DE2225766A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen metallurgischer Eigenschaften von Gußeisen mit Kugelgraphit - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-ING. FINSTERWALD DIPL.-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE 4 4 4V /00

München, den ²⁶· ^{MAI 1§72} Mak/Sv - G 2226

GEIiEEAL MOtDOES OOEPOEATION Detroit, Michigan, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen metallurgischer Eigenschaften von Gußeisen mit Kugelgraphit

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit und betrifft insbesondere ein thermisches Analyseverfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen bzw. Vorhersagen der Gußstruktur von Gußeisen mit Kugelgraphit (nodular cast-iron) in einem Gdääerei-Steuerarbeitsgang. Die Erfindung betrifft vor allem ein Verfahren zum Vorhersagen der metallurgischen Eigenschaften einer Probe von geschmolzenem Gußeisen, das zur Bildung von Gußeisen mit Kugelgraphit bei der Verfestigung behandelt wird,, bei welchem Verfahren eine Abkühlungskurve für die Probe bestimmt wird, indem die !Temperatur der Probe in Intervallen von kleinen vorbestimmten Zeitinkrementen für die Zeitdauer gemessen wird, die die probe für ein Abkühlen von einer Temperatur, bei der sie flüssig ist, auf eine Temperatur, bei der sie fest ist, benötigt. 209850/09 07

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In der üblichen Herstellungspraxis wird relativ weiches Grund-Graueisen kugelförmig (nodular) gemacht durch Hinzufügen von Magnesium in kleinen Mengen, das die Gestalt des flockenförmigen Graphits in dem Gußeisen in eine kugelförmige oder sphäroide Form ändert. Nach der Magnesiumimpfung wird eine Nach-Impfungs-Behandlung mit i'erroSilizium ausgeführt, um .die Carbidbildungs-Neigung des mit Magnesium behandelten Gußeisens zu beseitigen. Bekanntlich ist ein erfolgreiches Behandeln bzw. Verarbeiten von Gußeisen mit Kugelgraphit abhängig von solchen Prozeßvariablen wie der Zusammensetzung des Grund-Graueisens, der Angemessenheit und Wirksamkeit der Magnesiumimpfung und der Nach-Impfungs-Behandlungen und der Temperatur des geschmolzenen Gußeisens und der Standzeit zwischen den Impfungsbehandlungen und dem Gießen des Gußeisens ..Dieser letztere Effekt, der als Impfungsschwund bekannt ist, folgt aus dem allmählichen Verlust von Magnesium und infolgedessen an Impfungswirksamkeit, wenn das geschmolzene Gußeisen vor dem Gießen gehalten wird bzw. steht. Restliche Magnesiumpegel in dem normalen Bereich von 0,03-0,06 Gew.% führen zu annehmbaren Kugel-Gußeisen-Strukturen für eine geeignete Graugußzusammensetzung. Wenn jedoch das restliche Magnesium unter 0,OJ Gew.% fällt, verschlechtert sich die sphäroidische Gestalt des Graphits schnell zu einer wurmartigen und schließlich zu einer flockenartigen Form, die eine unannehmbare Struktur darstellt. Die Steuerung dieser Prozeßvariablen ist von Bedeutung bei der Produktion von annehmbaren Kugel-Gußeisen-Gußstücken aufgrund deren Effekt auf die Eigenschaften der Mikrostruktur und Zusammensetzung der resultierenden Gußstücke, beispielsweise auf den Prozentsatz -'~ an Kugelstruktur, den Gewichtsprozentsatz an Carbiden, dem Gewichtsprozentsatz an Ferrit und Perlit und den Gewichtsprozentsatz von Kohlenstoff, Silizium und Mag- " nesium, die zu den physikalischen Eigenschaften der Gußstücke, beispielsweise der Zugfestigkeit und der Streckbarkeit bzw. Ziehbarkeit in Beziehung stehen.

Aufgrund des Effektes der obengenannten -Variablen wird bei Produktionsprozessen das Grund-Graueisen in abge- . ' teilten Mengen bzw. Partien behandelt, wobei Testproben von jeder Partie gegossen und gekühlt werden und die Mikrostruktur metallurgisch geprüft wird, um zu bestimmen, ob die Behandlungen erfolgreich gewesen sind. Idealerweise sollte, wenn einmal ein erfolgreicher Behandlungsplan in der Gießerei erstellt worden ist, dessen Benutzung zu einer reproduzierbaren Gießqualität führen. Jedoch die Empfindlichkeit der Kugel-Gußeisen-Produktion gegenüber diesen Variablen und die in einem Produktionsarbeitsgang inhärenten Behandlungs- bzw. Prozeßschwierigkeiten schließen eine solche Praxis aus. folglich werden, um hochqualitative Gußstücke sicherzustellen, ebenfalls kommerzielle Gußstücke mit einem Testprobenteil gegossen, der von dem Gußstück abgeschnitten und metallurgisch untersucht wird, um die Mikrostruktur des Gußstücks zu bestimmen. Wenn eine annehmbare sphäroidische graphitische Struktur in der Probe nicht erreicht wird, bedeutet dies, daß die Gußstücke unannehmbar sind und verschrottet werden müssen. Die Schwierigkeit bei der Steuerung der Zusammensetzung und der Prozeßbehandlungen und das Erfordernis für ausgedehnte Qualitätskontroll-Arbeitsgänge beeinträchtigen somit in bedeutender Weise die Wirtschaftlichkeit des Gießereibetriebs nicht nur bezüglich der Möglichkeit einer hohen Rate von Abfall-Gußstücken, sondern auch bezüglich der zur Aufrechterhaltung der Qualitätskontrolle erforderlichen Zeit und Einrichtungen. Ein zuverlässiges Verfahren und eine Vorrichtung zu desnen Durchführung für eine direkte Vorhersage der Eigenschaften von Kugelgraphitguß-Gußstücken vor dem Gießen des geschmolzenen Gußeisens sind im hohen Maße erwünscht;

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SAD ORIGfNAL

Eine "bekannte Anwendung thermischer Analysetechniken erfordert die Bestimmung einiger Bestandteile in dem geschmolzenen untereutektisehen Gußeisen durch eine Bestimmung von dessen Kqhlenstoffäquivalent, das definiert werden kann als, der gesamte Prozentsatz an Kohlenstoff plus 1/3 des gesamten Prozentsatzes an Silizium plus 1/3 des gesamten Prozentsatzes an Phosphor, das in der Gußeisenprobe auf dem Gesamtgewicht der Probe basierend enthalten ist. Diese Verfahren haben sich jedoch ausschließlich auf die absolute Temperatur und die Zeit, zu der der Liquidus-Wärme-Haltepunkt (liquidus thermal arrest) auftritt. Der Liquidus-Wärme-Haltepunkt wird bestimmt, indem eine iÄbkühlungskurve für eine Probe von geschmolzenem Gußeisen erzeugt wird. Wenn das geschmolzene Metall sich verfestigt mit entweder einer einzigen Phase oder einer Vielphasen-Mikrostruktur ändert die Bildungswärme für neue Phasen oder einen Wechsel des Zustandes die Geschwindigkeit des Temperaturabfalls. Wenn die Änderung der Temperatur mit der Zeit der sich verfestigenden Gußeisenprobe punktförmig aufgetragen wird, kann die Temperatur bestimmt werden, fei der die freigesetzte Wärme einen isothermischen Haltepunkt in der Abkühlungskurve erzeugt, wenn das Austenit sich abzuscheiden beginnt. Diese Temperatur ist die Liquidus-Wärme-Haltepunkt-Temperatur. Wenn er genau festgestellt wird, ist die Messung des Liquidus-Wärme-Haltepunktes ein zuverlässiges Verfahren der chemischen Analyse. Jedoch sind die absoluten Werte der Temperatur und der Zeit abhängig von vielen beeinflussenden Paktoren, die bewirken, daß die Kurve sich zu verschiedenen Temperaturen und Zeiten verlagert. Diese Faktoren umfassen kleine Änderungen in der chemischen Zusammensetzung, die Wärmeübergangseigenschaften und die Masse der sich verfestigenden Probe und die Genauigkeit der Anordnung eines Thermoelementes und der Temperaturbestimmungen. Beispielsweise verschieben kleine Änderungen in der chemischen Zusammensetzung von

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Kugelgraphit-Gußeisen-Proben die Temperaturen, bei denen Verfestigungsreaktionen auftreten aufgrund der geneigten Bereiche des ternären Eisen-Kohlenstoff-Silizium-Phasendiagramms. Weitere Schwierigkeiten entstehen aus dem möglichen Auftreten entweder von stabilen Graphit oder von metastabilem Carbid. Diese Schwierigkeit bei der Bestimmung absoluter Temperaturen und bei dem Definieren absoluter Temperaturen auf demternären Eisen-Kohlenstoff-Silizium-Phasendiagramm macht es schwierig, spezifische Reaktionsprodukte, wie Austenit, Graphit und Carbid einer exakten Temperatur auf einer Kugelgraphit-Gußeisen-Abkühlungskurve zuzuordnen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfallrens, mit dem eine schnelle, vernünftig genaue Vorhersage der metallurgischen Eigenschaften einer Probe von geschmolzenem Gußeisen möglich ist. ·

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zu diesem Zweck vorgesehen, daß die Temperaturmessungen als elektronische Digitalsignale in einem Computer__speicher in der Folge aufeinanderfolgender Zeitinkremente aufgezeichnet werden, dasfeine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden elektronischen Digitalsignalen von dem Speicher abgezogen und differentiell analysiert wird zur Bestimmung einer ersten Gruppe der Signale, die den Wendepunkten der Abkühlungskurve entsprechen, und zur Bestimmung einer zweiten Gruppe der Signale, die den Punkten mit minimalem Radius zwischen den Wendepunkten der Abkühlungskurve entsprechen, daß die erste und zweite Gruppe der Signale in dem Speicher als eine Matrix in der Folge aufeinanderfolgender Zeitinkremente als eine Punktion unabhängiger Variabler gespeichert werden, die jedes der in cLei¹ M&*fD?ix

in cLei M&fjD?ix
Signale/charakterisieren, wobei unabhängige Variable die absolute Zeit, die Temperatur, die lemperaturabfallgeschwindigkeit, der Krümmungsradius und die Zeit- und Temperaturdifferentiale zwischen den Signalen in der

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Matrix sind, daß bekannte Matrizen korreliert werden, die in gleicher Weise von Abkühlungskurven-^estimmungen bei ähnlichen Proben von Kugelgraphit-Gußeisen mit bekannten metallurgischen Eigenschaften mittels vielfacher linearer schrittweiser Regressions-Analyse in dem Computer erhalten werden zum Erstellen von jede der metallurgischen Eigenschaften vorhersagenden .Regressions-Analysen, wobei die Regressions-Analysen eine lineare !Funktion der signifikanten unabhängigen Variablen sind, die zum Vorhersagen von jeder der Eigenschaften erforderlich sind, und daß die Regressions-Analysen beim Herausziehen der signifikanten unabhängigen Variablen in der Matrix, die zum Vorhersagen von jeder der metallurgischen Eigenschaften erforderlich sind, aus der Matrix benutzt und dann'diese unabhängigen Variablen unter Verwendung der Regressions-Analyse verarbeitet werden zur Erzeugung eines Ausgangssignals von dem Computer, das die Eigenschaften vorhersagt.

Bevorzugt wird die Temperatur der Probe für eine Zeitdauer gemessen, die die Probe zum Abkühlen von 1260⁰C auf 1010°C benötigt, und weist die Probe von geschmolzenem Gußeisen eine thermische Masse auf, die es der Probe ermöglicht, von 1260⁰C auf 1010⁰C in einer Zeitdauer von 0,5 bis 4 Minuten abzukühlen. Dadurch wird sichergestellt, daß die Charge von geschmolzenem Gußeisen, von der die Probe entnommen worden ist, in dem geschmolzenen Zustand nicht zu lange gehaltei
gegossen wird,

lange gehalten werden braucht, bevor sie in eine Gießform

Obgleich absolute Werte der Temperatur und der Zeit von den obengenannten Faktoren abhängig sind, wurde gefunden, daß diese Faktoren keine Änderung in der allgemeinen Gestalt der Abkühlungskurve bewirken. D.h. es wurde gefunden, daß eine Beziehung zwischen der Gesfr-alt der Kugelgraphit-Guß ei sen- Abkühlungskurve und der metallurgischen

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Struktur vorhanden ist, wodurch die Gestalt der Kugelgraphit-Gußeisen-Abkühlungskurve durch Computeranalyse mit einer entsprechenden MikroStruktur korreliert werden kann und dadurch viele Schwierigkeiten und Ungenauigkeiten vermieden werden, die inhärent bei der Benutzung der absoluten Temperaturen und Zeiten zum Vorhersagen der Struktur vorhanden sind.

Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren für eine thermische Analyse vorgesehen, das auf der Gestalt der gesamten Kugelgraphit-Guß ei sen- Abkühlungskurve anstatt allein auf der absoluten Temperatur, bei der der Liquidus-Wärme-Haltepunkt auftritt, beruht. Weiterhin können durch Computeranalyse der suptilen Änderungen in der Gestalt der Abkühlungskurve, wie es nachfolgend im einzelnen erläutert ist, spezifische Eigenschaften der Mikrostruktur und Zusammensetzung des Kugelgraphit-Gußeisens bei der Verfestigung genau und zuverlässig vor dessen Gießen vorhergesagt werden.

Infolgedessen ist erfindungsgemäß ein auf Computer abgestelltes thermisches Analyseverfahren für eine zuverlässige und genaue Vorhersage der metallurgischen Eigenschaften von geschmolzenem Gußeisen vor dessen Gießen vorgesehen, das auf einer auf Computer abgestellten Analyse der Gestalt der gesamten Kugelgraphit-Gußeisen-Abkühlungskurve von dem geschmolzenen Zustand bis zum festen Zustand basiert;, die benutzt wird zur Vorhersage spezifischer Eigenschaften der Mikrostruktur und Zusammensetzung sowohl von untereutektischem als auch von übereutektischem Kugelgraphit-Gußeisen.

Die Erfindung sieht ein schnelles, auf Computer abgestelltes, thermisches Analyseverfahren vor, bei dem die' Eigenschaften des Gußeisens in weniger als 4 Minuten bestimmt werden können, wodurch Variationen aufgrund des ImpfungsSchwundes während der Analyseperiode bzw. Analysedauer auf ein Minimum herabgesetzt, sind.

Zur Durchführung äas Verfahrens ist eine Vorrichtung, insbesondere ein programmierter Digitalcomputer zum Ausführen der oben erwähnten Analyse erforderlich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Probe von geschmolzenem Gußeisen zuerst von dem Halteofen bzw. der Pfanne abgezogen, nachdem das geschmolzene Gußeisen in geeigneter Weise mit Magnesium und FerroSilizium geimpft worden ist. Die Probe ist von einer solchen Abmessung und thermischen Masse, daß sie von dem Schmelzebereich bei etwa 1260⁰O in den Festkörperbereich bei etwa '1010⁰G in weniger als 4 Minuten abkühlen kann, wodurch geeignete Bedingungen für eine schnelle Analysetechnik vorgesehen sind. Die Probe wird nach dem Abziehen abkühlen gelassen und ein Thermoelement, das sich in das Zentrum der Probe erstreckt, mißt kontinuierlich die Änderung der Temperatur der abkühlenden Probe. Das Millivolt-Datensignal von dem Thermoelement wird zu einem programmierten Digitalcomputer geführt, wo es in ein Temperatursignal umgewandelt und in dem Oomputerspeicher in Form von elektronischen Digitalsignalen in der Folge von aufeinanderfolgenden Zeitinkrementen gespeichert wird, wodurch eine Abkühlungskurve in der Form einer gespeicherten, auf die Zeit bezogenen Temperaturmatrix erzeugt wird. Die charakteristische Gestalt der Abkühlungskurve wird dann analysiert, indem bestimmt wird, welche der Signale in der Matrix den Wendepunkten der Kurve und den Punkten mit minimalem Radius zwischen den Wendepunkten entsprechen. Diese Signale werden dann in dem Oomputerspeicher als eine Matrix in der Folge aufeinanderfolgender Zeitinkremente als eine Funktion der unabhängigen Variablen gespeichert, die jedes der Signale in der Matrix charakterisieren. Diese unabhängigen Variablen umfassen die absolute Zeit, die Temperatur, die Temperaturabfallgeschwindigkeit, den Krümmungsradius und die Zeit- und Temperaturdifferentiale zwischen den Signalen. Gleiche in gleicher Weise von

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Proben von ähnlichen Gußeisen mit bekannten metallurgischen Eigenschaften erhaltenen Matrizen werden vorher erzeugt und die unabhängigen, die Signale dieser Matrizen charakterisierenden Variablen sind mit den bekannten metallurgischen Eigenschaften mittels vielfacher, linearer, schrittweiser Regressions-Analyse (multiple linear, stepwise regression analysis) korreliert worden, um Regressionen als eine lineare Punktion der signifikanten, die metallurgischen Eigenschaften vorhersagenden unabhängigen Variablen der Matrix vorzusehen. Diese Regressionen werden dann auf die Matrix angewendet und arbeiten mit den signifikanten unabhängigen Variablen darin, um die metallurgischen Eigenschaften vorherzusagen. Somit ist erfindungsgemäß ein programmierter Digitalcomputer und ein schnelles, auf Computer abgestelltes, thermisches Analyseverfahren vorgesehen, mit dem viele der bedeutenden Eigenschaften der Mikrοstruktur und Zusammensetzung von Gußeisen vorhergesagt werden können und eine zuverlässige Basis geschaffen werden kann, auf der eine Charge von geschmolzenem Gußeisen angenommen oder verworfen werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschribenj in dieser zeigt:

Pig. 1 eine schematische Darstellung der Probenahmetechnik zum Abziehen einer Probe von einer Charge von geschmolzenem Gußeisen, wobei die Millivolt-Daten von einem in die Probe eingetauchten Thermoelement in einen Computer eingegeben werden,-

Pig. 2 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäß verwendeten Probenahmeeinrichtung,

Pig. 3 eine graphische Wiedergabe einer tatsächlichen, erfindungsgemäß erzeugten Abkühlungskurve für ein - untereutektisches Gußeisen,

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Fig. 4 eine graphische Wiedergabe einer tatsächlichen, erfindungsgemäß erzeugten Abkühlungskurve für ein übereutektisches Gußeisen,

Pig. 5 eine schematische Darstellung einer Abkühlungskurve, in der in graphischer Form die Bestimmung der Wendepunkte der Kurve veranschaulicht ist,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Abkühlungskurve, in der in graphischer Form die Bestimmung der Punkte mit minimalem Radius der Kurve veranschaulicht ist, und

Fig. 7 eine tabellarische Darstellung der Matrix, die die Gestalt der erfindungsgemäß erzeugten Abkühlungskurven charakterisiert.

Nach der Zeichnung und insbesondere nach Fig. 1 ist eine Charge (heat) von geschmolzenem Gußeisen 10, das in geeigneter Weise mit Magnesium und Ferrosilizium behandelt ist, in einem geeigneten Haltegefäß 12 bei einer Temperatur von etwa 1427°C unmittelbar vor dem Gießarbeitsgang enthalten. Eine Prοbenahmeeinrichtung 14, die in Fig. im einzelnen dargestellt ist, wird in das geschmolzene Gußeisen in dem Haltegefäß eingetaucht, so daß das geschmolzene Gußeisen 10 durch Seitenöffnungen 16 in die Probenahmeeinrichtung 14 fließen und ein Thermopaar bzw. Thermoelement 18 aktivieren kann, dessen empfindliche Verbindungsstelle 19 im thermischen Zentrum der Probe gelegen ist. Nachdem die Probenahmeeinrichtung 14 für einige Sekunden in das geschmolzene Gußeisen in dem Haltegefäß 12 eingetaucht worden ist, um ein thermisches Gleichgewicht zwischen der Probe und dem verbleibenden geschmolzenen Eisen zu erhalten, wird die Probenahmeeinrichtung entfernt und luftgekühlt, bis die Probe sich unter der

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eutektischen Temperatur für das Gußeisen-"befindet. Die Thermoelement-Leitungen 20, 22 sind mit einem geeiste-. " ten programmierten Computer 24 verbunden, der in aufeinanderfolgenden Zeitinkrementen bzw. Zeitabständen das von dem !Thermoelement 18 erzeugte Millivolt-Datensignal anzeigt, das Millivolt-Datensignal in ein Temperatursignal umwandelt und die Zeit-Temperatur-Datensignale speichert zur Erstellung einer sich von etwa 1260⁰C bis 1010⁰O erstreckenden Abkühlungskurve für die Gußeisenprobe in der Storm einer auf der Zeit basierenden bzw. auf die Zeit bezogenen Temperaturmatrix, die in dem Computerspeicher als elektronische Digitalsignale in der Reihenfolge der aufeinanderfolgenden Zeitinkremente bzw. Zeitstufen gespeichert ist. Ein geeigneter Digitalcomputer für eine Anwendung bei der Erfindung ist der IBM 1800 Prozeßsteuercomputer.

Die Abmessung und die Auslegung bzw. Konstruktion der Probenahmeeinrichtung 14 ist von kritischer Bedeutung bei .der Erzeugung einer Erstarrungskurve bzw. Abkühlungskurve, die die Kernbildungs- bzw. Keimbildungs- und Vachstumsreaktionen nicht verdeckt, die in der sich verfestigenden Gußeisenprobe auftreten, sondern genügend Empfindlichkeit aufweist in bezug auf die Wende- und Haltepunkte in der Abkühlungskurve, die aus den bei der Verfestigung auftretenden Reaktioner·, folgen, und die genügend schnell abkühlt, um die erforderlichen Temperaturdaten in einer kurzen vorbestimmten Zeit, bevorzugt in weniger als vier Minuten vorzusehen. Allgemein sind die kritischen Merkmale der Gußeisenprobe und der Probenahmeeinrichtung die folgenden: Probemasse und Fehlerlosiykeit* Proben-Oberflachenbereich-Zu-Volumen-Verhältnis, das die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt, die Wandstärke und das Material der Probenahmeeinrichtung und die Position des Thermoelementes in der Probenahmeeinrichtung. Diese Merkmale sind von Bedeutung beim Erstellen von

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Abkühlungskurven, die auf Änderungen in der Verarbeitung bzw. Behandlung von Kugelgußeisen bzw. sphärolithischem Gußeisen (nodular cast-iron processing) ansprechen,- die ihrerseits die resultierende Mikrostruktur beeinflussen. D.h., wenn die Probe unregelmäßig bzw. übermäßig klein ist und dadurch eine schnelle Abkühlgeschwindigkeit folgt, ist die Mikrostruktur der Probe nicht kennzeichnend für die Mikrostruktur, die in typischen Gußstücken angetroffen wird. Beispielsweise folgen aus Proben, die zu klein sind, eine mögliche schnelle Oarbidbildung und hohe Graphit-Kugel-Zahlen (graphite nodule counts). Wenn die Probe übermäßig groß ist und zu einer langsamen Abkühlgeschwindigkeit führt, wird die Empfindlichkeit in bezug auf kleine Ablenkungen bzw. Wendepunkte in der Abkühlungskurve, die Variationen in der Mikrostruktur repräsentieren, vermindert oder verdeckt. Zusätzlich wird durch eine langsamere Abkühlungsgeschwindigkeit die Zeit ausgedehnt, die erforderlich ist, um die Abkühlungskurve zu erhalten und zu analysieren, was tiefe Gießtemperaturen für die Charge von geschmolzenem Gußeisen und somit unannehmbare Gußstücke zur !folge haben kann.

Die in Fig. 2 im einzelnen dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Probenahmeeinrichtung weist einen Innendurchmesser von 2,54- cm, einen Außendurchmesser von 2,86 cm und eine Höhe von 7»62 cm auf. Die Einrichtung besteht aus einem kohlenstoffarmen und schwefelarmen Stahl und sieht einen Aufnahmebehälter 26 mit einem Durchmesser von 2,54- cm und einer Höhe von 4,44 cm vor. Die zwei Seitenöffnungen 16 begrenzen die Höhe der Metallschmelzenprobe in dem Aufnahmebehälter 26. Die Thermoelementanordnung 18 besteht aus 24-Gauge-Ohromel-Alumel-Thermoelement-Drähten 20, 22, die mit einem geeigneten keramischen Überzug 28 isoliert und in ein Rohr JO mit einem Durchmesser von 5 mm eingehüllt

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sind, das aus einem geeigneten hitzebeständigen und gegen Chemikalien widerstandsfähigen Glas, wie beispielsweise Vycor besteht. Die Thermoelement-Drähte 20, 22 enden in einer !Fühlverbindung bzw. empfindlichen Verbindungsstelle 19» die in dem thermischen Zentrum der Metallschmelzenprobe in dem Aufnahmebehälter 26 gelegen ist. Die (Thermo element anordnung ist in eine keramische Hülse 32 geklebt bzw. zementiert und die iChermoelement-Drähte 20, 22 erstrecken sich zu einem Papp- bzw. Kartonrohr 34, das die Thermoelement-Drähte 20, 22 trägt und eine schnelle Ver- · bindung und Trennung der entsprechenden Drähte 20, 22 mit dem Computer 24 ermöglicht. Metallische Klemmteile 36 dienen dazu, die Thermoelementanordnung* in dem Aufnahmebehälter 26 zu positionieren und zu halten.

In den Pig. 3 und 4 sind aus Gründen der Darstellung tatsächliche Abkühlungskurven einer Probe eines untereutektischen Gußeisens bzw. eines übereutektischen Gußeisens in graphischer Form wiedergegeben, die gemäß der Erfindung erhalten worden sind. D.h. die in Pig. 2 gezeigte Probenahmeeinrichtung 14 wurde in eine Charge von geschmolzenem Gußeisen eingetaucht , die bei einer Temperatur von etwa 1427°C gehalten wurde. Bei dem Eintauchen floß das geschmolzene Gußeisen durch die Seitenöffnungen 16 und füllte den Aufnahmebehälter Die Probenahmeeinrichtung wurde in.dem geschmolzenen Gußeisen für einige wenige Sekunden gehalten, bis ein thermisches Gleichgewicht hergestellt war, wie es durch das von der Metallschmelze umgebene Thermoelement 18 angegeben wurde, das eine Gleichgewichtstemperatur anzeigte. Die Probenahmeeinrichtung 14 wurde dann von der Charge von geschmolzenem Gußeisen entfernt, wobei die Metallschmelze über dem Boden der Seiten-

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öffnungen 16 ausströmte, wodurch eine Probe mit konstantem Volumen in dem Behälter 26 hergestellt wurde, die sich bis zum Boden der Seitenöffnungen 16 erstreckte. Durch ausgedehnte experimentelle Untersuchungen bezüglich der Konstruktion und der Anordnung der Probenahmeeinrichtung 14 wurde gefunden, daß die Thermoelement-Fühlverbindungsstelle 19, wenn sie gemäß der obigen Beschreibung konstruiert ist, in dem angenäherten thermischen Zentrum der Probe gelegen ist. Die Probe wurde dann von der Haltetemperatur bzw. Standtemperatur von 1427°C mittels Luft abgekühlt. Für die Probe wurde eine Abkühlungskurve von einer (Temperatur von etwa 1260⁰O bis zu einer Temperatur von etwa 1010⁰O erzeugt, wobei bei der letzteren Temperatur die Probe vollständig verfestigt war. Wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, betrug die Abkühlzeit der Probe für diesen Temperaturbereich etwa 90 Sekunden. Während der Abkühlung fühlte die Thermoelement-Fühlverbindungsstelle 19 kontinuierlich die Temperaturänderung der Probe und registrierte den thermischen Haltepunkt bzw. die thermischen Haltepunkte und andere thermische Effekte, die für die verschiedenen in der Probe bei deren Verfestigung stattfindenden Reaktionen kennzeichnend sind. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung werden solche graphischen Abkühlungskurven nicht tatsächlich punktförmig aufgetragen. Stattdessen wird das Millivolt-Datensignal, das von der Thermoelement-Fühlverbindungsstelle 19 erzeugt wird, zu einem programmierten Digitalcomputer geführt, der dieses Datensignal in geeigneten Zeitintervallen liest und das Millivolt-Datensignal in ein Temperatursignal umwandelt und dadurch eine Zeit-Temperatur-Punkt-Charakterisierung bzw. -Kennzeichnung der in den Fig. 3 und 4 gezeigten kontinuierlichen Kurven erzeugt. Diese Zeit-Temperatur-Daten werden in dem Computerspeicher in der Form einer auf die Zeit bezogenen Temperaturmatrix in der Folge der aufeinanderfolgenden Zeit__abstufungen gespeichert. Es wurde gefunden, daß eine Sekunde ein geeignetes Zeitintervall ist zum Lesen des Millivolt-Datensignals,

um eine Matrix vorzusehen, die die verschiedenen in der abkühlenden Probe stattfindenden Reaktionen widerspiegelt.

Die in den Pig. 3 und 4· dargestellten Äbkühlungskurven sind jedoch für das Verständnis der Beziehung.der Gußeisen-Verfestigungs-Mechanismen bzw'. -Vorgänge zu der thermischen ■ Geschichte der abkühlenden Probe nützlich. S¹Ur die Zwecke der folgenden Beschreibung sind die Kurven in vier Bereiche (I-IV) unterteilt und die Wendepunkte und- Punkte mit minimalem Eadius der Kurven durch Punkte 1-5 bzw. A-D bezeichnet worden. Die Bestimmung dieser Punkte gemäß der Erfindung wird nachfolgend im einzelnen erläutert.

Die Mechanismen bzw. Vorgänge bei der Sphäroguß- bzw. Kugelgußeisen-Verfestigung, wie sie durch die in den Fxg. 3 und dargestellten Abkühlungskurven angegeben ist, können in der folgenden Weise summarisch dargestellt werden. Wenn die Metallschmelzen-Probe abkühlt, beginnen Graphitkerne, die sich bei einer erhöhten !Temperatur nach der Magnesiumbehandlung und der Siliziumimpfung (silicon inoculation) gebildet haben, merklich zu wachsen bei einer Temperatur zwischen den Wendepunkten Λ und 2. Die austenitische Schale, die jeden Graphitkern umgibt, beginnt ebenfalls zu dieser Zeit zu wachsen. In untereutektischem Eisen wird an diesem Punkt

en

ebenfalls das Wachstum von austenitischen Dendrii/ angestoßen bzw. beginnt dieses Wachstum. Der Abschnitt der Abkühlungskurve, der dem Bereich II in den Fig. 3 und 4-entspricht, markiert den Punkt von bedeutendem Graphitkugel- und Austenitsehalen-Wachstum in sphärolithischen Gußeisen und ebenfalls primäres Austenit-Dendrit-Wachsturn in untereutektischen Gußeisen. Zusätzlich hat dieser Abschnitt der Abkühlungskurve eine hohe Korrelation bzw. Wechselbeziehung mit der Graphitkugelbildung (graphite nodularity) in eutektisch en/üb er eut ekt i sch en Gußeisen gezeigt. Wenn die Magnesium- und Silizium-Behandlungen wirksam sind und gut geformte Graphit-Sphäroiden zur Folge haben, tritt ein Haltepunkt

(recalescense) auf diesem Heil der Kurve für übereutektische Gußeisen auf. Der Haltepunkt ist im Bereich- II der Pig. durch einen Temperaturanstieg 40 angegeben, der durch die schnelle Freisetzung der latenten Umwandlungswarme hervorgerufen ist. Wenn aus irgendeinem Grund die Behandlungen nicht wirksam wären, wäre dieser Abschnitt der Kurve nach unten versetzt. Dieser Wegfall der Kurve ist in Beziehung gesetzt worden zu der Bildung von zunehmenden Mengen von wurmartigen (vermicular) und flockenartigen bzw. schuppenartigen Graphit und Carbiden. Eine Umkehrung der Graphitsphäroide zu im wesentlichen flockenartiger bzw. schuppenartiger Morphologie (morphology) erzeugt ebenfalls einen Haltepunkt in diesem Abschnitt der Abkühlungskurve. Jedoch wird das Kurvensegment unter diesen Bedingungen ausgedehnt. Diese beschädigte Struktur erzeugt ebenfalls charakteristische Änderungen in den Bereichen III und IV, wie es nachfolgend erläutert ist.

Der hauptsächliche eutektische Haltepunkt (bulk eutectic arrest) 42, während dem der Hauptteil des Wachstums auftritt, ist durch den Bereich III dargestellt. !Für ein eutektisches/übereutektisches Gußeisen ist dieser Abschnitt der Abkühlungskurve in Beziehung gesetzt worden zu dem Vorhandensein von Carbiden, die sich bilden, wenn die eutäctische Haltepunkt-Temperatur unter die metastabile eutektische Temperatur fällt. Die Neigung zur Carbidbildung folgt aus einer ungenügenden Nach-Impfungs-Behandlung oder einem Schwinden des Nach-Impfungs-(post-inoculation)-Effektes. Eine Unterkühlung oder ein schneller Abfall der Temperatur in diesem Kurvenabschnitt zeigt an, daß eine metastabile Eisen-Carbid-Verfestigung aufgetreten ist. Wenn die Nach-lmpfungs-Behandlung genügt, um die Verfettigung in dem Eisen-Graphit-System aufrechtzuerhalten, wird der Temperaturabfall in diesem Bereich durch eine allmähliche Neigung der Kurve repräsentiert. Für ein

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richtig geimpftes Gußeisen mit wurmförmigem oder flocken- bzw. schuppenförmigem Graphit läiert sich das Kurvensegment in dem Bereich III der Horizontalen. Die allgemeine Gestalt der Abkühlungskurve, die Garbide in eutektischen/übereutektischen Gußeisen anzeigt, ist ebenfalls repräsentativ für eine annehmbare untereutektische Verfestigung. Abkühlungskurven für übereutektisches Gußeisen weisen ebenfalls einen anfänglichen Haltepunkt 44 über dem hauptsächlichen bzw. umfangreichen (bulk) eutektischen Haltepunkt 42 auf, wie es in Pig. 4 dargestellt ist.

Die abschließenden Stufen der eutektischen Verfestigung treten im Bereich IV der Abkühlungskurve auf. Das, "Knie" 46 der Kurve zeigt einen großen Winkel zwischen den Kurvenabschnitten für gut gebildete Graphit-Sphäroide sowohl bei untereutektischen als auch eutektischen/übereutektischen Gußeisen. Es wird angenommen, daß der große Winkel zwischen dem umfangreichen eutektischen Haltepunkt 42 und der Neigung der Kurve bei Punkt .5 aus verringerten Wachstumsgeschwindigkeiten folgt, die durch die zeitabhängige Diffusion von Kohlenstoff durch die anwachsende Austenitschale zu der Graphitkugel (graphite nodule) bewirkt werden. Einige Winkel zwischen den Liniensegmenten kennzeichnen eine Carbidbildung und/oder eine geringprozentige Kugelbildung (nodularity). Wenn der Bereich III ein beträchtliches Unterkühlen zeigt, treten im Bereich IV spitze Winkel auf, die anzeigen, daß die letzten Sturfen des Wachstums schnell durch massive Oarbidreaktion anstatt durch eine für eine vollständige Graphitierung bzw. Graphitbildung erforderliche Diffusionsreaktion auftraten. Durch die Bildung von .flockenartigem Graphit wird ein durch kleine Winkel gekennzeichneter Haltepunkt im Bereich IV erzeugt, der aus dem Graphitwachsen in direkter Berührung mit der Schmelze folgt. Wie bei der Oarbidformation besteht bei dieser Beaktion nicht das Erfordernis für das Auftreten einer fortdauernden abnehmenden {Temperatur.

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Wie oben erwähnt ist, liegen die erfindungsgemäß erzeugten Abkühlungskurven in der Form einer auf die Zeit bezogenen Temperaturmatrix vor, die in den Computerspeicher als ein elektronisches Digitalsignal in der Folge von aufeinanderfolgenden Zeitinkrementen gespeichert ist, wobei jedes Signal oder jeder Punkt auf der Kurve durch eine absolute Temperatur und eine Zeit charakterisiert ist. Obgleich die Signale in der Matrix die Gestalt der Abkühlungskurve beschreiben, wurde gefunden, daß nur bestimmte charakteristische Signale oder Punkte auf der Abkühlungskurve betrachtet werden müssen, um metallurgische Eigenschaften vorherzusagen. Diese charakteristischen Signale umfassen solche, die den Wendepunkten der Kurve entsprechen, und solche, die den Punkten mit minimalem Krümmungsradius zwischen den Wendepunkten entsprechen. Alle nachgewiesenen Kugelgußeisen-Abkühlungskurven haben zumindest fünf Wendepunkte in dem Verfestigungs-l'emperaturbereich gezeigt, wie sie in den Fig. 3 und 4· dargestellt und mit den Punkten i bis 5 bezeichnet sind. Diese fünf Wendepunkte repräsentieren die Punkte, wo die von den sich verfestigenden Gußeisenproben abgegebenen Verfestigungswärmen entweder ein Maximum haben (Punkte 2 und 4) oder wo die Verfestigung mit einer minimalen Wärmeabgabegeschwindigkeit (heat rejection rate) fortschreitet (Punkte 1, 3 und 5)· Der Ort dieser Punkte auf der Kurve kann mathematisch bestimmt werden, indem die Punkte bestimmt werden, an denen die Temperaturabfallgeschwindigkeit (dT/dt) oder die Neigung der Kurve an jedem Punkt entweder ein Minimum oder ein Maximum und die zweite Ableitung null ist. Mathematisch bedeutet das, daß diese fünf Wendepunkte unendliche Krümmungsradien aufweisen. Diese mathematische Lösung ist in Fig. 5 dargestellt, in der die erste Ableitung einer typischen Abkühlungskurve punktförmig aufgetragen ist. Aus der Aufzeichnung der Temperaturabfallgeschwindigkeit ergibt sich, daß die Wendepunkte aus den Punkten maximaler und minimaler Temperaturabfallgeschwindigkeit direkt bestimmt werden können.

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Bei der Computeranalyse von Abkühlungskurven werden solche elektronische Digitalsignale in der auf die Zeit bezogenen Temperaturmatrix, die den Wendepunkten der Kurve entsprechen, bestimmt, indem von der Matrix eine vorbestimmte Anzahl von zusammenhängenden bzw. aufeinanderfolgenden Signalen nacheinander abgezogen und diese differentiell analysiert werden, um die Neigung der Kurve an jedem Punkt, der ein entsprechendes Signal aufweist, zu bestimmen. D.h. beispielsweise, wenn Signale inΈίη-Sekunden-Intervallen erzeugt werden, werden die ersten fünf aufeinanderfolgenden Signale nacheinander ausgezogen und differentiell analysiert, um die Neigung der Kurve an dem Punkt zu bestimmen, der dem dritten Signal in der Matrix entspricht. Dann werden die Signale 2 bis 6 aufeinanderfolgend ausgezogen und differentiell analysiert, um die Neigung der-Kurve an dem Punkt zu bestimmen, die dem vierten Signal in der Matrix entspricht, gefolgt von den Signalen 3 bis 7 usw.. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis alle Signale analysiert und deren Neigungen bestimmt worden sind. Die maximalen und minimalen Neigungen werden dann ausgewählt, wodurch die elektronischen Digitalsignale in der Matrix, die den Wendepunkten der Kurve entsprechen, identifiziert werden. Mehr oder weniger als fünf aufeinanderfolgende Signale können von der Matrix ausgezogen bzw. extrahiert werden in Abhängigkeit von den benutzten Zeitintervallen und der erforderlichen Auflösung der Kurve zur Lokalisierung der Wendepunkte.

Zwischen diesen Wendepunkten in der Kurve liegen Punkte, wo der absolute Wert des scheinbaren (apparent) Kurvenradius ein Minimum ist. Diese Punkte sind in den Fig. 3 und 4- als Punkte A bis D bezeichnet. Punkte mit minimalem Eadius sind iüGiitifizierbar, indem die nachstehende Gleichung gelöst und die Lösung ausgewählt wird, die das Minimum für den Eadius urgibt.

- -i-9 -209850/0907 _fiAö

R = (l+(dT/dt)²) ^

Pig. 6, die ähnlich Fig. 5 ist, zeigt eine graphische Lösung für diese Bestimmung. Bei der Computeranalyse wird der Kurvenradius bzw. Krümmungsradius bei jedem Signal in der Matrix bestimmt, indem die obenstehende Gleichung unter Verwendung der bei der Bestimmung der Wendepunkte benutzten Temperaturabfallgeschwindigkeiten gelöst wird.

Durch die oben beschriebene Computeranalyse der Gestalt und charakteristischen Punkte der Abkühlungskurve ist eine erste Gruppe von Signalen in der auf die Zeit bezogenen Temperaturmatrix, die den Wendepunkten der Kurve entsprechen, und eine zweite Gruppe von Signalen, die den Punkten mit minimalem Radius zwischen diesen Wendepunkten entsprechen, identifiziert worden als eine Funktion der absoluten Zeit, der Temperatur, der Temperaturabfallgeschwindigkeit und des Kurvenradius. Obgleich die Signale in den Gruppen Punkten entsprechen, die entweder für Graphitstrukturen oder Matrixstrukturen charakteristisch sind, muß die Wechselbeziehung dieser Punkte betrachtet werden, indem die Kurve ausgewertet wird, um die spezifischen Eigenschaften der Mikrostruktur und der Zusammensetzung vorherzusagen. Folglich sind die Signale in der ersten und zweiten Gruppe weiter charakterisiert durch die unabhängigen Variablen, die die absolute Zeit und die Temperaturdifferentiale zwischen jedem der Signale umfassen. Die erste und zweite Gruppe von Signalen werden jetzt in dom Computerspeicher als eine Matrix in der Folge von aufeinanderfolgenden Zeitinkrementen als eine Funktion der oben erwähnten unabhängigen, jedes der Signale kennzeichnenden Variablen gespeichert. Fig. 7 zeigt edne tabellttrische Darstellung dieser Iv<trix. Wegen der großen Zahl von Zeit- und Temperatur-Differentialen zwi-

- .AJ -

^: ■ ^ci - ^r D / Π S 0 7

sehen jedem der Signale sind nur die Differentiale zwischen aufeinanderfolgenden Signalen dargestellt worden, obgleich diese Zeit- und Temperatur-Differentiale zwischen jedem der Signale als unabhängige Variable zur Verfügung stehen.

Um metallurgische Eigenschaften vorhersagen zu können, müssen diese unabhängigen Variablen mit Eigenschaften korreliert bzw. in Wechselbeziehung.gesetzt werden. Dies wird ausgeführt, indem eine große Zahl von gleichen Matrizen vorgesehen wird, die in gleicher Weise von Abkühlungskurven gleicher Proben von gleichen Gußeisen mit bekannten metallurgischen Eigenschaften erhalten werden. Der Computer wird programmiert, eine vielfache lineare schrittweise Regressions-Analyse von jeder dieser bekannten Matrizen auszuführen. Eine vielfache lineare schrittweise Regressions-Analyse (multiple linear step-wise regression analysis) ist bei Digitalcomputern bekannt und wird infolgedessen nur in bezug auf deren Anwendung bei _eder Erfindung beschrieben. Die Analyse wird ausgeführt, indem eine Gleichung der SOrm

Y = A+ A₁X₁ + A₀X₀ + A₂X, + ... + AX ο 11 2 2 33 mm

vorgesehen wird, wobei Y die abhängige Variable oder vorherzusagende metallurgische Eigenschaft, A eine Konstante, deren Wert abhängig,von der vorherzusagenden metallurgischen Eigenschaft ist, A-, bis A_n numerische Koeffizienten .und X-, bis X^ unabhängige Variable in der Matrix sind.

Als ein erster Schritt extrahiert die Regressionsanalyse von den Matrizen jede unabhängige Variable und arbeitet mit dieser, wobei jede unabhängige Variable die Position X-, der Reihe nach annimmt. Nachdem jede unabhängige Variable getestet worden ist, wird der, die die beste Vorhersage der bekannten Eigenschaft der Probe liefert, die permanente

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Stellung X-, zugewiesen. Dieser Wert ist nicht'notwendigerweise die erste unabhängige Variable in der Matrix, sondern kann irgendein Glied von dieser sein wie beispielsweise mit Bezug auf Fig. 7 die ZEIl(J), die 1EMP(7) oder der ABFALL(5) undsoweiter. Während X₁ jetzt eine permanente Bestimmung aufweist, -werden die verbleibenden Variablen in der Regression aufeinanderfolgend als X₂ getestet. Dtm Glied, das die beste Vorhersage in Verbindung mit X^ liefert, wird die permanente Position von Xp zugewiesen. Die jetz.t verbleibenden Variablen werden wiederum in der Regression als X, getestet, wobei dem Glied, das die beste Vorhersage in Verbindung mit den vorherbestimmten X-, und X₂ liefert, die permanente Position von X„ zugewiesen wird. Dieser Prozeß wird für die nach jedem liest verbleibenden Variablen fortgesetzt, bis die Genauigkeit der erhaltenen Vorhersage durch Hinzufügen der letzten Variablen nicht bedeutend anders ist gegenüber der mit den vorherigen Variablen erhaltenen. D.h. bei der bevorzugten Ausführungsform wird die durch Hinzufügen der letzten Variablen erhaltene Vorhersage mit der, die mit den vorhergehenden Variablen erhalten wurde, korreliert mittels des "!"'-Tests der Varianzen unter Verwendung eines 95 %igen Konfident-Standards bzw. einer Aussagewahrscheinlichkeit von 95 %■> um zu bestimmen, ob eine bedeutende Abnahme des normalen Vorhersagefehlers aufgetreten ist. Dieser Prozeß wird dann für jede vorherzusagende Eigenschaft wiederholt. Diese Methode -.sieht somit eine Reihe von jede metallurgische Eigenschaft unter Betrachtung der Form

Y χ» A₀ + A₁X₁ + A₂X₂ + A₃X₃ + ... + A^X.

vorhersagenden Regressions-Analysen vor, wobei Y die «■.abhängige Variable oder die vorherzusagende Eigenschaft, A eine Konstante, deren Wert abhängig von der vorherzusagenden Eigenschaft ist, A₁-A. numerische Koeffizienten und

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X-, - X. unabhängige Variablen in der Matrix sind, die in

ι ο ■ *
der vorhersagenden Operation bed-eutsam sind. Bei Unter-. ' suchungen wurde gefunden, daß diese Regressionsanalysen typischerweise nur fünf bis sieben unabhängige Variable von den zur Verfügung stehenden enthalten.

Wenn die Form dieser Regressionsanalysen von den Matrizen der bekannten Proben mit bekannten metallurgischen Eigenschaften bestimmt worden ist, dann werden die Regressionsanalysen auf die die unbekannte Probe charakterisierende Matrix angewendet. Die Regressionsanalysen arbeiten mit (operate on) der Matrix, indem der Wert solcher signifikanter unabhängiger Variabler extrahiert wird ,/die Regressionsanalyse von der Matrix -getdldeii, wi^d- und mit diesen gearbeitet wird, um einen die Eigenschaften vorhersagenden.Ausgang zu erzeugen. Die untenstehende Tabelle I zeigt die Ergebnisse des Programms der thermischen Analyse, das auf 54 Proben mit bekannten metallurgischen Eigenschaften basierende Regressionsanalysen benutzt. Die abhängigen Variablen oder vorherzusagenden Eigenschaften sind in der linken Spalte vertikal angegeben, wobei die Fehlergrenzen und Regressionsanalysekoeffizienten horizontal angegeben sind. Das oben beschriebene Programm, das die Gestalt der Abkühlungskurve charakterisiert und die unten aufgeführten Eigenschaften vorhersagt, wurde in weniger als 10 Sekunden ausgeführt..

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? 0 a 8 ^r Π / 0 ^rMl 7

TAKEIjLE I

Abhängige Fehlergrenzen Regressionsanalyse-Variable (95 % Konfidenz) koeffizient R*

Kugelstruktur (nodularity)	18,2 %	0,964-
% Carbide ·	7,2 %	0,972
Kugelzahl ~ (Anzahl pro mm )	60	0,869
Kugelgröße (beliebiger Maßstab)		0,744
% Magnesium	0,0192 %	0,893
% Kohlenstoff	0,170 %	0,698
% Silizium	0,168 %	0,887
Kohlenstoff- Äquivalent	0,135	0,947

*R = 1 heißt "perfekte" Korrelation - alle Variabilität durch vorhersagende Regression erklärt. R=O keine Korrelation.

Die Tabelle I zeigt, daß für die Eigenschaften von primärem Interesse bei der Behandlung bzw. Verarbeitung von Gußeisen mit Kugelgraphit (nodular cast-iron) beispielsweise für den Prozentsatz der Kugelstruktur (nodularity), den Gewichtsprozentsatz an Carbiden und das Kohlenstoff-Äquivalent der Regressionsanalysekoeffizient über 0,94 liegt. Weiterhin ist ersichtlich, daß eine gute Vorhersagbarkeit für alle vorhergesagten Eigenschaften erhalten worden ist. Zusätzlich bleiben die vorhersagenden Regressionen nicht fixiert, sondern können periodisch überarbeitet werden mit der oben beschriebenen Methode, wenn mehr Daten erzeugt werden, um genauere Vorhersagen zu erhalten.

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Obgleich die Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, kann der anfängliche Anteil des Programms auch auf einem Analogcomputer ausgeführt werden, indem das von dem Thermoelement erzeugte Millivolt-Datensignal kontinuierlich gelesen, die erzeugten Daten zu einer Differentialschaltung zur Erzeugung einer kontinuierlichen Neigung geführt, dem Millivolt-Datensignal und der Neigung in aufeinanderfolgenden Zeitinkrementen Proben entnommen, die Daten in absolute Zeit, Temperatur, Temperaturabfallgesclrwindigkeit und Zeit- und Temperatur- ' Differentiale umgeformt und wie als eine Matrix gespeichert werden, wie es oben beschrieben ist.

_ Patentansprüche -

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum Vorhersagen der metallurgischen Eigenschaften einer Probe von geschmolzenem Gußeisen, das zur Bildung von Gußeisen mit Kugelgraphit bei. 3er Verfestigung behandelt wird, bei dem eine Abkühlungskurve für die Probe bestimmt wird, indem die temperatur der Probe in Intervallen kleiner vorbestimmter Zeitinkremente für die Zeitdauer gemessen wird, die die Probe zum Abkühlen von einer Temperatur, bei der sie flüssig ist, auf eine Temperatur, bei der sie fest ist, benötigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessungen als elektronische Digitalsignale in einem Computerspeicher in der Folge aufeinanderfolgender Zeitinkremente aufgezeichnet werden, daß eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden elektronischen Digitalsignalen nacheinander von dem Speicher abgaegen und differentiell analysiert wird zur Bestimmung einer ersten Gruppe der Signale, die den Wendepunkten (1-5)der Abkühlungskurve entsprechen, und zur Bestimmung einer zweiten Gruppe der Signale, die den Punkten mit minimalem Radius(A-D)zwischen den Wendepunkten Vl-5)der Abkühlungskurve entsprechen, daß die erste und zweite Gruppe der Signale in dem Speicher als eine Matrix in der Folge der aufeinanderfolgenden Zeitinkremente als eine Funktion unabhängiger Variabler gespeichert werden, die jedes der Signale in der Matrix charakterisieren, wobei eine unabhängige Variable die absolute Zeit, die Temperatur, die Temperaturabfallgeschwindigkeit, der Krümmungsradius und die Zeit- und Temperatur-Differentiale zwischen den Signalen in der Matrix sind, daß bekannte Matrizen korreliert werden, die in gleicher Weise aus Abkühlungskurven-Bestimmungen bei ähnlichen Proben von Gußeisen mit Kugelgraphit, das bekannte metallurgische Eigenschaften aufweist, mittels vielfacher linearer schrittweiser Eegressionsanalyse

   - 26 209850/0907

   in dem Computer (24) erhalten worden sind zum Erstellen von jede der metallurgischen Eigenschaften vorhersagenden Regressionsanalysen, wobei die Regressionsanalysen eine lineare !Punktion der signifikanten unabhängigen Variablen sind, die zum Vorhersagen von jeder der Eigen-. schäften erforderlich sind, und daß die Regressionsanalysen bei dem Extrahieren der signifikanten unabhängigen Variablen in der Matrix, die zum Vorhersagen von jeder der metallurgischen Eigenschaften erforderlich sind, aus der Matrix benutzt werden und dann mit den unabhängigen Variablen unter Verwendung der Regressionsanalyse zur Erzeugung eines Ausgangssignals von dem Computer (24), das die Eigenschaften vorhersagt, gearbeitet vfird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Probe für die Zeitdauer gemessen wi:
   benötigt.

   messen wird, die die Probe zum Abkühlen von 1260⁰C auf 1010⁰C
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe von geschmolzenem Gußeisen eine thermische Masse aufweist, die für ein Abkühlen der Probe von i260°C auf 1010°C in einer Zeitdauer von 0,5 bis 4 Minuten genügt.
4. 4. Verfiiren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vielfache, lineare, schrittweise Regressionsanalyse die Form

   Υ = A_o + A₁X₁ + A₂X₂ + A₃X₃ + ... + A.X₁J

   .-juJv/uint. wobei Y die vorherzusagende metallurgische Eigenschaft ,

   A eine Konstante, deren Wert von Y abhängig

   ist,

   - 2'/ 209850/0907

   A-, - A. numerische Koeffizienten und

   X₁ - X. die signifikanten unabhängigen, zum ι J

   Vorhersagen von Y erforderlichen Variablen sind.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe von geschmolzenem Gußeisen von einer Charge von geschmolzenem Gußeisen ("iO) mittels einer zylindrischen Probenahme einrichtung (14·) entnommen wird, die einen Innendurchmesser von 2,54- cm, einen Außendurchmesser von 2,86 cm, eine Höhe von 7?62 cm und einen Aufnahmebehälter (26) mit 2,54 cm Durchmesser mal 4,44· cm Höhe aufweist. '

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