DE19619477C2

DE19619477C2 - Verfahren zum Überprüfen der Eigenschaften von geschmolzenem Gußeisen

Info

Publication number: DE19619477C2
Application number: DE19619477A
Authority: DE
Inventors: Toshitake Kanno; Jun Iwahashi; Eiichi Sahara; Hidetaka Hiraoka; Mayuki Morinaka; Tsuneharu Sugie; Yasushi Kubota
Original assignee: NIPPON SUBLANCE PROBE ENGINEER; Kimura Foundry Co Ltd
Current assignee: NIPPON SUBLANCE PROBE ENGINEER; Kimura Foundry Co Ltd
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: SE9601693L; GB2300916B; JPH08313464A; GB9608898D0; CN1059243C; ITTO960398A1; ITTO960398A0; US5804006A; SE515846C2; IT1285874B1; BR9602248A; GB2300916A; JP2750832B2; CN1141351A; DE19619477A1; SE9601693D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Eigenschaften von geschmolzenem Gußeisen und insbesondere ein Verfahren zum Überprüfen der Eigenschaften von Gußeisen vor dem Gießen.

Die Eigenschaften von Gußeisen können nicht durch Messen ihrer chemischen Zusammensetzung bestimmt werden, und da Gußeisen aus Graphit und Stahl gebildet ist, müssen die Verteilung und die Form des Graphits im Gußeisen, die Graphitisation bzw. Graphitbildung und anderes vorsichtig studiert werden.

Es wird auf die Veröffentlichung "Carbon Equivalent of White Cast Irons", aus dem AFS Cast Metals Research Journal, 1972, Bd. 8, Nr. 1, S. 15-19 verwiesen.

Aus dem Stand der Technik ist es zur Bestimmung der Verteilung des Graphits im Gußeisen und anderen bekannt, das verfestigte Gußeisen nachdem das geschmol zene Gußeisen ausreichend abgeküht worden ist, um den Festzustand zu ändern, unter einem Mikroskop oder Ultraschallapparat zu beobachten, um die Eigenschaf ten des Gußeisens zu überprüfen.

Gewöhnlicherweise wird andererseits ein Kühltest durchgeführt, in dem geschmol zenes Gußeisen in eine Form gegeben wird, um festzustellen, ob ein(e) dünne(r) Portion oder Ecke des Gusses in ein weißes Gußeisen umgewandelt worden ist oder nicht.

Es wurde bestätigt, daß in einem Eisen-Kohlenstoff-Gleichgewichtsdiagramm die eu tektische Temperatur des Graphits (stabilisierte eutektische Temperatur) 1153°C und die eutektische Temperatur des Cementits 1147°C beträgt. Jede dieser Tem peraturen zeigt jedoch ein Idealverhältnis, aber diese Temperaturen werden nicht zum Prüfen der Eigenschaften von Gußeisenschmelze verwendet.

Es ist ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, daß diese eutektischen Tem peraturen durch die Silicium- und Chrom(Cr)-Gehalte im Gußeisen verändert werden. Wenn der Siliciumgehalt im Gußeisen erhöht wird, wird auch die eutekti sche Temperatur des Graphits erhöht und die eutektische Temperatur des Cemen tits wird erniedrigt werden und umgekehrt, wenn der Chromgehalt in dem Gußei sen erhöht wird, wird die eutektische Temperatur des Cementits erniedrigt werden.

Dann wurde beim Messen der Kühlkurven von geschmolzenem Gußeisen erforscht, die Eigenschaften von Gußeisen gemäß der eutektischen Temperatur, eutektischen Temperatur des Graphits und eutektischen Temperatur des Cementits geschmolze nen Gußeisens zu prüfen.

Aus dem Stand der Technik ist ein Verfahren zum Bestimmen der Eigenschaften von Gußeisen unter Verwendung deren Kühlkurven bekannt, in welchen Tellur (Te) dem geschmolzenen Gußeisen zugesetzt wird, um es in der Form der eutektischen Transformation des Cementits zu verfestigen und die Kohlenstoff(C)- und Silicium- (Si)-Gehalte im Gußeisen werden unter Verwendung einer Kühlkurve des geschmol zenen Gußeisens aus der Kühlkurve der eutektischen Transformation des Cementits gemessen.

Gemäß dem vorstehenden Verfahren können im Fall, wo alle anderen chemischen Komponenten im geschmolzenen Gußeisen als Kohlenstoff und Silicium einschließ lich Spurenelemente sich nicht verändert haben, die Kohlenstoff- und Silicium-Ge halte in dem geschmolzenen Gußeisen durch das Verfahren zum Bestimmen der eutektischen Temperatur des Cementits erhalten werden. Wenn die chemischen Komponenten in dem geschmolzenen Gußeisen sich jedoch gering ändern, ist es sehr schwierig, den Kohlenstoff- und Silicium-Gehalt zu prüfen, da die eutektische Temperatur des Cementits mit einer Änderung der Komponenten in dem geschmol zenen Gußeisen geändert werden wird.

Bei dem Verfahren zum Bestimmen der eutektischen Temperatur des Cementits von geschmolzenem Gußeisen wird ein Kohlenstoffäquivalent (CE = C + 1/3Si) aus der Primärkristalltemperatur und anschließend wird der Siliciumgehalt aus der eutektischen Temperatur des Cementits erhalten, und daher ist es unmöglich, den Mangan(Mn)-Gehalt in dem geschmolzenen Gußeisen zu analysieren.

Da die Eigenschaften von Gußeisen von den Komponenten und der Kühlgeschwin digkeit abhängen, sogar wenn die Komponenten gleich sind, werden die Zahl der eutektischen Zellen, die Schrumpfung, die Festigkeit bzw. Zähigkeit und die Härte des Gußeisens gewöhnlicherweise mittels verschiedener Tests, nachdem das ge schmolzene Gußeisen gefroren worden ist, bestimmt.

Verfahren zur Untersuchung des Gehalts an strukturmodifizierten Additiven im geschmolzenen Gußeisenbad und der Weißerstarrung von Lamellengraphit- Gußeisen durch einen thermischen Analysetest und ein hierfür verwendetes Probegefäß ist aus DE 44 37 066 A1 bekannt. Das Verfahren besteht aus den Stufen: Erhalten einer ersten Temperaturkurve des geschmolzenen Gußeisenbades unter Verwendung eines ersten Probegefäßes, Erhalten einer zweiten Temperaturkurve des geschmolzenen Bades unter Verwendung eines zweiten Probegefäßes, in dem kleine Mengen von Teilur enthalten sind, und Vergleichen der ersten Abkühlkurve mit der zweiten Abkühlkurve.

Ausgehend davon ist es eine grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Prüfen der Eigenschaften von geschmolzenem Gußeisen bereit zustellen, bevor es in eine Form gegossen wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Prüfen der Eigenschaften von geschmolzenem Gußeisen bereitzustellen, durch Berücksich tigung der Änderung der eutektischen Temperatur des Cementits, der eutektischen Temperatur des Graphits und der eutektischen Gefriertemperatur des geschmolze nen Gußeisens.

Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zum Prüfen der Eigenschaften von ge schmolzenem Gußeisen in der Verwendung von drei Probenbehältern zum Durch führen der thermischen Analyse des geschmolzenen Gußeisens, durch die Zugabe eines Additives zur Förderung des Abkühlens bzw. Abschreckens in den ersten Probenbehälter und durch Gießen geschmolzenen Gußeisens in den ersten Proben behälter zum Bestimmen der eutektischen Temperatur des Cementits (TEC), Bestim men der eutektischen Gefrier- bzw. Erstarrtemperatur des in den zweiten Probenbe hälter ohne Zugabe eines Additivs gegossenen, geschmolzenen Gußeisens, Bestim men der eutektischen Temperatur des Graphits (TEG) des in den dritten Probenbe hälter gegossenen Gußeisens, in welchen ein Graphitbildner zugegeben ist und Un tersuchung der Beziehung zwischen der vorstehenden eutektischen Temperatur des Cementits (TEC) und eutektischen Temperatur des Graphits (TEG) hinsichtlich der Änderung der vorstehenden eutektischen Temperatur des geschmolzenen Gußei sens.

Gemäß der Erfindung werden 0,2 bis 1.0 Gew.-% Tellur (Te) in den ersten Proben behälter als das den Abschreck- bzw. Abkühleffekt fördernde Additiv zugegeben. Es ist möglich, bis zu etwa 50 Gew.-% des zugesetzten Tellurs durch Selen (Se), Wis mut (Bi) und Chrom (Cr) zu substituieren.

In diesem Fall, wenn der Siliciumgehalt in dem geschmolzenen Gußeisen weniger als 30 Gew.-% beträgt, wird die Graphitisierungs- bzw. Graphitbildung wesentlich erniedrigt werden. Umgekehrt wird die Graphitbildung verringert, wenn der Sili ciumgehalt in dem geschmolzenen Gußeisen mehr als 97 Gew.-% beträgt. Obwohl Kohlenstoff eine wirksame Substanz für die Graphitbildung von geschmolzenem Gußeisen ist, wird die Graphitbildung erniedrigt werden, wenn der Kohlenstoffge halt weniger als 30 Gew.-% beträgt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft gemäß den beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der drei Probenbehälter und der Vorrichtung zum Plotten einer Kühlkurve zur Durchführung der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 ein Diagramm ist, das eine Kühlkurve des aus den Probenbehältern und dem Apparat aus Fig. 1 erhaltenen geschmolzenen Gußeisens erläutert,

Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Beziehung der Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der höchsten eutektischen Temperatur (TEM) und der niedrigsten eutek tischen Superkühltemperatur (TES) in Abhängigkeit von der Änderung des Chromgehalts (Cr) im geschmolzenen Gußeisen und der Abkühltiefe zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Beziehung der Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der niedrigsten eutektischen Superkühltemperatur (TES) und der eutekti schen Temperatur des Cementits (TEC) in Abhängigkeit von der Variation des Chromgehalts (Cr) im geschmolzenen Gußeisen und der Abkühltiefe zeigt,

Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Beziehung von ΔT1/ΔT3 in Abhängigkeit von der Chromvariation im geschmolzenen Gußeisen und der Abkühltiefe zeigt,

Fig. 6 eine microphotographische Aufnahme ist, die die aus geschmolzenem Gußeisen mit einem ΔT1/ΔT3-Wert von 0,73 gebildete Gußeisenstruktur zeigt, welches in den zweiten Probenbehälter gegossen worden ist, zu dem kein Additiv gegeben wurde,

Fig. 7 eine microphotographische Aufnahme ist, die die aus geschmolzenem Gußeisen mit einem ΔT1/ΔT3-Wert von 0,56 gebildete Gußeisenstruktur zeigt, welches in den zweiten Probenbehälter gegossen worden ist, zu dem kein Additiv gegeben wurde,

Fig. 8 eine microphotographische Aufnahme ist, die die aus geschmolzenem Gußeisen mit einem ΔT1/ΔT3-Wert von 0,25 gebildete Gußeisenstruktur zeigt, welches in den zweiten Probenbehälter gegossen worden ist, zu dem kein Additiv gegeben wurde, und

Fig. 9 eine microphotographische Aufnahme ist, die die aus geschmolzenem Gußeisen mit einem ΔT1/ΔT3-Wert von 0,10 gebildete Gußeisenstruktur zeigt, welches in den zweiten Probenbehälter gegossen worden ist, zu dem kein Additiv gegeben wurde.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Wie in Fig. 1 gezeigt, sind drei Probenbehälter, d. h. der erste, zweite und dritte Behälter 1, 2 und 3, über eine herkömmlichen Thermokupplung 4 miteinander mit einem Kühlkurvenaufzeichner 7, wie einem herkömmlichen CE-Meter, verbunden.

Als eines der strukturmodifizierenden Additive wurde eine geringe Menge Tellur (Te) in den ersten Behälter 1 eingebracht, aber der zweite Behälter 2 ist frei von Additiv, und 75 Gew.-% Ferrosilicium 6 wird in den dritten Behälter 3 eingebracht.

Die folgenden Kohlenstoff (C), Silicium (Si), Magnesium (Mn) und Chrom (Cr) ent haltenden fünf Proben geschmolzenen Gußeisens wurden hergestellt:

Probe I: 3,1% Kohlenstoff (C), 1,6% Silicium (Si), 0,75% Mangan (Mn) und 0,12 % Chrom (Cr);

Probe II: 3,1% C, 1,6% Si, 0,75% Mn und 0,37% Cr;

Probe III: 3,1% C, 1,6% Si, 0,75% Mn und 0,63 Cr;

Probe IV: 3,1% C, 1,6% Si, 0,75% Mn und 0,91% Cr und

Probe V: 3,1% C, 1,6% Si, 0,75% Mn und 1,38% Cr.

Unter Verwendung eines herkömmlichen CE-Meters und der Probenbehälter 1, 2 und 3 und des Apparates 7 der Erfindung wird das Fading bzw. der Schwund einer jeden Probe I bis V bestimmt, und die Beziehung zwischen der Kühltiefe und der Kühlkurve einer jeder der Proben wurden untersucht.

Die aus dem in den zweiten Probenbehälter 2 gegossenen Proben, in welchen kein Additiv enthalten ist, erhaltene Kühlkurve ist als eine unterbrochene Linie 9 in der Fig. 2 gezeigt.

In dieser Kühlkurve 9 ist die Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der höchsten eutek tischen Frier- bzw. Gefriertemperatur (TEM) und der niedrigsten eutektischen Super kühl- bzw. Unterkühltemperatur (TES) des geschmolzenen Gußeisens eine kon ventionelle Kühlkurve, und gewöhnlicherweise wird es angenommen, daß diese Temperaturdifferenz (ΔT) mit der Kühltiefe in Beziehung steht.

Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Kühlkurve 9 kann die Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der höchsten eutektischen Gefriertemperatur (TEM) und der niedrigsten eutektischen Unterkühltemperatur (TES) einer jeden Probe I bis IV, wie in Fig. 3 gezeigt, geplottet werden. Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, daß keine Beziehung zwischen der Tempraturdifferenz (ΔT) und der Kühltiefe besteht.

Die Kühlkurve 10 gemäß Fig. 2 zeigt die eutektische Temperatur des Cementits (TEC), die aus der Schmelze von in den ersten Probebehälter 1 gegossenem Gußei sen, in welchem Tellur (Te) enthalten ist, erhalten wurde.

In Fig. 2 ist die Temperaturdifferenz zwischen der niedrigsten eutektischen Unter kühltemperatur (TES) in der Kühlkurve 8 und die eutektische Temperatur des Ce mentits (TEC) in der Kühlkurve 10 durch ΔT1 bezeichnet.

Die Temperaturdifferenz (ΔT1) und die Kühltiefe einer jeden Probe I bis V können, wie in Fig. 4 gezeigt, geplottet werden.

Aus Fig. 4 ist es ersichtlich, daß, falls der Chromgehalt in jeder der Proben von gleicher Menge ist, die Temperaturdifferenz (ΔT1) zwischen der niedrigsten eutekti schen Unterkühltemperatur (TES) eine gute Beziehung mit der Kühltiefe zeigt, aber wenn der Chromgehalt im geschmolzenen Gußeisen geändert wird, wird die Bezie hung zwischen der Temperaturdifferenz (ΔT1) und der Kühltiefe verschlechtert.

Weiter ist aus den aus den Probenbehältern 1, 2 und 3 erhaltenen Kühlkurven er kennbar, daß gemäß der Beziehung zwischen der Temperaturdiffernez (ΔT3) zwi schen der eutektischen Temperatur des Graphits (TEC) und der eutektischen Tem peratur des Cementits (TEC) und der Temperaturdifferenz (ΔT1) zwischen der nied rigsten eutektischen Unterkühltemperatur (TES) und der eutektischen Temperatur des Graphits (TEG) die (ΔT1/ΔT3)-Werte eine enge Beziehung untereinander haben.

Die Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der durch die Verwendung eines Kühltest stücks erhaltenen Kühltiefe und den (ΔT1/ΔT3)-Werten.

Wenn der Chromgehalt in dem geschmolzenen Gußeisen geändert wird, wird die Beziehung zwischen der Temperaturdifferenz (ΔT1) zwischen der niedrigsten eutek tischen Unterkühltemperatur (TES) und der eutektischen Temperatur des Cementits (TEC) und der Kühltiefe nicht gut sein, aber durch Verwendung der vorstehenden Beziehung (ΔT1/ΔT3) wurde die Beziehung zwischen ihnen und der Kühltiefe ver bessert.

Ein Ergebnis der Überprüfung der Struktur von Gußeisen, das aus dem dritten Probebehälter, in welchem 75% Ferrosilicium enthalten sind, erhalten wurde, ist, daß jeder Graphittyp vom A-Typ ist.

Demgemäß, wie es in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt ist, wird es erkennbar, daß eine signifikante Beziehung zwischen den ΔT1/ΔT3-Werten, den Graphittypen und der Graphitverteilung in dem Gußeisen besteht.

In den die Microstruktur von Gußeisen zeigenden Zeichnungen zeigt Fig. 6 die Struktur mit einem ΔT1/ΔT3-Wert von 0,73, Fig. 7 die Struktur mit einem ΔT1/ΔT3- Wert von 0,56, Fig. 8 die Struktur mit einem ΔT1/ΔT3-Wert von 0,25 und Fig. 9 die Struktur mit einem ΔT1/ΔT3-Wert von 0,10.

Die Eigenschaften dieser Strukturen, die Fading-Zeit, der ΔT1/ΔT3-Wert, der Graphittyp, die Härte, die Schrumpfung, der Carbid-Gehalt und die Zahl der eu tektischen Zellen sind in der Tabelle I gezeigt.

Tabelle I

Aus der in den Fig. 6 bis 9 gezeigten Microstruktur ist es verständlich, daß, wenn die ΔT1/ΔT3-Werte näher an 1 sind, der in dem Gußeisen verteilte Graphit vom A-Typ sein wird und umgekehrt; wenn die ΔT1/ΔT3-Werte näher an 0 sind, wird der Graphit nicht gleichförmig im Gußeisen verteilt.

Darüber hinaus ist es aus den Fig. 6 bis 9 und der vorstehenden Tabelle I offensichtlich, daß, wenn der Graphittyp abnimmt, die Festigkeit des Gußeisens und die darin enthaltende Zahl der eutektischen Zellen ebenfalls abnehmen wird.

In dem Fall, bei dem der ΔT1/ΔT3-Wert 0,25 ist, wird die Härte des Gußeisens aus diesem Grunde erhöht sein, da eine kleine Menge an Carbid darin geformt ist, und in dem Fall, in dem der ΔT1/ΔT3-Wert 0,10 ist, wird die Existenz von Carbid in der Struktur bestätigt.

Aus dem vorstehenden wurde gefunden, daß der ΔT1/ΔT3-Wert und die Zahl der eutektischen Zellen in einer engen Beziehung zueinander stehen.

Als Konsequenz davon, sogar, wenn die ΔT1/ΔT3-Werte durch Verwendung der Temperaturdifferenz (ΔT2) zwischen der höchsten eutektischen Gefriertemperatur (TEM) und der eutektischen Temperatur des Cementits (TEC) ausgewählt werden, ist es nicht notwendig, die Beziehung zwischen diesen zwei zu berücksichtigen, solan ge die höchste eutektische Gefriertemperatur nicht diesselbe ist, wie die eutektische Temperatur des Graphits (TEG). Die Position der höchsten eutektischen Gefriertem peratur (TEM) zwischen der eutektischen Temperatur des Cementits (TEC) und der eutektischen Temperatur des Graphits (TEG) kann durch die Fläche in der Seite der eutektischen Temperatur des Cementits (TEC) und der Fläche in der Seite der eutektischen Temperatur des Graphits (TEG) dargestellt werden.

Darüber hinaus ist es möglich, die Eigenschaften des geschmolzenen Gußeisens durch Überprüfen der Primärkristallisationstemperatur (Tr), dem Kohlenstoffäquiva lent, der Temperaturdifferenz (ΔT) zwischen der höchsten eutektischen Temperatur (TEM) und der niedrigsten eutektischen Unterkühltemperatur (TES) und der Bezie hung zwischen der Temperatur und der Zeit beim eutektischen Gefrieren des ge schmolzenen Gußeisens zu überprüfen.

Wie vorstehend ausgeführt, können die Eigenschaften des geschmolzenen Gußeisens vor dem Gießen in eine Form in dem Gußtest überprüft werden.

Claims

1. Verfahren zum Überprüfen der Eigenschaften von geschmolzenem Gußeisen durch

a) Bestimmen der eutektischen Temperatur des Cementits (TEC) des in einen ersten Probenbehälter gegossenen geschmolzenen Gußeisens, in welchem ein Kühlmittel enthalten ist,
b) Bestimmen der eutektischen Gefriertemperatur des in einen zweiten additivfreien Probenbehälter gegossenen geschmolzenen Gußeisens,
c) Bestimmen der eutektischen Temperatur des Graphits (TEG) des in einen dritten Probenbehälter gegossenen geschmolzenen Gußeisens, in welchem ein Graphitbildner enthalten ist, und
d) Untersuchung der Beziehung zwischen der eutektischen Temperatur des Cementits (TEC) und der eutektischen Temperatur des Graphits (TEG) innerhalb des eutektischen Gefriertemperaturänderungsbereichs des geschmolzenen Gußeisens.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Gußeisen in jeden der ersten, zweiten und dritten Probebehälter gleichzeitig gegossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus der aus Tellur, Selen, Wismut und Chrom bestehenden Klasse ausgewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus zumindest Tellur, Selen, Wismut oder Chrom besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitbildner etwa 30 bis 97 Gew.-% Silicium enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitbildner 30% Kohlenstoff enthält.