. der eutektischen Periode während der Endphase der Erstarrung. Mit Hilfe der Modulrechnung können also vergleichsweise quantitative Angaben über die Abkühlungsgeschwindigkeiten in Testgußstücken, ζ. Β. Probestäben verschiedenen Durchmessers, gemacht werden.On the basis of investigations (see Contract No. 18 at the 32nd International Foundry Congress, Warsaw 1965) these speeds can be quantified for real castings of any shape, with the help of the geometric Module, which for the present purposes is defined as the quotient of the volume and the surface of the casting. The quantitative speeds during the most important main periods are particularly important the structure formation or crystallization, z. B. the eutectic period during the final phase of the Solidification. With the help of the module calculation, comparatively quantitative information about the cooling rates can be obtained in test castings, ζ. Β. Test bars of various diameters will.

Es ist weiter bekannt, daß ein Eisen jeder beliebigen chemischen Analyse bzw. metallurgischen Beschaffenheit zur weitgehendsten Weißerstarrung gezwungen werden kann, wenn nur die obenerwähnten Geschwindigkeiten groß genug sind. Ein weiß erstarrendes, d. h. karbidisch erstarrendes Eisen ist spezifisch schwer, ein grau, d. h. graphitisch und ferritisch erstarrendes wegen des höheren Graphitanteiles spezifisch leicht. Übliche Eisensorten stellen ein Gemenge weißer und grauer Gefügebestandteile dar. Das spezifische Gewicht bzw. das spezifische Volumen eines Eisens kann somit beispielsweise als Maßstab für die prozentualen Mengen dieser Anteile dienen.It is also known that an iron of any chemical analysis or metallurgical nature can be forced to the greatest extent of white solidification, if only the above-mentioned speeds are big enough. A white solidifying, d. H. carbidically solidifying iron is specifically heavy, a gray, d. H. graphitically and ferritically solidifying due to the higher graphite content specifically light. Common types of iron represent a mixture of white and gray structural components. The specific weight or the specific volume of an iron can thus be used as a benchmark for the percentage Serving amounts of these proportions.

Diese Mengenanteile und damit beispielsweise auch das spezifische Gewicht sind einerseits von der metallurgischen Eisenbeschaffenheit, andererseits aber von den oben beschriebenen, methematisch erfaßbaren quantitativen Geschwindigkeiten abhängig.These proportions and thus for example also the specific weight are on the one hand from the metallurgical Iron quality, but on the other hand from those described above, which can be determined methodically quantitative speeds dependent.

Wird z. B. ein Eisen einer beliebigen Schmelze in zwei Probestäben stark unterschiedlichen Durchmessers (d. h. unterschiedlichen Moduls und somit unterschiedlicher Abkühlungsgeschwindigkeiten) vergossen, so wird es verschieden erstarren:Is z. B. an iron of any melt in two test rods of very different diameters (i.e. different modules and therefore different cooling rates) cast, so it will solidify differently:

Im sehr dünnen Probestab werden die metastabilen bzw. karbidischen Gefügeanteile überwiegen, d. h., der Stab ist spezifisch schwer; im sehr dicken Probestab werden die stabilen graphitischen und ferritischen Anteile überwiegen, d. h., der Stab ist spezifisch leicht.In the very thin test rod, the metastable or carbidic structural components will predominate, i. H., the stick is specifically heavy; In the very thick test rod, the stable graphitic and ferritic Shares predominate, d. that is, the rod is specifically light.

Ordnet man gemäß den eingangs erwähnten Untersuchungen in Auswertung der spezifischen Gewichtsoder Volumenbestimmung die metastabilen bzw. Verfahren zur Bestimmung des Zusammenhanges zwischen dem Verhältnis aus Volumen
zu Oberfläche eines Gußstückes
und dem GefügezustandAccording to the investigations mentioned at the beginning in the evaluation of the specific weight or volume determination, the metastable or method for determining the relationship between the ratio of volume is classified
to the surface of a casting
and the structural condition

Anmelder:Applicant:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)Sulzer Brothers Aktiengesellschaft,
Winterthur (Switzerland)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
4000 Düsseldorf, Lindemannstr. 31Dipl.-Ing. H. Marsch, patent attorney,
4000 Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Robert Wlodawer, Winterthur (Schweiz)Robert Wlodawer, Winterthur (Switzerland)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweiz vom 29. Dezember 1965 (18 021)Switzerland of December 29, 1965 (18 021)

stabilen Mengenanteile in Gewichtsprozent in Funktion des Moduls in einem doppelt logarithmischen Diagramm (F i g. 1) an, so reihen sich die Meßpunkte etwa entlang einer Geraden auf.stable proportions in percent by weight as a function of the module in a double logarithmic diagram (Fig. 1), the measuring points are lined up roughly along a straight line.

Die Gleichung dieser Geraden bildet eine metallurgische Charakteristik des Eisens, welche erlaubt, sein physikalisches Verhalten in wirklichen Gußstücken mit Hilfe der Modulrechnung zu bestimmen. Durch verschiedene Schmelzbehandlungen, z. B. Impfen, kann die Kurve und damit die metallurgische Charakteristik eindeutig verschoben werden.The equation of this straight line forms a metallurgical characteristic of iron which allows it to be to determine physical behavior in real castings with the help of the module calculation. By various enamel treatments, e.g. B. Inoculation, the curve and thus the metallurgical characteristics clearly be shifted.

Die metallurgische Charakteristik ist mit verschiedenen, sekundären Eiseneigenschaften, z. B. den metallurgisch bedingten Lunkereigenschaften, der sogenannten Wandstärkenempfindlichkeit, gewissen Festigkeitseigenschaften, wie der Härte usw., physikalisch verknüpft. Eine Schnellermittlung der Charakteristik könnte also in kurzer Frist Auskunft geben über wichtige zu erwartende Eiseneigenschaften in wirklichen Gußstücken oder aber als Grundlage vonThe metallurgical characteristic is with different, secondary iron properties, e.g. B. the metallurgically caused blowholes, the so-called Wall thickness sensitivity, certain strength properties, such as hardness, etc., physically connected. A quick determination of the characteristic could therefore provide information about in a short period of time important iron properties to be expected in real castings or as the basis of

809 630/677809 630/677

3 43 4

Korrekturen dienen, die noch vor dem Ofenabstich F i g. 6 ein Diagramm über den ZusammenhangCorrections are used that were made before the furnace tapping F i g. 6 is a diagram showing the relationship

durchgeführt werden. Eine solche Schnellprüfung läßt von Zugfestigkeit und spezifischem Volumen eines sich aber nur verwirklichen, wenn einerseits die Probe gußeisernen Probekörpers, ein kleines Gesamtvolumen aufweist, damit die Eisenprobe mit einer nicht allzu großen Schöpfkelle noch 5 Beispiell entnommen werden kann; andererseits müssen diebe performed. Such a rapid test leaves one of the tensile strength and specific volume can only be realized if, on the one hand, the cast iron specimen, has a small total volume, so that the iron sample with a not too large ladle still 5 Example can be removed; on the other hand they have to

Probekörper zwecks Zerkleinerung oder Weiterbe- Es werde ein Eisen folgender chemischer AnalyseTest specimens for the purpose of comminution or further processing. There will be an iron following chemical analysis

handlung bei der Messung handlich sein. vergossen:be handy when measuring. potted:

Diesen Forderungen steht entgegen, daß gemäß den q 3 51Contrary to these requirements, according to q 3 51

oben erläuterten Bedingungen mindestens einer der 10 g· /g«conditions explained above at least one of the 10 g · / g «

Probestäbe einen sehr großen Modul — also ent- 'Test bars have a very large module - that is,

sprechend massivere Dimensionen — aufweisen muß, ^ⁿ '^°speaking more massive dimensions - must have, ^ ⁿ '^ °

um wenigstens einen Meßpunkt graphitreichen Eisens P 0,17around at least one measuring point of graphite-rich iron P 0.17

zu erhalten. Solche notwendigen Dimensionen ver- S 0,07to obtain. Such necessary dimensions differ from S 0.07

langen eine größere Menge Schmelze für das Abgießen 15take a larger amount of melt for pouring 15

des grau erstarrenden Probekörpers; in der Regel kann Das Kohlenstoffäquivalent (CE) beträgt etwaof the specimen solidifying gray; usually the carbon equivalent (CE) is about

die notwendige Menge nicht mehr auf einfache Weise qg _ ₀, q 1 11 fcirp·» _ 4 igi 0/the necessary amount no longer in a simple way qg _ ₀ , q 1 11 fcirp · »_ 4 igi 0 /

von Hand mit einer Schöpfkelle entnommen werden. '"■can be removed by hand with a ladle. '"■

Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Schwie- Eine chemische Analyse genügt nicht zur Beschrei-The invention enables the described difficulties to be met. A chemical analysis is not sufficient to describe

rigkeiten weitgehend auszuschalten. Sie besteht in 20 bung des tatsächlichen Verhaltens des Eisens während einem Verfahren zur Bestimmung des Zusammen- der Erstarrung, desgleichen auch nicht zur Voraushanges (Charakteristik) zwischen dem Verhältnis sage des Verhaltens des aus der betreffenden Schmelze (Modul) aus Volumen zu Oberfläche eines Gußstückes vergossenen Maschinenteils. Vielmehr kann das Eisen und den karbidisch (weiß) bzw. graphitisch und ferri- infolge zusätzlicher physikalischer und/oder chemischer tisch (grau) erstarrenden Gefügebestandteilen aus einem 35 Einflüsse, wie Keimzahl, die Graphitabscheidung zu vergießenden Gußeisen, insbesondere zur Vorher- hemmende Spurenelemente, Abkühlungsverhältnisse, sage von metallurgischen, gießtechnischen oder festig- sowohl weiß (metastabil) als auch völlig grau (stabil) keitsmäßigen Eigenschaften eines Stückes. Die Er- oder in jeder denkbaren Zwischenstufe erstarren, findung ist dadurch gekennzeichnet, daß von dem zu womit — physikalisch betrachtet — völlig verschiedene vergießenden Eisen wenigstens zwei Probekörper unter- 30 Werkstoffe entstehen können. Um über die Eigenschiedlicher Abkühlungsgeschwindigkeit gegossen wer- schäften eines zu gießenden Gußstückes Aussagen den und daß wenigstens für einen Probekörper der- machen zu können, die vorzugsweise vor dem Ofenjenige Wert des Moduls, der zum Erreichen des ge- abstich Korrekturen der Schmelze ermöglichen, wird wünschten, zum Aufstellen der Charakteristik dienenden die chemische Schnellanalyse, die beispielsweise Auf-Gefügezustandes notwendig ist, durch eine die Ab- 35 Schluß gibt über den gesamten Kohlenstoffgehalt, kühlungszeit beeinflussende künstliche Veränderung über das Kohlenstoffäquivalent, den Gehalt an Si, P der Wärmeabfuhr simuliert wird. usw. durch eine physikalische Untersuchung im Sinnelargely eliminate problems. It consists in practicing the actual behavior of the iron during a procedure for determining the cohesion of the solidification, likewise not for the foresight (Characteristic) between the ratio say the behavior of the melt in question (Module) from volume to surface of a cast part of a cast machine part. Rather, the iron can and carbidic (white) or graphitic and ferric as a result of additional physical and / or chemical Table (gray) solidifying structural components from a 35 influences, such as the number of germs, the graphite deposition cast iron to be cast, in particular for pre-inhibiting trace elements, cooling conditions, Say of metallurgical, casting or solid - both white (metastable) and completely gray (stable) physical properties of a piece. The one or every conceivable intermediate stage freeze, Finding is characterized by the fact that - from a physical point of view - completely different from the one with which casting iron can produce at least two specimens from 30 materials. To be different about the own The rate of cooling to be cast is made of a casting to be cast statements to be able to do that and that for at least one test specimen, the one preferably in front of the furnace The value of the module that will allow the melt to be corrected to achieve the offset would like to use the rapid chemical analysis to establish the characteristics, for example the structural state is necessary, through a conclusion about the total carbon content, Artificial change influencing the cooling time via the carbon equivalent, the content of Si, P the heat dissipation is simulated. etc. by a physical examination in the sense

Die Erfindung und weitere mit ihr zusammen- der Erfindung ergänzt, wobei beispielsweise wie folgt hängenden Merkmale und Vorteile sind nachstehend in vorgegangen wird:The invention and others supplemented with it together with the invention, for example as follows The following features and benefits are followed in:

Verbindung mit den in der Zeichnung enthaltenen 40 Aus einer dem Schmelzofen entnommenen, unter-Figüren näher erläutert. Es zeigt. eutektischen oder eutektischen Schmelze mit einerConnection with the 40 contained in the drawing from an under-figure taken from the melting furnace explained in more detail. It shows. eutectic or eutectic melt with a

F i g. 1 ein Diagramm la in Form der erwähnten wahren Temperatur von 145O⁰C werden vor dem AbCharakteristik über den Zusammenhang zwischen stisch zwei zylindrische Probekörper gegossen, die Modul aus dem Anteil stabiler Gefügebestandteile; einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von das Diagramm Ib zeigt den Zusammenhang zwischen 45 100 mm aufweisen. Der eine Probekörper 11 wird der gesamten Graphitmenge und dem erwähnten Ge- gemäß F i g. 2 in einer beliebigen keramischen Gießwichtsanteil stabiler Gefügebestandteile, form, z. B. in einer Sandform 12, gegossen, die imF i g. 1 a diagram la in the form of the mentioned true temperature of 145O ⁰ C are cast before the AbCharakteristik about the relationship between statically two cylindrical test specimens, the module from the proportion of stable structural components; a diameter of 8 mm and a length of the diagram Ib shows the relationship between 45 and 100 mm. One test specimen 11 is made up of the total amount of graphite and the abovementioned Ge according to FIG. 2 in any ceramic casting weight percentage of stable structural components, form, z. B. in a sand mold 12, cast in the

F i g. 2 schematisch die Herstellungzweier gegossener wesentlichen aus Quarzsand mit einer mittleren Korn-Probekörper, wobei für einen Probekörper durch größe von 0,15 mm besteht und als Bindemittel 6 GeWärmezufuhr zur Gußform auf elektroinduktivem 50 wichtsprozente Bentonit enthält. Dar Durchmesser Wege ein höherer Modul simuliert wird, der Sandform beträgt 100 mm. Der Probekörper 11F i g. 2 schematically shows the production of two cast essentially from quartz sand with a middle grain test specimen, where for a test specimen there is a size of 0.15 mm and 6 Ge heat input as a binding agent for casting on electroinductive 50 percent by weight bentonite. Dar diameter Paths a higher module is simulated, the sand mold is 100 mm. The specimen 11

F i g. 3 ein Diagramm über den Zusammenhang kann in der Sandform 12 normal auf Raumtemperatur zwischen dem spezifischen Volumen von Eisenmetallen (20⁰C) abkühlen, d.h., der Abkühlvorgang wird auf Grund des spezifischen Volumens der Grund- weder künstlich verzögert noch beschleunigt, phasen Fe, Fe₃C und C als Graphit, 55 Parallel hierzu wird ein zweiter Probekörper 12 mitF i g. 3 a diagram of the relationship can normally cool to room temperature in the sand mold 12 between the specific volume of ferrous metals (20 ^° C.), ie the cooling process is neither artificially delayed nor accelerated due to the specific volume of the basic phases Fe, Fe ₃ C and C as graphite, 55 Parallel to this, a second specimen 12 is also used

F i g. 4 schematisch die Herstellung von vier ge- gleichen Dimensionen in einen Tiegel 15 gegossen, gossenen Probekörpern, wovon die beiden ersten der aus Metallhülse 15 a und feuerfester Ausklei-Probekörper in eine normale Sandform gegossen dung 15 b besteht. Hier erfolgt nun eine verzögerte werden und die beiden weiteren Probekörper eine Abkühlung, um beispielsweise im Sinne der Erfindung Simulierung ihres Moduls im Sinne einer Modulver- 60 die Verhältnisse zu simulieren, die beim Abkühlen größerung durch künstliche Wärmezufuhr zur Guß- eines entsprechend größeren Probekörpers mit Modul form während der Abkühlung erfahren; zusätzlich 3 cm auftreten. Zu diesem Zweck wurde vorgängig werden der erste und der vierte Probekörper einer ein geometrisch ähnlicher Probekörper mit Modul Abschreckung unterworfen, 3 cm — also wesentlich größeren Querschnitts — inF i g. 4 schematically shows the production of four identical dimensions poured into a crucible 15, cast test specimens, of which the first two consists of the metal sleeve 15 a and refractory lining test specimens cast in a normal sand mold 15 b . There is now a delayed cooling and the two other test specimens a cooling, for example in the sense of the invention simulation of their module in the sense of a module ratio to simulate the conditions that during cooling increase by artificial heat supply to the casting of a correspondingly larger test specimen with module experience form during cooling; an additional 3 cm occur. For this purpose, the first and fourth test specimens were previously subjected to a geometrically similar test specimen with a quenching module, 3 cm - i.e. a significantly larger cross-section - in

F i g. 5 ein Diagramm über den Zusammenhang 65 einer der Form 12 entsprechenden Sandform gegossen zwischen der Menge eutektischen Graphits in einem und die Abkühlzeit bis zur Erstarrung ermittelt. Diese Probekörper, der Schrumpfung und der wahren Abkühlzeit betrage beispielsweise 40 Minuten. Zur Eisentemperatur, geschilderten Simulierung erfährt die Form des Probe-F i g. 5 a diagram of the relationship 65 of a sand mold corresponding to the mold 12 is poured between the amount of eutectic graphite in one and the cooling time until solidification is determined. These Test specimen, the shrinkage and the true cooling time are for example 40 minutes. To the Iron temperature, the simulation described experiences the shape of the sample

körpers 14 während seines Abkühlens eine künstliche doppeltlogarithmischen Maßstab praktisch eine GeWärmezufuhr, z. B. mit Hilfe der schematisch ange- rade 21, so daß die Verhältnisse für beliebig andere deuteten Induktionsspule 16. Die Spule 16 besteht Modulwerte ablesbar sind. Man erhält so die eingangs wie üblich aus einem wassergekühlten Leiter, durch diskutierte Charakteristik.body 14 during its cooling an artificial logarithmic scale practically a GeWärmezufuhr, z. B. with the help of the schematically marked 21, so that the relationships for any other indicated induction coil 16. The coil 16 consists of module values can be read off. The characteristics discussed at the beginning are thus obtained, as usual, from a water-cooled conductor.

den Wechselstrom geeigneter Frequenz fließt. Sinn- 5 An diese Bestimmungen lassen sich weitere nützgemäß kann auch eine elektrische Widerstandsheizung liehe Auswertungen anschließen. Ist z. B. aus Vorzur Formerwärmung angewendet werden, beispiels- Untersuchungen oder Schätzungen die Menge des weise mit Hilfe von elektrisch beheizten Widerstands- eutektischen Graphits (MEG) bekannt, die im Diadrähten, die direkt in die Wand einer keramischen grammla in Abhängigkeit des Moduls durch die Tiegelform eingebettet sind. io schwach gekrümmte Linie 22 abgebildet ist, so kannthe alternating current of suitable frequency flows. Further useful evaluations can also be connected to these determinations using electrical resistance heating. Is z. B. from Vorzurformwärmung be used, for example, examinations or estimates the amount of wise with the help of electrically heated resistance eutectic graphite (MEG) known in the diadwires that directly into the wall of a ceramic grammla depending on the module through the crucible shape are embedded. io slightly curved line 22 is shown, so can

Innerhalb des Tiegels 15 befindet sich ein Thermo- sofort die Menge eutektischen Graphits für jeden element 18 zwecks Kontrolle des Abkühlungsverlaufs. Modulwert abgelesen werden. Weiter kann an HandInside the crucible 15 is a thermo-instantly the amount of eutectic graphite for each element 18 for the purpose of checking the cooling process. Module value can be read. Next can be on hand

Im Zentrum dünner Querschnitte, wie solche z. B. des Diagramms Ib die Menge des gesamten Graphitbei Probekörpern vorhanden sind, ist die Messung der anteils ermittelt werden; das Diagramm Ib veranwahren Temperatur der Metallschmelze nicht ohne 15 schaulicht den Zusammenhang zwischen der Graphitweiteres möglich, weil das Meßinstrument, z. B. ein menge in Gewichtsprozent und den Gewichtsprozenten Thermoelement, selbst erhebliche Wärmemengen aus stabiler Gefügebestandteile. Für das vorliegende Ausdem Gußstück aufnimmt, dieses somit abkühlt und führungsbeispiel ergibt sich bei einem Modul des seine wahren Temperaturen verfälscht wiedergibt. Probekörpers von 3 cm eine prozentuale Menge eu-Die erhebliche Beeinflussung des Meßergebnisses durch so tektischen Graphits von 2,2% und damit eine Gesamtdas Meßinstrument kann aber durch vorherige Vor- graphitmenge von 3,15 °/₀.In the center of thin cross-sections, such as such. B. of diagram Ib the amount of total graphite is present in test specimens, the measurement of the proportion is to be determined; the diagram Ib keep temperature of the molten metal not without 15 shows the relationship between the graphite further possible because the measuring instrument, e.g. B. an amount in percent by weight and the percent by weight thermocouple, even significant amounts of heat from stable structural components. For the present Ausdem casting absorbs, this thus cools and the example of management results from a module that reproduces its true temperatures in a falsified manner. Test specimen of 3 cm a percentage amount eu-The considerable influence of the measurement result by such tectic graphite of 2.2% and thus a total of the measuring instrument can however by previous pre-graphite amount of 3.15 ° / ₀ .

wärmung des Thermoelements auf ungefähre Tempe- Weitere Nutzanwendungen werden später be-heating of the thermocouple to approximate temperature.

ratur der Metallschmelze weitgehend vermieden schrieben,
werden. Das Thermoelement, bestehend aus zweilargely avoided the temperature of the molten metal,
will. The thermocouple consisting of two

dünnen Metalldrähten, kann durch Vorschaltung einer 25 B e i s ρ i e 1 2thin metal wires, can be made by connecting a 25 B e i s ρ i e 1 2

entsprechend bemessenen Gleich- oder Wechselstromquelle vor der Messung als Widerstandsheizung Die erwähnte Menge eutektischen Graphits (MEG) betrieben und somit auf jede gewünschte Temperatur kann auch auf die in Zusammenhang mit dem Schema im Rahmen der zu erwartenden Metalltemperaturen nach F i g. 4 veranschaulichte Weise genau bestimmt vorgewärmt werden. 30 werden. Diese Bestimmung stützt sich auf die Tat-appropriately dimensioned direct or alternating current source before the measurement as resistance heating. The mentioned amount of eutectic graphite (MEG) operated and thus at any desired temperature can also be based on the metal temperatures to be expected according to FIG. 4 are precisely preheated in the manner illustrated. Turn 30. This provision is based on the fact

Die Wärmezufuhr mit Hilfe der Induktionsspule 17 sache, daß die Menge eutektischen Graphits derjenige wird nun so eingestellt, daß eine gleich lange Abkühl- Graphitanteil ist, der sich während der eutektischen zeit — nämlich die erwähnten 40 Minuten — erhalten Erstarrungsreaktion, also noch im flüssigen Zustandswird, wie sie für den Probekörper mit Modul 3 cm er- bereich, abscheidet. Praktisch wird beispielsweise wie mittelt wurde. Der erhaltene Probekörper 14a ent- 35 folgt vorgegangen:The supply of heat with the help of the induction coil 17 ensures that the amount of eutectic graphite is now set so that the same amount of cooling graphite is obtained during the eutectic time - namely the 40 minutes mentioned - solidification reaction, i.e. still in the liquid state as it is for the test specimen with a module of 3 cm. It is practical, for example, how averaging was carried out. The test specimen 14a obtained is carried out as follows:

spricht deshalb in seiner Gefügeausbildung praktisch Gemäß F i g. 4 werden vier Probekörper 31, 32,therefore speaks practically in its structure according to FIG. 4 four specimens 31, 32,

demjenigen eines weit massiveren Probekörpers. 33 und 34 gegossen, die der Einfachheit halber diethat of a much more massive test specimen. 33 and 34 cast, which for the sake of simplicity the

Während der Probekörper 11a mit überwiegend gleichen Abmessungen wie die in Fig. 2 gezeigten metastabilen bzw. karbidischen Gefügeanteilen er- Probekörper aufweisen. Die Probekörper 31 und 32 starrt ist, weist der Probekörper 14 a ein im wesent- 40 werden in Sandformen 35 und 36 gegossen, die denlichen graphitisches bzw. ferritisches Gefüge auf. jenigen nach F i g. 1 entsprechen, die Probskörper 33 While the test specimen 11a has mostly the same dimensions as the metastable or carbidic structural components shown in FIG. 2, test specimens. The specimen is stares 31 and 32, 14, the sample body to a one in the essential 40 are cast in sand molds 35 and 36, the denlichen graphitic or ferritic microstructure. those according to FIG. 1 correspond to the test bodies 33

Von beiden Probekörpern wird nun das spezifische und 34 jedoch in Tiegeln 37 bzw. 38. Den Tiegel-Volumen bzw. das spezifische Gewicht ermittelt. Zur former wird auf die in Zusammenhang mit F i g. 2 Schnellermittlung eignet sich insbesondere das archi- geschilderte Weise mit Hilfe der Induktionsspulen 39 medische Wiegen; es sind aber auch beispielsweise 45 und 40 so Wärme zugeführt, daß ein simulierter elektronenoptische Bestimmungen möglich, bei welchen Modulwert von 3 cm vorliegt,
die Gefügebeschaffenheit durch ein Abtastverfahren Im Gießhohlraum der Formen 35 und des Tiegels 38The specific weight of both specimens is now determined, and 34 in crucibles 37 and 38, respectively. The crucible volume or the specific weight. Regarding the former, reference is made to the information provided in connection with FIG. 2 Fast determination is particularly suitable, as described in the archives, with the aid of induction coils 39 medical weighing; however, for example 45 and 40 heat is also supplied in such a way that a simulated electron-optical determination is possible with a module value of 3 cm,
the structure of the structure by means of a scanning process in the casting cavity of the molds 35 and of the crucible 38

(scanning) ermittelt wird. ist je ein Thermoelement 41 bzw. 42 angeordnet, mit(scanning) is determined. a thermocouple 41 or 42 is arranged, with

Fig. 3 veranschaulicht den Zusammenhang zwischen dessen Hilfe sowie einer nicht gezeichneten Anzeige-Kohlenstoffäquivalent (CE) in Gewichtsprozenten und 50 vorrichtung der Verlauf der Abkühlungstemperatur dem spezifischen Volumen von Eisenmetallen auf genau verfolgt werden kann. Sofort nach Erreichen Grund des jeweiligen spezifischen Volumens der des Erstarrungspunktes (etwa 1140⁰C) werden die Grundphasen F, Fe₃C und C als Graphit. Aus diesem betreffenden Probekörper der Form 35 bzw. dem Summen-Nommogramm kann für das Gefüge der Tiegel 38 entnommen und schroff abgekühlt, und beiden Probekörper je der Prozentsatz stabiler Ge- 55 zwar beispielsweise mit Hilfe der in der Figur angefügebestandteile abgelesen werden. In diesem Zusam- deuteten Abschreckeinrichtungen, bestehend aus den menhang sei aber festgehalten, daß dieser Prozentsatz Behältern 43 und 44, die mit einer Mischung von CO₂, auch rechnerisch oder mittels geeigneter Rechen- Trockeneis und Azeton gefüllt sind. Mit dieser Abschieber od. dgl. ermittelt werden kann, wie es dem schreckung wird eine Graphitausscheidung im festen Fachmann bekannt ist. Im vorliegenden Ausführungs- 60 Bereich verhindert.Fig. 3 illustrates the relationship between its help and a non-drawn display carbon equivalent (CE) in percent by weight and 50 device, the course of the cooling temperature, the specific volume of ferrous metals can be followed exactly. Immediately after reaching the base of the respective specific volume that of the solidification point (about 1140 ^° C.), the basic phases F, Fe ₃ C and C become graphite. The crucible 38 for the structure can be removed from this relevant test specimen of shape 35 or the sum nommogram and abruptly cooled, and the percentage of stable samples can be read off for both specimens, for example with the aid of the constituents attached in the figure. In this context, quenching devices, consisting of the quantity, should be noted, however, that this percentage of containers 43 and 44, which are filled with a mixture of CO ₂ , also mathematically or by means of suitable rake dry ice and acetone. This pusher or the like can be used to determine how a graphite precipitation is known to those skilled in the art. Prevented in the present execution area.

beispiel sind für den Probekörper 11a mit Modul Die in der Form 36 und im Tiegel 37 gegossenenExamples are for the test specimen 11a with module die cast in the mold 36 and in the crucible 37

0,2 cm 62°/o stabile Gefügebestandteile und für den Probekörper läßt man hingegen ohne Abschreckung Probekörper 14 a mit simuliertem Modul wert von abkühlen, womit ihr Gefüge auch im festen Bereich 3 cm 92 % erhalten worden. Graphit ausscheidet. Die so erhaltenen Probekörper0.2 cm 62% stable structural constituents and for the test body, on the other hand, test body 14 a with a simulated modulus of value is allowed to cool down without quenching, so that its structure is also obtained in the solid area of 3 cm 92%. Graphite precipitates. The test specimens thus obtained

Die ermittelten Prozentsätze stabiler Gefügebe- 65 31a und 34 a besitzen in ihrem Gefüge deshalb ausstandteile für die beiden Modulwerte 0,2 cm und 3 cm schließlich eutektischen Graphit, die Probekörper 32a werden in die Charakteristik nach Diagramm la der und 33a hingegen sowohl eutektischen wie nicht F i g. 1 eingetragen und bestimmen bei dem gewählten eutektischen Graphit.The determined percentage of stable Gefügebe- 65 31a and 34 a are in their structure, therefore ausstandsfeier parts for the two modulus values 0.2 cm and 3 finally cm eutectic graphite, the sample body 32a in the characteristics according to diagram la of and 33a, however, both non-eutectic, such as F i g. 1 entered and determined for the selected eutectic graphite.

Durch archimedischen Gewichtsvergleich der Pro- Für M = 0,5 cm (Wandstärke 10 mm) ergäbe sichArchimedean weight comparison of the pro For M = 0.5 cm (wall thickness 10 mm) would result

ben wird nun die Gesamtgraphitmenge G in ihre im selben Maschinenteil V = 0,1375 cm³/g und eine Summanden zerlegt, nämlich nach der Beziehung mittlere Zugfestigkeit im Stück von 32 kg/mmABen now, the total amount of graphite G is broken down into its in the same machine part V = ^{0.1375 cm 3} / g and a summand, namely according to the relationship average tensile strength in the piece of 32 kg / mmA

F i g. 6 stellt einen Ausschnitt aus einer Diagramm-F i g. 6 shows an excerpt from a diagram

G = MEG + ZG, 5 serie, gültig für überwiegenden A-Graphit, dar. G = MEG + ZG, 5 series, valid for predominantly A-graphite.

Prinzipiell ähnliche Diagramme lassen sich für be-In principle, similar diagrams can be used for

worin ZG der im festen Bereich aus dem Austenitzer- liebige Graphittypen (z. B. Kugelgraphit) erstellen, fall entstehende Graphit ist. Auch ist eine tabellarische Auswertung od. dgl.where ZG is the graphite type (e.g. spheroidal graphite) created in the solid area from austenitzers, if graphite is produced. A tabular evaluation or the like is also possible.

Durch die Simulierung des Modulwertes 3 cm für möglich.By simulating the module value 3 cm for possible.

einen auf Grund seiner Dimensionen einen weit io Die Charakteristik ermöglicht somit eine exaktere kleineren Modulwert aufweisenden Probekörper ge- Vorhersage der Eigenschaften des vergossenen Malingt es, diese Untersuchungen mit einer sehr kleinen schinenteiles.one due to its dimensions a far io. The characteristic thus enables a more exact one Test specimen with a smaller modulus value prediction of the properties of the encapsulated Maling it, these investigations with a very small machine part.

Probemenge und mit einfachsten Mitteln vorzunehmen, Sind die modulsimulierten Probekörper z. B. dünneSample quantity and to be carried out with the simplest of means. B. thin

ferner ist die geschilderte Abschreckmethode grund- Zylinder von etwa Bleistiftabmessungen, so können sätzlich nur bei kleinen Abmessungen (Dicken) der 15 bei geeigneter Laboreinrichtung sofort entsprechende Probestäbe möglich. Festigkeitsproben vorgenommen werden. BesondersFurthermore, the quenching method described is a basic cylinder of about pencil dimensions, so can in addition, only in the case of small dimensions (thicknesses) of the 15 immediately corresponding with suitable laboratory equipment Test sticks possible. Strength tests are made. Particularly

Nachstehend werden einige Nutzanwendungen er- einfach und billig ist z. B. die Druckfestigkeit zu erläutert, die sich aus den mit Hilfe der Erfindung er- mitteln, wenn der Probekörper mittels Trennschleifhaltenen Ergebnissen ableiten lassen: scheibe in kurze Zylinder zerschnitten und zerdrücktIn the following, some useful applications are simple and cheap. B. to explain the compressive strength, which can be determined from the with the aid of the invention when the test specimen is held by means of abrasive cutting Let the results be derived: slice cut into short cylinders and crushed

a) Die Menge eutektischen Graphits {MEG) ist 20 wird.a) The amount of eutectic graphite {MEG) is 20.

für physikalische Gießeigenschaften des Eisens — ins- Sämtliche Festigkeitswerte von Körpern unterschiedbesondere für Lunkereigenschaften — von großer liehen Moduls, aus einer Schmelze stammend, ergeben Bedeutung, gibt sie doch Hinweise darauf, ob die beim in einem doppeltlogarithmischen Diagramm ebenfalls Gießen eines Gußstücks vorgesehenen Steiger (feeder) näherungsweise Gerade (Charakteristiken) so daß begenügen. 25 liebige Zwischenwerte inter- bzw. extrapolierbar sind.for physical casting properties of iron - all strength values of bodies differ in particular for cavity properties - from large borrowed modulus, derived from a melt Meaning, it gives clues as to whether the in a double logarithmic diagram also Pouring a casting provided feeder approximately straight lines (characteristics) so that suffice. 25 lovely intermediate values can be interpolated or extrapolated.

F i g. 5 zeigt eine in der Literatur (z. B. Zeitschrift Damit bietet die Modulsimulation die grundsätzliche »Gießerei«, 50. Jahrgang, Heft 25, S. 783) bekannte Möglichkeit, die wahren Festigkeiten im Stück unter graphische Darstellung. Das Verhältnis MBOrtiieoretiscii Berücksichtigung von unterschiedlichen Wandstärken : MjEGWektiv war bisher nur auf Grund von Schätzun- bzw. Modulen sofort zu ermitteln, d. h. bevor die gen bekannt, kann aber nach Schema F i g. 4 quanti- 30 Schmelze vergossen wird. Entsprechende Korrekturen tativ exakt, mit ausgezeichneter Inter- bzw. Extra- der Schmelze sind also möglich, wodurch Ausschuß, polationsmöglichkeit für andere Modulwerte gemäß bisher erst lange nach dem Abguß erkannt, von vorndem schwach gekrümmten Verlauf der A/EG-Charakte- herein vermieden werden kann, ristik in F i g. 1, Diagramm Iß, ermittelt werden. Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten AusBeispiel: Bei M~ 3 cm ist MEGettettiv = 2,2%· 35 führungsbeispiele beschränkt. So könnte eine simu-Bei einer wahren Gießtemperatur im Stück von lierte Modulvergrößerung auch auf anderem Wege als 1350⁰C kann sofort die flüssige Volumenkontraktion durch induktive Beheizung erfolgen. Beispielsweise (Schrumpfung) von S = — 2,2% abgelesen werden. kann die Erstarrungszeit durch eine die Gießform fürF i g. 5 shows a possibility known in the literature (e.g. magazine Thus, the module simulation offers the basic "foundry", 50th year, issue 25, p. 783), the real strengths in the piece under graphical representation. The ratio MBOrtiieoretiscii consideration of different wall thicknesses: MjEGWektiv could only be determined immediately on the basis of estimates or modules, ie before the gene is known, but can be done according to scheme F i g. 4 quanti- 30 melt is cast. Corresponding corrections relatively exact, with excellent inter or extra melt, are thus possible, whereby rejects, polishing possibilities for other module values according to previously recognized only long after casting, from the previously slightly curved course of the A / EG character are avoided can, ristics in FIG. 1, diagram Iß. The invention is not limited to the illustrated examples: At M ~ 3 cm, MEGettettiv = 2.2% · 35 examples are limited. So When simu-a true casting temperature in the piece of profiled module enlargement could be an in other ways than 1350 ⁰ C, the liquid volume contraction can be performed by inductive heating immediately. For example, (shrinkage) can be read from S = - 2.2%. can reduce the solidification time by using the mold for

Es sei nun angenommen, daß die Speiser einer gieß- den Probekörper umgebende Hülse verlängert werden, fertig bereitstehenden Form nur für eine Schrump- 40 die aus exothermischem Formstoff besteht. Während fung S = —1,0% berechnet und dimensioniert wur- der Abkühlung der Gießform und des in ihr entden. Tritt nun aber eine Schrumpfung von S = —2,2 % haltenen Probekörpers erfolgt dann nach Einsetzen auf, wäre das Stück infolge Lunkerbildung Aus- der exothermen Reaktion eine künstliche Wärmezuschuß, fuhr. Weiter wäre es auch möglich, eine Modulsimu-F i g. 5 zeigt die notwendige zu treffende Maßnahme: 45 lation durch einfache Verwendung einer die Gießform Man gehe von S = —1,0 % bis zu MEG_eneUiv = 2,2 % für den Probekörper umschließenden Wärmeisolation und lese eine wahre Gießtemperatur im Stück von durchzuführen, die ein geringeres Wärmeleitvermögen 1300 ° C ab. Das Eisen ist somit um 5O⁰C kälter zu ver- als die zur Herstellung des eigentlichen Gußstückes gießen, als ursprünglich vorgesehen. In diesem Sinne dienenden Formstoffe haben. Eine solche Isolation können also dem Gießer wertvolle quantitative An- 50 verkleinert die Abkühlungsgeschwindigkeit und simugaben gemacht werden. Erwähnt sei, daß neben einer liert deshalb einen größeren Modulwert. Senkung der Gießtemperatur auch noch andere Maß- Weiter wäre es unter Umständen auch nützlich, den nahmen, z. B. eine chemisch-physikalische Korrektur Verlauf der Abkühlung eines Probekörpers zwecks des Eisens im Ofen, möglich sind. Modulsimulation genau zu steuern, z. B. gemäß einer b) Aus dem eingangs erwähnten Vortrag vor dem 55 vorgegebenen Temperaturkurve. Bei einer solchen 18. Gießereikongreß ist auch der mittlere Zusammen- Ausführungsform der Erfindung wird ein Temperaturhang von spezifischem Volumen und Festigkeit bei fühler im Innern des Gießhohlraums für den Probeunterschiedlichen Si-Gehalten des Eisens bekanntge- körper mit einem Steuergerät verbunden, das beispielsworden. Dieser Zusammenhang ist in F i g. 6 festge- weise den durch eine Induktionsspule fließenden Strom halten. 60 so beeinflußt, daß ein Nachhinken der Abkühlungs-Gefragt sei z. B. nach der mittleren Festigkeit in temperatur gegenüber dem vorgegebenen Temperatureinem gegossenen Maschinenteil, bei einer Wand- verlauf durch eine Verminderung der induktiven Bestärke W = 30 mm (M = 1,5 cm). Aus der Charakte- heizung kompensiert wird, und umgekehrt. In einer ristik werden hierfür 87% stabile Bestandteile ent- solchen Anordnung könnten auch zusätzlich Mittel nommen. Diese ergaben nach F i g. 3 ein spezifisches 65 vorgesehen sein, um bei der Modulsimulierung die Volumen V — 0,1390 cm³/g. Dieses spezifische Vo- Abkühlungsgeschwindigkeitzu vergrößern. Diese Mittel lumen läßt nach F i g. 6 eine mittlere Zugfestigkeit im könnten beispielsweise als Blasvorrichtung ausge-Stück von 23 kg/mm² erwarten. bildet sein, mit deren Hilfe ein gasförmiges Kühl-It is now assumed that the feeders of a sleeve surrounding the cast specimen are lengthened, a ready-made mold only for a shrink-fit 40 made of exothermic molding material. While fung S = -1.0% was calculated and dimensioned, the cooling of the casting mold and the one in it were uncovered. If, however, a shrinkage of S = -2.2% held test specimen then occurs after insertion, the piece would be an artificial addition of heat due to the formation of voids from the exothermic reaction. It would also be possible to use a module simulation. 5 shows the measures to be taken: 45 lation by simply using a heat insulation surrounding the test piece go from S = -1.0% to MEG _e neUiv = 2.2% and read a true casting temperature in the piece that have a lower thermal conductivity of 1300 ° C. The iron is thus colder 5O ⁰ C to comparable pour than the for the production of the actual casting, as originally intended. In this sense, they have molding materials that are used. Such an insulation can therefore be made valuable quantitative for the caster, reduces the cooling rate, and provides additional benefits. It should be mentioned that, in addition to one, there is a larger module value. Lowering the casting temperature also has other measures. B. a chemical-physical correction course of the cooling of a test specimen for the purpose of iron in the furnace, are possible. Precisely control module simulation, e.g. B. according to a b) From the lecture mentioned above before the 55 predetermined temperature curve. At such an 18th foundry congress, the middle embodiment of the invention is a temperature slope of specific volume and strength with sensor inside the casting cavity for the sample of different Si contents of the iron is connected to a control device that is exemplified. This relationship is shown in FIG. 6 firmly hold the current flowing through an induction coil. 60 influenced in such a way that a lag behind the cooling-down question is z. B. according to the mean strength in temperature compared to the specified temperature of a cast machine part, with a wall profile due to a reduction in inductive strength W = 30 mm (M = 1.5 cm). Compensation is made from the character heating, and vice versa. In one report, 87% stable components are taken from such an arrangement, additional funds could also be taken. According to FIG. 3 a specific 65 can be provided in order to determine the volume V - 0.1390 cm ³ / g. To increase this specific Vo cooling rate. This middle lumen can be shown in FIG. ^{6 an average tensile strength of 23 kg / mm 2} could, for example, be expected as a blow molding device. be formed, with the help of which a gaseous cooling

mittel gegen die Außenfläche der Gießform für den Probekörper geblasen werden kann.means can be blown against the outer surface of the mold for the test specimen.

Zum Aufstellen der geschilderten Charakteristik sind wenigstens zwei Probekörper notwendig; es empfiehlt sich jedoch vielfach, drei Probekörper herzustellen, die zweckmäßig auseinander liegende Punkte auf der die Charakteristik darstellenden Linie ergeben; hierbei wird die Gesamtmenge der zum Gießen dieser drei Probekörper nötigen Metallmenge zweckmäßig auf 2000 cm³ beschränkt.At least two test specimens are required to establish the characteristics described; however, it is often advisable to produce three test specimens which expediently result in points lying apart on the line representing the characteristic; In this case, the total amount of metal required for casting these three test specimens is expediently limited to 2000 cm ³ .

Es empfiehlt sich, zur Probekörperherstellung dieselben Formstoffmaterialien wie für das aus der Schmelze herzustellende Gußstück zu benutzen. Desgleichen empfiehlt es sich, die Wandstärke der Gießform zum Gießen des einer unbeeinflußten Abkühlung überlassenen Probekörpers etwa gleich der Wandstärke der Gießform im interessierenden Bereich des herzustellenden Gußstückes auszubilden. Es sind allerdings Abweichungen denkbar hinsichtlich Zusammensetzung der Formmasse für die Gießform oder hinsichtlich Wandstärke der Gießform; diese Abweichungen führen zu kleinen Verschiebungen der Charakteristik, die sich jedoch leicht auf Grund von vergleichenden Eichmessungen voraussagen lassen. Das gleiche gilt hinsichtlich Schmelzen, die durch »5 Impfung eine Vergrößerung ihrer Keimzahl erfahren.It is advisable to use the same for specimen production To use molding materials as for the casting to be produced from the melt. Likewise it is advisable to use the wall thickness of the casting mold for casting the unaffected cooling The test specimen provided is approximately equal to the wall thickness of the casting mold in the area of interest to be produced casting. However, deviations are conceivable with regard to the composition the molding compound for the casting mold or with regard to the wall thickness of the casting mold; these deviations lead to small shifts in the characteristic, which, however, can easily be caused by predict comparative calibration measurements. The same applies to melts caused by »5 Vaccination experience an increase in their bacterial count.

Claims

Patent claims:

1. Procedure for determining the relationship (characteristic) between the relationship (Module) from volume to the surface of a casting and the carbide (white) or graphitic and ferritic (gray) solidifying structural components from a cast iron to be cast, in particular to predict metallurgical, casting or strength properties of a casting, characterized in that that at least two specimens with different cooling times are cast from the iron to be cast and that at least for a test specimen, that value of the module required to achieve the desired value for setting up the structural condition serving the characteristic is necessary by an artificial change of the Heat dissipation is simulated.

2. The method according to claim 1, characterized in that when three test specimens are produced, their total volume does not exceed ^{2000 cm 3.}

3. The method according to claim 1, characterized in that the simulation of the module by Artificial heating or cooling of the mold for the test specimen in question takes place.

4. The method according to claim 3, characterized by the use of exothermic molding materials to form the mold for the test specimens.

5. The method according to claim 1, characterized in that the simulation of the module by Use of molding materials for the casting mold of the specimen in question takes place, the Thermal conductivity with respect to the molding material used to manufacture the casting is less.

6. The method according to claim 1, characterized in that the simulation of the desired Module is monitored or controlled with the help of temperature sensors, which determine the course of the Determine the temperature of a test specimen during solidification or during cooling.

7. The method according to claim 1, characterized in that the setting up the characteristic significant proportions of white or gray solidifying structural components by determination the specific weight or the specific volume of the test specimen can be determined.

8. The method according to claim 1, characterized in that the shape of the test specimen of the undertaking is adapted from the usual rapid strength tests.

9. The method according to claim 1 and 6, characterized in that the measurement of the temperature profile used thermocouples before the measurement by connecting a power source operated as a heating resistor and at least approximated to the expected metal temperature be preheated.

1 sheet of drawings