DE2821352C2

DE2821352C2 - Verfahren zur Vorausbestimmung der metallographischen Struktur eines Gußstückes und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2821352C2
Application number: DE2821352A
Authority: DE
Inventors: Jacques Joseph Houthalen Plessers
Original assignee: Electro Nite NV
Current assignee: Electro Nite NV
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-16
Publication date: 1982-05-13
Also published as: SE447027B; PL118845B1; SE7805633L; IT1095991B; DE2821352A1; CH626727A5; IT7823443A0; GB1600876A; PL206866A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorausbestimmung der metallographischen Struktur eines Gußstückes, insbesondere des Kugelgraphitanteils des Gußeisens, bei dem eine Probe des schmelzflüssigen Metalls in einen Behälter gefüllt wird, in dem es sich verfestigt und die Temperatur an einer Meßstelle innerhalb der Probe während der Abkühlung gemessen und in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet wird.

Bei einem derartigen, aus der US-PS 36 70 558 beschriebenen Verfahren ist es erforderlich, vergleichende Prüfungen zwischen üblichen Kühlkurven und einer ausreichenden Anzahl von Kühlkurven bzw. Kühlkurventeilen der zu bestimmenden Probe anzustellen. Das Verfahren hat sich in der Praxis nicht durchsetzen können. Bisher wurde der Kugelgraphitanteil des Gußeisens mit einer ausreichenden Zuverlässigkeit noch dem Kühlen bzw. Erstarren, z. B. mit einem Ultraschallwellen-Verfahren oder einer metallographischen Analyse bestimmt.

Aus der GB-PS 10 90 603 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Siliziumgehaltes in einer Gußeisenprobe bekannt, bei dem die Probe zunächst so abgekühlt wird, daß zwischen zwei Punkten innerhalb der Probe ein Temperatiirgefälle vorliegt, worauf die Temperaturdifferenz zwischen den Meßpunkten nach der Verfestigung der Probe, jedoch während diese noch ausienitisch ist. gemessen wird. Anschließend wird durch thermoelektrische Verbindungen die an den Meßstellen auftretende EMK bestimmt und die bei einer bestimmten Temperatur gemessene Differenz dieser Werte dazu benutzt, den Siliziumgehalt in der Probe zu bestimmen. Durch kontinuierliches Aufzeichnen der gemessenen Temperaturen an den beiden Meßpunkten in Abhängigkeit von der Zeit, ist es bei dem bekannten Verfahren möglich, das Kohlenstoffäquivalent der Probe zu bestimmen. Hinweise, die bekannte Meßanordnung für die Vorausbestimmung der metallographischen Struktür einer Probe aus geschmolzenem Metall zu benutzen, sind der GB-PS 10 90 603 nicht zu entnehmen.

Die Erfindung geht von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Voraussage über die metallographische Struktur des Gußeisens durch l-füfung der Schmelze zu ermöglichen, und zwar unmittelbar bevor diese abgegossen wird.

Die Erfindung besteht darin, daß die Temperatur an einer Meßstelle innerhalb eines ersten Teils der Probe gemessen wird, der schneller abgekühlt wird als der übrige Teil der Probe.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine für die Durchführung des Meßverfahrens geeignete Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 2 bis 5.

Durch den sich langsamer abkühlenden Teil der Probe wird durch Wärmestrahlung die Erstarrungskurve des ersten Teils der Probe nach dessen Verfestigung in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit beeinflußt. Da zwischen der Wärmeleitfähigkeit und dem Kugelgraphitgehalt eine Abhängigkeit besteht, ist es überraschenderweise möglich, den Kugelgraphitanteil in einer äußerst schnellen und einfachen Weise, die anhand einer Erstarrungskurve weiter unten erläutert wird, kurz vor dem Abgießen des Gußeisens zu bestimmen.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch einen Tiegel zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt durch einen

ίο anders ausgeführten Tiegel,

Fig. 3 die Erstarrungskurve einer Gußeisenprobe, die mit dem auf Fig. I dargestellten Tiegel genommen wurde und

F i g. 4 einen senkrechten Längsschnitt durch einen Tiegel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der auf Fig. I dargestellte Tiegel 10 enthält einen oberen Abschnitt 12 und einen unteren Abschnitt 13, wobei der Durchmesser des oberen Abschnittes größer ist als der des unteren Abschnittes. Der hier benutzte Ausdruck Tiegel soll sich ganz allgemein auf geeignete Behälter, wie Probenahmetöpfchen, Gußformen oder dergleichen beziehen.

Der Behälter 10 eignet sich zur Abkühlung einer Flüssigen Metallprobe mit zwei unterschiedlichen Kühlgeschwindigkeiten. Der Teil 14 der Probe im unteren Abschnitt 13 des Tiegels kühlt sich schneller ab als der Teil 15 der Probe, die sich im oberen Abschnitt 12 des Tiegels befindet, weil das Verhältnis von Oberfläche zu Rauminhalt bei dem oberen Teil der Probe bedeutend kleiner ist als bei dem unteren Teil.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Tiegel 10' hat über seine gesamte Höhe

t)5 den gleichen Durchmesser. Der untere Abschnitt 13' ist in einer Umhüllung 18 aus einem wärmeisolierenden Material angeordnet, so daß die Abkühlung des oberen Teils 19 der Probe schneller vor sich geht als die des

unteren Teils 20.

Um Schwundhohlräume in der Probe zu vermeiden, empfiehlt es sich jedoch, den Tiegel so zu gestalten, daß die Kühlung des flüssigen Metalls im unteren Abschnitt des Tiegels schneller vor sich geht als im oberen Abschnitt Mit 22 ist in den Fig. 1 und 2 ein geeignetes Gerät zum Messen der Temperatur, z, B. ein Thermoelement, bezeichnet, das in dem Abschnitt des Tiegels angeordnet ist, in dem sich die Probe schneller abkühlt.

Fig. 3 zeigt e^;>ie Erstarrungskurve, die mit dem auf ι ο Fig. 1 dargestellten Tiegel aufgenommen wurde. Die Erstarrungskurve zeigt die Abkühlung der Probe im Teil 14 des Tiegels 10 in Abhängigkeit von der Zeit. Die Temperatur T ist auf der Abszisse, die Zeit t auf der Ordinate aufgetragen. Der Kurve sind zwei Parameter !5 zu entnehmen, nämlich die Zeit X, die benöiigt wurde, um die Probe von einer Temperatur von 1160 auf 1060⁰C abzukühlen und die Temperatur »T(3 min)«, auf der sich die Probe nach einer Abkühlungszeit von 3 Minuten befand. Bei der Zeit X handelt es sich um einen Wert, der als Normalkühlgeschwindigkeit bezeichnet werden kann, d. h. einen Wert, auf den der Einfluß der Wärmeleitfähigkeit praktisch Null iü.

Der Gehalt der Probe an Kugelgraphit läßt sich folgendermaßen ermitteln: Zwischen den beiden Para- 2i metern Xund 7(3 min) besteht im Falle einer Probe mit einem Kugelgraphitanteil von 100% eine lineare Beziehung, die experimentell bestimmt wird und sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

7(3 min) = 793 + 2,83 · X ^J()

Für X — 50 see würde sich somit für 7 (3 min) ein Wert von 934 ergeben. Liegt der Kugelgraphitanteil der untersuchten Probe unter 100%, so ergibt sich eine Abweichung von der obigen Gleichung. Bei der auf i> Fig.3 dargestellten Erstarrungskurve liegt der Wert 7 (3min) beispielsweise bei 938. Die Abweichung AT beträgt somit 4°. Je größer der Wert AT ist. desto geringer ist der Kugelgraphitanteil der Probe.

Auch die Beziehung zwischen der Abweichung AT und dem Kugelgraphitanteil kann experimentell bestimmt werden. Die sich ergebende Kurve kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt v/erden:

% Kugelgraphit = 121 - 6,9 - AT

Laborant den für die zu bestimmende Probe ermittelten Wert 7'(3 min) eintragen und den Wert Δ ^ablesen.

Dieser Wert ΔΤ kann in eine zweite graphische Darstellung übertragen werden, die ebenfalls experimentell ermittelt wird und in der der Kugelgraphitanteil in Prozent in Abhängigkeit von dem Wert ΔΤ dargestellt ist, wobei die sich ergebende Kurve der zweiten obenerwähnten Gleichung entsprechen würde. Aus dieser Kurve kann der dem ermittelten Δ T-Wert emsprechende Gehalt an Kugelgraphit direkt abgelesen werden.

Der auf Fig.4 dargestellte Tiegel 30 ist in seinem unteren Abschnitt 34 mit einem Alumel-Chromcl-Thermoelement 32 versehen. Dieser Tiegel ermöglicht die Anwendung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung beim sogenannten ln-Mold-Verfahren. Dabei entspricht der Haupthohlraum der Gießform dem oberen Teil 36 des Tiegels, während der Teil 34 ein kleiner Nebenhohlraum ist, in dem die Erstarrung schneller erfolgt. Nach dem Erstarren wird der in diesem Neüenhohlraum befindliche Teil der Probe zusammen rnii dem im Eingußkana.' gebildeten Teil entfernt.

Für einen derartigen Tiegel haben sich die folgenden Abmessungen als zweckmäßig erwiesen:

45

Für das in Fig. 3 dargestellte Beispiel ergibt sich somit ein Kugelgrapiiitanteil von etwa 93%.

Für die Praxis besteht selbstverständlich die Möglichkeit, dem Laboranten eine graphische Darstellung zur Verfügung zu stellen, in der der Wert X in Abhängigkeit >o von dem Wert T(Z min) air eine Probe dargestellt ist. die zu 100% aus Kugelgraphit besteht, wobei die sich ergebende Xurve der obenerwähnten Gleichung entspricht. In diese graphische Darstellung kann der

Durchmesser des unteren Teils 34	18,5 mm
Höhe des unteren Teils	29 mm
Abstand zwischen dem Thermo
element 32 und dem Boden	6 mm
Durchmesser des oberen Teils 36	50 mm
Höhe des oberen Teils	46 mm.

Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung beruht auf der Bestimmung eines geeigneten, mit der Wärmeleitfähigkeit des Metalls in Zusammenhang stehenden Parameters, z. B. einer Temperaturdifferenz Λ Γ der oben definierten Art nach dem Gießen einer Probe in einen geeigneten Tiegel, sowie auf der weiteren Verwertung des ermittelten Parameters zur Vorherbestimmung des Kugelgraphitanteils des Metalls Für die Praxis ergibt sich somit die Möglichkeit, die Gußstücke herzustellen, wenn der Kugelgraphitanteil gut ist oder die Zusammensetzung des flüssigen Metalls zu korrigieren, wenn der Kugelgraphitanteil nicht den gestellten Anforderungen entspricht unu das Metall in der Gießpfanne nicht zum Gießen geeignet ist. Auf diese Weise können Gießformen eingespart und unnötige Betriebskosten vermieden werden. Da sich der Kugelgraphitanteil mit der Zeit allmählich verändert, empfiehlt es sich, nach jedem Gießvorgang sämtliche Gußstücke zu untersuchen, um festzustellen, ob die Qualität der letzten Gußstücke den gestellten Anforderungen entspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vorausbestimmung der metallographischen Struktur eines Gußstückes, insbesondere des Kugelgraphitanteils des Gußeisens, bei dem eine Probe des schmelzflössigen Metalls in einen Behälter gefüllt wird, in dem es sich verfestigt und die Temperatur an einer Meßstelle innerhalb der Probe während der Abkühlung gemessen und in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an einer Meßstelle innerhalb eines ersten Teils der Probe gemessen wird, der schneller abgekühlt wird als der übrige Teil der Probe.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Tiegel (10; 30) besteht, der so ausgebildet ist, daß ein Teil des eingegossenen Metalls sich schneller abkühlen kann als der restliche Teil und der mit einer Einrichtung (22; 32) zum Messen der Temperatur in dem sich schneller abkühlenden Teil versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (10; 30) aus zwei ineinander übergehenden Abschnitten (12, 13; 34, 36) besteht, von denen der Abschnitt (13; 34), in dem die Abkühlung des Metalls schneller erfolgen soll, einen kleineren Durchmesser hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (10') mit einem wärmeisolierenden Mantel (18) versehen ist, der nur einen Abschnit (13 ^v des Tiegels, vorzugsweise dessen unteren Abschnitt, umgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnit'. (36) mit dem größeren Durchmesser durch eine Gießform gebildet ist.