DE2739159C3

DE2739159C3 - Verfahren zur Erstellung von Proben von sphärolithischem oder wurmlinienförmigem Gußeisen

Info

Publication number: DE2739159C3
Application number: DE2739159A
Authority: DE
Inventors: Jacques Joseph Houthalen Plessers (Belgien)
Original assignee: Electro Nite NV
Current assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Priority date: 1976-09-09
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1980-03-13
Also published as: JPS587186B2; CA1088753A; IT1084413B; DE2739159B2; DE2739159A1; JPS5356088A; GB1585638A; US4261740A; US4166738A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von Proben von sphärolhitischem oder wurmlinienförmigem Gußeisen unter Zusatz von Tellur zur analytischen Bestimmung mit einem Emissionsspektrometer und/oder zur Prüfung der Abkühlungskurven.

Es ist seit vielen Jahren üblich, schmelzflüssige Eisenoder Stahlproben zu nehmen, die zur Untersuchung und Überprüfung bestimmter Eigenschaften des schmelzflüssigen Metalls benutzt werden. Beispielsweise ist es bekannt, die Eigenschaften von schmelzflüssigem Gußeisen aus der Abkühlungskurve von Proben von Kugelgraphit- oder Wurmliniengußeisen zu bestimmen. Die Methode beruht darauf, daß zwischen der

Liquiduskurve eines Gußeisens und seinem Kohlenstoffäquivalent eine Beziehung besteht. Aus einer Veröffentlichung in der Zeitschrift »Fondry, Management and Technology«, Juli 1974, Seiten 80 bis 83 ergibt sich, daß dies auch zwischen der Liquidus- und der metastabilen Solidustemperatur und dem Kohlenstoffgehalt eines Gußeisens der Fall ist Als Solidustemperatur wird dabei die eutektische Austenit-Zementit-Temperatur bezeichnet

Ebenso wie bei einer Analyse mit dem Emissionsspektrometer ist es für den genauen und deutlichen Nachweis der Solidus- und der Liquidusstufen in der Abkühlungskurve eines übereutektischen Gußeisens erforderlich, daß die Probe im Weißgußzustand erstarrt. Aus diesem Grunde konnte die vorstehend erwähnte bekannte Methode bisher für untereutektische und übereutektische, nicht sphärolhitische und nicht wurmlinienförmige Gußeisensorten nicht verwendet werden.
Das britische Patent 12 21 129 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffäquivalents bei übereutektischen Gußeisen aus der Abkühlungskurve. Es geht davon aus, daß die Bestimmung des Liquiduspunktes der Abkühlungskurve dann leichter möglich ist, wenn bei der Probenahme ein Stoff zugesetzt wird, der die Karbide stabilisiert. Es handelt sich dabei um eine katalytische Wirkung, so daß die für den Zweck geeigneten Stoffe, wie z. B. Tellur, in sehr geringen Mengen, in der Regel in der Größenordnung von einigen Hunderstel Gew.-% zugegeben werden. Das britische Patent sieht zwar vor, bis zu 0,4 Gew.-% dieser Stoffe zuzusetzen, stellt aber gleichzeitig fest, daß geringere Mengen bevorzugt werden.

Aus einer in der Zeitschrift »Russian Castings Productions« (1970, 3, Seiten 146, 147) erschienenen

^J5 Studie, die sich mit der Wechselwirkung des Magnesiums mit Tellur bei der Behandlung von Gußeisen befaßt, geht hervor, daß Tellur, selbst wenn es dem Gußeisen in geringen Mengen zugegeben wird, eine Entsphärolhitisierungswirkung haben kann, da es sich mit dem Magnesium verbindet. Die hemmende Wirkung von Tellur und Selen, sowie von Schwefel und Sauerstoff auf die Bildung des Kugelgraphits im Gußeisen ist ferner in der Zeitschrift »Imono« (47,1976,12.836) beschrieben.

Die Erfindung geht von dem eingangs erwähnten, in dem britischen Patent 12 21 129 beschriebenen Verfahren aus. Ihr liegt die Erfindung zugrunde, die Erstarrung einer Probe von Kugelgraphit- oder Wurmliniengußeisen im Weißzustand in einfacher und sicherer Weise zu ermöglichen, was mit den bekannten Methoden nicht möglich ist.

Die Erfindung besteht darin, daß bei der Probenahme ein Stoff zugesetzt wird, der wenigstens den größeren Anteil der in der Probe vorhandenen Magnesium- und/oder Ceriumatome abbindet, um die an sich bekannte, die Stabilisierung des Karbids begünstigende Wirkung des Tellurs zu ermöglichen.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme

auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Erstarrungskurve eines übereutektischen, sphärolithischen Gußeisens, die aus einer gemäß vorliegender Erfindung erstellten Probe ermittelt wurde,

⁽ ' F i g. 2 die Erstarrungskurve einer Probe des gleichen Gußeisens, die auf die herkömmliche Weise erstellt wurde und

F i g. 3 einen Tiegel für Probenahme nach dem Ver-

fahren gemäß vorliegender Erfindung.

Das Verfahren besteht also darin, in einer Probe von sphärolithischem oder wurmlinienförmigem Gußeisen die Mehrheit der Magnesium- und Ceiiumatome von Anfang der Temperaturmessung an zu binden, um die katalytsiche Wirkung des zu diesen· Zwecke der Probe zugefügten Tellurs zu ermöglichen, wobei die Bildung von Magnesium- oder Ceriumtellurid vermieden wird.

Diese Bindung des Magnesiums und des Ceriums kann durch die Hinzufügung, zur Probe, eines Überschusses von Tellur, Selen, Sauerstoff oder Schwefel erreicht werden, die getrennt oder gemischt, im reinen Zustand oder in Verbindungen (besonders was Sauerstoff und Schwefel betrifft) betrachtet werden. Selbstverständlich können auch Zusammensetzungen gewählt werden, die fähig sind, sowohl ein wie mehrere aktive Elemente freizumachen.

Falls Tellur als Bindemittel des Magnesiums oder Ceriums und als Katalysator gewählt worden ist, muß eine größere Menge als 0,40% vom Gewicht der Probe hinzugefügt werden. Sphärolithisches oder wurmlinienförmiges Gußeisen enthält nämlich im allgemeinen bis 0,06% Magnesium, was theoretisch 0,32% Tellur erfordert, um das Magnesium zu binden bei Erhaltung einer genügenden Tellurmenge zur Erreichung der erstrebten katalytischen Wirkung.

Da es sich in der Praxis erwiesen hat, daß der Wirkungsgrad des Tellurs bestenfalls nur 75% erreicht, führt dies dazu, eine Tellurmenge nehmen zu müssen, die 0,40% übersteigt.

Falls Selen als Bindemittel genommen wird, ist die Mindestmenge, die in den Probenahmetiegel einzuführen ist, 0,30%, dies ebenfalls wegen der Frage des Wirkungsgrades, da die theoretische Mindestmenge 0,20% ist.

Was Schwefel betrifft, liegt die optimale Menge, die in den Probenahmetiegel einzuführen ist, zwischen 0,08 und 1,00%.

Die obengenannten Mengen gewährleisten eine genügende Bindung der Magnesium- und Ceriumatome in allen geläufigen Zusammensetzungen von sphärolithischen und wurmlinienförmigen Gußeisensorten.

Die Bindung von Magnesium und Cerium durch Sauerstoff kann ihrerseits erreicht werden durch Einführung in den Probenahmetiegel von geeigneten Oxiden, die sich bei der Temperatur des zu analysierenden schmelzflüssigen Gußeisens zersetzen.

Vom wirtschaftlichen Standpunkt nimm; der Schwefel eine bevorzugte Stellung unter den vier von der Erfindung erfaßten Elementen ein. Außerdem ist sein Schmelz- und Siedepunkt erheblich niedriger als die von Tellur und Selen, so daß es sich schneller in der Probe ausbreiten wird.

Selbstverständlich wird im Falle der Verwendung von Selen, Schwefel und Sauerstoff die übliche Menge Tellur (in der Größenordnung von 0,1%) ebenfalls in den Probenahmetiegel eingeführt werden.

A b b. 1 zeigt deutlich die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung, wenn man sie mit A b b. 2 vergleicht

'n diesem vergleichenden Beispie! wurden zwei Proben ein und desselben übereutektischen sphärolithischen Gußeisens (Zusammensetzung: C: 3,8%; Si: 2,1 %; P: 0,04%) untersucht Der ersten Probe wurde 0,40% Schwefelblüte und 0,08% Tellur beigefügt, während der

^lu zweitennur 0,08% Tellur beigefügt wurde.

In der Kurve der A b b. 1 erkennt man leicht die Stufe 1, »Liquidusstufe« genannt, sowie eine zweite Stufe 2, »Solidusstufe« oder metastabile eutektische Stufe« genannt Die Stufe 1 entspricht der Liquidustemperatur

(Tl), während die Stufe 2 der eutektischen Kristallisierung (Te) entspricht

Die Kenntnis der Temperaturen (T_L und T_E), die diesen beiden Stufen entspricht, ermöglicht es, auf das Kohlenstoffäquivalent und den Kohlenstoffgehalt des

analysierten Gußeisens mit bekannten Rechenmethoden zu schließen.

Bei dem Beispiel der A b b. 2 sind die Liquidus- und Solidustemperaturen völlig ununterscheidbar infolge der der Erstarrung im Graugußzustand eigenen

Unterkühlungserscheinungen.

Es sei daran erinnert daß eine Probe, die gemäß der in Abb. 2 dargestellten Kurve erstarrt für bestimmte Analysen mit dem Emissionsspektrometer nicht brauchbar sind.

^!" Der bei der Aufnahme der Erstarrungskurven der A b b. 1 und 2 benutzte Tiegel ist in A b b. 3 dargestellt. Kurz gesagt umfaßt er einen eigentlichen Tiegel 3, ausgerüstet mit einem Thermoelement 4 mit geringer Wärmeleitträgheit. Eine Tellurperle 5 mit einem

^r> geeigneten Bindemittel haftet am Boden des Tiegels.

Vor der Aufzeichnung der A b b. 1 wurde eine zweite, Schwefel enthaltende Perle 6 ebenfalls auf dem Boden des Tiegels gelegt.

Obwohl es möglich ist, die Tellurperle 5 mit der zweiten Perle 6 zu mischen, hat es sich jedoch als besser erwiesen, Tellur und Schwefel voneinander getrennt zu halten, um mit Sicherheit die Bindung des Magnesiums und des Ceriums vor der Ausbreitung des Tellurs zu erreichen.

⁴' Das Tellur und der das Magnesium und das Cerium zu binden fähige Körper können ebenfalls in der Form von Ablagerungen oder Schichten angeordnet werden, obwohl es besser ist, sie in der Form von Perlen anzuordnen, und zwar aus thermodynamischen Grün-

^w den.

Selbstverständlich werden im Falle von Analysen mit dem Emissionsspektrometer die Schicht oder Schichten, Perlen oder Ablagerungen vorher in einer Probenahmevorrichtung bzw. -ausstattung bekannten Typs angeordnet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erstellung von Proben von sphärolithischem oder wurmlinienförmigem Gußeisen unter Zusatz von Tellur zur analytischen Bestimmung mit einem Emissionsspektrometer und/oder zur Prüfung der Abkühlungskurven, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Probenahme ein Stoff zugesetzt wird, der wenigstens den größeren Anteil der in der Probe vorhandenen Magnesium- und/oder Ceriumatome abbindet, um die an sich bekannte, die Stabilisierung des Karbids begünstigende Wirkung des Tellurs zu ermöglichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Probenahme zum Abbinden der MagKesium- oder Ceriumatome Tellur in einer 0,40 Gew.-% überschreitenden Gesamtmenge zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Probenahme zum Abbinden der Magnesium- oder Ceriumatome Schwefel zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Probenahme zum Abbinden der Magnesium- oder Ceriumatome Selen zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Probenahme zum Abbinden der Magnesium- oder Ceriumatome Sauerstoff zugesetzt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schwefel, Selen und Sauerstoff in reinem Zustand oder in Form von Mischungen, Legierungen oder chemischen Verbindungen zugefügt werden, die sich in dem schmelzflüssigen Metall zersetzen.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Stabilisierung erforderliche Tellur und der zum Abbinden der Magnesium- oder Ceriumatome benutzte Stoff in der für die Probenahme benutzten Vorrichtung in der Form von unterschiedlichen Ablagerungen, Perlen oder Schichten angeordnet werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Stabilisierung erforderliche Tellur und der zum Abbinden der Magnesium- oder Ceriumatome erforderliche Stoff in der für die Probenahme vorgesehenen Vorrichtung in Form von gut durchmischten Ablagerungen, Perlen oder Schichten angeordnet werden.