DE2316035C3 - Verfahren zur Einstellung oder Korrektur der Zusammensetzung von Eisen-Kohlenstoff-Schmelzen vor dem AbguB - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung Oder Korrektur der Zusammensetzung von Eisen-Kohlenstoff-Schmelzen vor dem Abguß durch thermische Analyse einer kleinen Probe der Schmelze, die man zu einem Standard-Probekörper vergießt.

Eine Methode der thermischen Analyse, die diesem Zweck dient, ist aus einer Veröffentlichung von W. Härtung in Gießerei, 57 (1970), S. 753 bis 756, bekannt. Es ist danach möglich, aus dem Erstarrungsverhalten von Gußeisen gemäß Abkühlungskurven, bei denen die Temperatur eines Probekörpers gegen die Zeit aufgetragen und besonders die Liquidus- und Solidustemperaturen Tnq und Tsoi bestimmt und ausgewertet werden, Werte für die Sättigung und den Keimzustand der Schmelze zu erhalten. Gemäß einer Veröffentlichung von K. H. Kaspers in Gießerei, 58 (1971), S. 77 bis 84, kann man bei einer solchen Thermoanalyse auch die Unterkühlungsneigung AT auswerten und entsprechend eine Abbrandkorrektur, Impfung oder Legierung der Gußeisenschmelze zur Gefügeverbesserung nach langer Überhitzung vornehmen.

Man hat auch die Thermoanalyse benutzt, um aus der Differenz der Haltepunkte der Erstarrungskurve den Sättigungsgrad zu bestimmen und so die gewünschte Analyse bezüglich C- und Si-Gehalt zu korrigieren. Eine Erstarrungskurve gibt jedoch noch keinen Aufschluß über die Erstarrungsvorgänge und die Gefügeausbildung.

Nach R. Wlodawer (Schweizer Archiv, März 1971) ist es möglich, mit Hilfe der technologischen Kaloriemetrie die Gefügebestandteile, Dendriten, Graphit und Eutektikum in Eisenlegierungen mengenmäßig

ίο zu berechnen. Dies läßt Rückschlüsse auf den Effekt der Legierungsbestandteile zu und ermöglicht, Korrekturen in der Zusammensetzung der Schmelze künftiger Abgüsse vorzunehmen. Das Verfahren ist jedoch zeitraubend und aufwendig.

Keines der genannten Verfahren gibt Aufschlüsse über den zeitlichen Ablauf der Gefügebildung, und man kann daraus keine Aussagen über die Sättigung und Nachspeisung der Legierung im Gußstück während des Erstarrens erhalten.

ίο Die nicht vorveröffentlichte DT-OS 22 25 766 schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen metallurgischer Eigenschaften von Gußeisen mit Kugelgraphit vor, wobei eine Abkühlungskurve einer Probe aufgenommen und die Werte in einen Computer

2s gespeichert und zur Auffindung der Wendepunkte der Kurve und kleinsten Krümmungsradien zwischen diesen Wendepunkten benutzt werden, welche zur Beurteilung der metallurgischen Eigenschaften der Probe herangezogen werden. Die Temperaturabfallgeschwindigkeit und der Krümmungsradius werden in einem Diagramm in Abhängigkeit von der Temperatur aufgezeichnet und dienen zur Deutung des Ergebnisses, wonach beispielsweise die chemische Zusammensetzung und Kugelgraphitstruktur vorhersagbar sind. Dieses Verfahren ist jedoch apparativ sehr aufwendig und liefert keine den zeitlichen Verlauf der Gefügebildung anzeigenden Kurven.

Durch die Differenzierung der erwähnten technischen Kalorimeter-Kurve nach der Zeit wäre es möglich, die freiwerdende Kristallisationswärme pro Zeit- und Gewichtseinheit zu errechnen und so zu einer Aussage über die zeitliche Reihenfolge der Bildung der Getügebestandteile zu kommen. Diese Ermittlung erfordert jedoch so viel Zeit, daß es unmöglich ist, die Zusammensetzung der Charge vor dem Abguß zu korrigieren, um die Erstarrungsreihenfolge zu verändern. Auch ist zu berücksichtigen, daß die technische Kalorimetrie und auch andere thermische Analysemethoden bisher stets mit verhältnismäßig großen Probekörpern mit entsprechend langer Erstarrungszeit von etwa 25 Minuten vorgenommen wurden, da Zweifel an der Übertragbarkeit der an kleineren Probekörpern gewonnenen Ergebnisse auf die Verhältnisse einer Schmelze von mehreren Tonnen Gewicht und die daraus gegossenen großen Stücke bestanden.

Durch die Erfindung soll nun die Möglichkeit geschaffen werden, durch eine thermische Analyse den metallurgischen Zustand einer Eisen-Koh!enstoff-Schmelze so zu ermitteln, daß die gewünschten Werte rasch verfügbar und auswertbar sind, so daß noch eine Korrektur der Schmelze vor dem Abguß möglich ist.

Es wurde gefunden, daß dieses Ziel dadurch erreicht werden kann, daß man eine Kurve aufnimmt, die die entstehenden Reaktionswärmen in Abhängigkeit von der Zeit bei einem kleinen Probekörper in einer Gesamtzeit von 5 bis 10 Minuten aufzeichnet (sogenannte Differential-Kalorimeter-Kurve), und daß an Hand dieser Kurve, welche also die nach der Zeit t

differenzierten Veränderungen der Temperatur T, d. h. ΔΤ/Δί, im Verlauf der Abkühlung wiedergibt eine Aussage über den zeitlichen Ablauf der Gefügeausbildung aus der Schmelze im Gußstück erfolgen kann. Zu diesem Zeitpunkt kann man noch durch Überhitzung der Schmelze oder durch Zulegieren von graphit- oder perlitstabilisierenden Zusätzen den Zustand der Schmelze, wie an sich bekannt, so ändern, daß die gewünschten Sättigungs- bzw. Festigkeitseigenschaften im Gußstück erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren der eingangs angegebenen Art vorgeschlagen, bei dem man die Differential-Kalorimeter-Kurve des aus der Schmelze gegossenen Probekörpers aufnimmt und mit einer Differential-Kalorimeter-Kurve vergleicht, die einer Schmelze entspricht, die Gußkörper der gewünschten Qualität ergibt, daraus Schlüsse auf den Schmelzzustand zieht und danach in an sich bekannter Weise entweder durch Überhitzen der Schmelze den Keimzustand ändert und/oder durch Zulegieren die Zusammensetzung der Schmelze korrigiert

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Man kann also je nach den gefundenen Werten den Keimzustand und/oder die Zusammensetzung der Schmelze korrigieren. Zeigt z. B. die abgeleitete Kurve, die sogenannte Differential-Kalorimeter-Kurve, durch einen steilen Anstieg zu Beginn der Dendritenbildung das heftige und spontane Einsetzen der Entstehung und des Wachstums der Dendriten an, was zu einem porösen Gußstück führen kann, so häh man die Schmelze längere Zeit auf Überhitzungstemperatur, um die Keimzahl zu vermindern bzw. alle Keime zu vernichten und mit einer bestimmten Keimmenge zu impfen. Läßt sich hingegen an den Unstetigkeiten der abgeleiteten Kurve erkennen, daß die Primärgraphitausscheidung relativ früh einsetzt so wird man diese durch Erhitzen oder durch Zugeben graphitstabilisierender Elemente verzögern. Aus dem der freiwerdenden Reaktionswärme der Perlitbildung zuzuordnenden Gebiet der Kurve ist die im Gußstück zu erwartende Perlitmenge (verursacht durch Spurenelemente aus dem Schrott) zu erkennen. Man kann danach durch gesteuerte Zugabe von schwach karbidbildenden Legierungselementen, vorzugsweise Mangan, die gewünschte Endfestigkeit einstenea Bei der Durchführung des Verfahrens wird die Erstarrung immer an gleichen Probekörpern

ίο gemessen. Diese Probekörper müssen nicht nur immer gleiche Größe haben, z. B. 70 mm Durchmesser und 70 mm Höhe, sondern der Formstoff der Form, z. B. der Quarzsand, muß immer dieselbe Korngrößenverteilung und dieselbe Binderart (Furanharz) haben, damit die Packungsdichte und d*e Wärmeableitungsbedingungen konstant sind.

Die Meßpunkte liegen zweckmäßigerweise zunächst, bis etwa die Solidustemperatur erreicht wird, in Zeitabständen At von 2 Sekunden, anschließend genügen Abstände von je 5 Sekunden.

Eine deutlichere Form der Differential-Kalorimeter-Kurve erhält man durch Kompensationsmessung gegen einen gesteuerten Spannungsverlauf (Normalkurve). Den Verlauf dieser Normalkurve, also die differenzierte Abkühlungskurve eines Vergleichskörpers ohne Reaktionswärmen, kann man entweder nvt einer Digitalschaltung oder mit einer mechanisch gesteuerten Wheatstoneschen Brücke od. dgl. simulieren.

Für die praktische Arbeit muß man immer Differenzial-Kalorimeter-Kurven von entsprechenden Schmelzen, die zuverlässig Gußstücke der gewünschten Eigenschaften ergeben, aufnehmen und diese Kurven als Vergleichskurven benutzen. Wenn eine Charge vergossen werden soll, braucht man nur die Differential-Kalorimeter-Kurve mit einem Probekörper dieser Charge aufzunehmen, sie der Vergleichskurve gegenüberzustellen und daraus die erforderlichen Maßnahmen zur Korrektur zu entnehmen.

Claims (4)

«f Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einstellung oder Korrektur der Zusammensetzung von Eisen-Kohlenstoff-Schmelzen vor dem Abguß durch thermische Analyse einer kleinen Probe der Schmelze, die man zu einem Standard-Probekörper vergießt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Differential-Kalorimeter-Kurve des aus der Schmelze gegossenen Probekörpers aufnimmt und mit einer Differential-Kalorimeter^Kurve vergleicht, die einer Schmelze entspricht, die Gußkörper der gewünschten Qualität ergibt, daraus Schlüsse auf den Schmelzzustand zieht und danach entweder durch Oberhitzen der Schmelze den Keimzustand ändert und/oder durch Zulegieren die Zusammensetzung der Schmelze korrigiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Fall eines steilen Anstiegs der Differential-Kalorimeter-Kurve zu Beginn der Dendritenbildung, der das heftige und spontane Einsetzen der Entstehung und des Wachstums der Dendriten anzeigt, die Schmelze länger auf Überhitzungstemperatur hält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Fall einer relativ früh auftretenden Unstetigkeit der Differential-Kalorimeter-Kurve, welche das Einsetzen der Primärgraphitausscheidung anzeigt, diese durch Erhitzen oder Zugabe graphitstabilisierender Elemente verzögert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Gebiet der Differentiai-Kalorimeter-Kurve, das der freiwerdenden Reaktionswärme der Perlitbildung zuzuordnen ist, die im Gußstück zu erwartende Perlitmenge (verursacht durch Spurenelemente aus dem Schrott) erkennt und durch gesteuerte Zugabe von schwach karbidbildenden Elementen, vorzugsweise Mangan, die gewünschte Endfestigkeit einstellt.