DE4437066A1 - Verfahren zur Untersuchung des Gehalts an strukturmodifizierenden Additiven in geschmolzenem Gußeisen und der Weißerstarrung von Lamellengraphit-Gußeisen - Google Patents
Verfahren zur Untersuchung des Gehalts an strukturmodifizierenden Additiven in geschmolzenem Gußeisen und der Weißerstarrung von Lamellengraphit-GußeisenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Untersuchung des Gehalts
an strukturmodifizierenden Additiven in geschmolzenem Kugel-
oder verdichtetem/Vermikulargraphit-Gußeisen und der
Weißerstarrung von Lamellengraphit-Gußeisen.
Bei der Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen werden Magne
sium oder Legierungen auf Magnesiumbasis in das geschmolzene
Gußeisenbad hinzugegeben.
Verdichtetes/Vermikulargraphit-Gußeisen ist eines der wesent
lichsten Materialien im industriellen Gußvorgang und in den
Eigenschaften dem Kugelgraphit-Gußeisen bzw. Sphäroguß
überlegen.
Die Eigenschaften dieser Gußeisen sind durch die Form und
Korngröße des Graphits gekennzeichnet und ihre mechanischen
Eigenschaften hängen von der Korngröße des Graphits ab.
Bei der Herstellung von verdichtetem/Vermikulargraphit-Gußei
sen wird ein strukturmodifizierendes Additiv, welches haupt
sächlich aus Magnesium besteht, in das geschmolzene Bad des
Gußeisens zugegeben.
Bei der Herstellung von Kugel- oder verdichtetem/Vermikular
graphit-Gußeisen sollten die Zusammensetzungen des geschmol
zenen Gußeisenbades durch Thermoanalyseverfahren untersucht
werden, um die Kugelbildungsrate desselben zu messen. Nach
dem Stand der Technik wird das geschmolzene Gußeisenbad in
ein aus wärmebeständigem Material bestehendes Probegefäß in
Form eines kleinen Bechers mit einem Alumel-Chromel Thermo
element gegossen, das mit einem automatischen Aufzeichnungs
gerät zur Darstellung einer Abkühlkurve der Probe zu ver
binden ist. Die eutektischen und Unterkühlungstemperaturen,
die von der Abkühlkurve erhalten werden, werden zur
Bestimmung der Kugelbildungsrate des Graphits analysiert.
Wo strukturmodifizierende Additive nicht enthalten waren oder
nur ungenügend enthalten waren, um mit dem geschmolzenen Guß
eisenbad bei der Herstellung von Kugel- oder verdichte
tem/Vermikulargraphit-Gußeisen zu reagieren, ist es unmög
lich, die Kugelbildungsrate von Graphit zu bestimmen.
Andererseits ist es bei der Herstellung von Gußeisen oder La
mellengraphit-Gußeisen ohne die Zugabe von jeglichem struk
turmodifizierendem Additiv erforderlich, sich die Abkühlwir
kung auf Gußeisen zunutze zu machen, um die mechanischen Ei
genschaften zu verbessern. Zu diesem Zweck ist es erforder
lich, die Technik zum wechselnden raschen Abkühlen von Gußei
sen und zum Messen der Weißerstarrung zu verwenden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Untersuchung des Gehalts an strukturmodifizierenden Additiven
im geschmolzenen Bad von Kugel- oder verdichtetem/Vermikular
graphit-Gußeisen in einem thermischen Analysetest an der Au
ßenseite des Ofens, zur Untersuchung der Weißerstarrung von
Lamellengraphit-Gußeisen in dem thermischen Analysetest sowie
ein Probegefäß zur Verwendung in dem thermischen Analysetests
zur Ausführung der oben genannten Verfahren aufzuzeigen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der
Patentansprüche.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren näher er
läutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Probe
gefäßes, eines zweiten Probegefäßes, das Tellur
(Te) enthält und eines Abkühlkurvenaufzeichnungs
geräts, das mit diesen Probegefäßen verbunden
ist, um das Verfahren gemäß der vorliegenden Er
findung durchzuführen;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines kombinier
ten Probegefäßes zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Diagramm, um einen Bereich der eutektischen
Temperatur des geschmolzenen Lamellengraphit-
Gußeisens zu zeigen, das sowohl vom ersten Probe
gefäß als auch vom zweiten Probegefäß mit Tellur
(Te) erhalten wurde; und
Fig. 4 ein Diagramm zur Erklärung der Beziehung zwischen
einer Abkühltiefe und einer eutektischen Tempera
tur von Gußeisen.
Früher wurde erkannt, daß (1) wenn Tellur zu dem geschmolze
nen Gußeisenbad zugegeben wird, das Gußeisen in weißes Rohei
sen umgewandelt wird, (2) Tellur zum Legierungsgußeisen von
Fe-C oder Fe-C-Si zugegeben wird, die Form des Graphits in
dem Legierungsgußeisen vom Zustand des Lamellengraphits in
den Zustand von eutektischem Graphit gewechselt wird, und (3)
Tellur zu dem geschmolzenen Gußeisenbad zugegeben wird, der
Zustand der Erstarrung des geschmolzenen Gußeisenbades in den
metastabilen Zustand gewechselt wird.
Im Hinblick auf das oben Erwähnte wird nach dem Verfahren ge
mäß der vorliegenden Erfindung das geschmolzene Gußeisenbad
in ein bekanntes Standardprobegefäß mit einem Thermoelement
gegossen, das verwendet wird, um eine Abkühlkurve des ge
schmolzenen Gußeisenbades zu erhalten, und zur gleichen Zeit
wird das geschmolzene Gußeisenbad in ein anderes Probegefäß
gegossen, das im Aufbau genauso wie das zuerst erwähnte Gefäß
ist, jedoch in dem geringe Mengen von Tellur enthalten sind.
Die Abkühlkurven, die von dem Gußeisenbad in diesen Probege
fäßen erhalten werden, werden miteinander verglichen und die
Gegenwart von strukturmodifizierenden Additiven in dem ge
schmolzenen Gußeisenbad wird erfaßt.
Im folgenden soll das Probegefäß, in dem kein Tellur ent
halten ist, als "erstes Probegefäß" und das Probegefäß, in
dem Tellur enthalten ist, als "zweites Probegefäß" bezeichnet
werden.
Nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur
Lösung der oben genannten Aufgabe wie in Fig. 1 gezeigt, eine
Zuleitung 14 eines Thermoelements (nicht gezeigt) des ersten
Probegefäßes 10 und eine Zuleitung 16 von einem Thermoelement
(nicht gezeigt) des zweiten Probegefäßes 12 mit einem be
kannten herkömmlichen Kühlkurvenmeßgerät 18 verbunden. Bevor
das geschmolzene Gußeisenbad gegossen wird, werden geringe
Mengen von Tellur in das zweite Probegefäß 12 gegeben.
Das erste Probegefäß 10, in dem kein Tellur enthalten ist,
wird zur Untersuchung der Kugelbildungsrate von Kugel- oder
verdichtetem/Vermikulargraphit-Gußeisen verwendet. Wenn das
geschmolzene Lamellengraphit-Gußeisenbad in das zweite Probe
gefäß 12, in dem Tellur enthalten ist, gegossen wird, er
starrt es als weißes Roheisen in einem metastabilen Zustand
und seine eutektische Unterkühlungstemperatur wird nicht in
seiner Thermoanalyse angegeben.
Andererseits, wenn modifizierende Additive in dem geschmolze
nen Gußeisenbad enthalten sind, erstarrt es in einer Graphit
phase und zeigt eutektische Unterkühlung. Entsprechend ist es
durch Verwendung des zweiten Tellur enthaltenden Probegefäßes
12 möglich, herauszufinden, ob der Graphit in dem geschmolze
nen Gußeisenbad als Lamellen-, verdichteter/Vermikularer-
oder kugelförmiger Graphit vorliegt.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter
Verwendung eines einzelnen Probegefäßes wie in Fig. 2 ge
zeigt, durchgeführt werden, anstelle des oben erwähnten er
sten und zweiten Probegefäßes 10 und 12.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ein Probegefäß 20,
das zur Durchführung der oben genannten Verfahren verwendet
wird, aus einem ersten Hohlraum 22 und einem zweiten Hohlraum
24, die in einem einzelnen Block 20 aus wärmebeständigem Ma
terial gebildet sind. Kleine Mengen von Tellur (Te) werden in
den zweiten Hohlraum 24 gegeben. Der Boden des ersten Hohl
raums 22 ist mit dem Boden des zweiten Hohlraumes 24 durch
einen V-förmigen Verbindungsgang 26 für geschmolzenes Metall
verbunden und jeder der Hohlräume 22 und 24 ist mit einem
Thermoelement 28 bzw. 30 versehen, die mit einem Aufzeich
nungsapparat 18 verbunden sind.
Wenn das geschmolzene Gußeisenbad in den ersten Hohlraum 22
gegossen wird, fließt es durch den V-förmigen Verbindungsgang
26 für geschmolzenes Metall in den zweiten Hohlraum 24, in
dem Tellur enthalten ist. Das Tellur in dem zweiten Hohlraum
24 wird an der Reaktion mit dem geschmolzenen Gußeisenbad,
das in den ersten Hohlraum 22 gegossen wurde, gehindert, da
das Tellur nicht von dem zweiten Hohlraum 24 durch den V-för
migen Verbindungsgang 26 in den ersten Hohlraum 22 eintreten
kann.
Beispiel zur Untersuchung des Gehalts an Additiven.
Roheisen und Stahlschrott werden vereinigt und durch einen
elektrischen Hochfrequenzinduktionsofen geschmolzen und es
werden 20 kg von geschmolzenem Gußeisenbad hergestellt, des
sen Kohlenstoffäquivalent (CE) 4,4-4,0 betrug.
1 kg des obigen geschmolzenen Bads wurde in einem Graphitie
gel gegeben, in dem strukturmodifizierende Additive bei einer
Temperatur von 1550°C enthalten sind. Nachdem die Reaktion
des geschmolzenen Bads mit den Additiven vervollständigt war,
wurde der Teil des geschmolzenen Bads in das oben erwähnte
erste Probegefäß 10 oder den ersten Hohlraum 22 bzw. in das
zweite Probegefäß 12 oder den zweiten Hohlraum 24 gegossen.
Die vom ersten und zweiten Probegefäß 10, 12 oder vom ersten
und zweiten Hohlraum 22, 24 erhaltenen Abkühlkurven wurden
miteinander verglichen; die Ergebnisse sind in Tabelle I ge
zeigt.
Wie Tabelle I zeigt, ist dort, wo kein strukturmodifizieren
des Additiv in dem geschmolzenen Gußeisenbad enthalten ist,
die Mikrostruktur des Gußeisens, das von dem geschmolzenen
Gußeisenbad in dem ersten Probegefäß 10 oder dem ersten Hohl
raum 22 erhalten wird, im Zustand von Lamellengraphit-Gußei
sen. Andererseits ist die Mikrostruktur des Gußeisens, das
von dem geschmolzenen Gußeisenbad in dem zweiten Probegefäß
12 oder dem zweiten Hohlraum 24 erhalten wird, in welchem ge
ringe Mengen von Tellur enthalten waren, in den Zustand von
weißem Roheisen umgewandelt.
Dort wo im geschmolzenen Gußeisenbad strukturmodifizierende
Additive für verdichteten/Vermikulargraphit (CV-Additive)
enthalten sind, ist das Gußeisen, das vom ersten Probegefäß
10 oder dem ersten Hohlraum 22 erhalten wird, in der Form von
verdichtetem/Vermikulargraphit, dessen Kugelbildungsrate 38%
ist. Andererseits ist das Gußeisen, das von dem zweiten Pro
begefäß 12 oder dem zweiten Hohlraum 24 erhalten wird im we
sentlichen in dem Zustand von Lamellengraphit-Gußeisen. Aus
dieser Tatsache läßt sich feststellen, daß Tellur das Element
ist, welches das Graphit in Gußeisen von der Umwandlung in
seinen kugelförmigen Zustand abhält.
Wenn die Mengen an Tellur, die zu dem Probegefäß zugegeben
werden, geringer als 0,05 Gew.-% in Bezug auf das geschmol
zene Gußeisenbad sind, kann das geschmolzene Bad, in dem kein
strukturmodifizierendes Additiv enthalten ist, nicht in
weißes Gußeisen umgewandelt werden. Wenn andererseits mehr
als 0,3 Gew.-% strukturmodifizierendes Additiv zum geschmol
zenen Gußeisenbad zugegeben wird, wird das geschmolzene
Gußeisenbad in weißes Gußeisen umgewandelt, auch wenn ein
strukturmodifizierendes Additiv zu dem geschmolzenen Bad zu
gefügt wird. Entsprechend ist die vorzugsweise zugegebene
Menge an Tellur zum geschmolzenen Gußeisenbad etwa 0,5 bis
0,3 Gew.-%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das Verfahren zur
Untersuchung der Weißerstarrung von Lamellengraphit-Gußeisen
an der Außenseite des Ofens aus den Schritten (1) Erhalten
der Abkühlkurve der stabilen eutektischen Erstarrung der
Probe des geschmolzenen Gußeisenbads in dem kein Additiv ent
halten ist; (2) Erhalten der Abkühlkurve von der metastabilen
eutektischen Erstarrung des obigen geschmolzenen Bades bei
Zugabe von sehr kleinen Mengen Tellur; und (3) Vergleichen
der Abkühlkurve der stabilen eutektischen Erstarrung mit der
Abkühlkurve der metastabilen eutektischen Erstarrung zur Be
stimmung der Weißerstarrung von Lamellengraphit-Gußeisen.
Zur Ausführung des obigen Verfahrens wurden 20 kg von Gußei
sen mit einem Kohlenstoffäquivalent (CE) Wert von 3,5 mittels
eines elektrischen Hochfrequenzinduktionsofens geschmolzen.
Das erhaltene geschmolzene Bad wurde in das oben erwähnte er
ste Probegefäß 10 oder den ersten Hohlraum 22 gegossen und
gleichzeitig wurde das geschmolzene Bad in das zweite Probe
gefäß 12 oder den zweiten Hohlraum 24, die 0,1 Gew.-% Tellur
enthielten, gegossen.
Durch Ändern der Menge an Fe-Si wurde die Abkühlung des Guß
eisens eingestellt. Die Abkühltiefe wurde durch Verwendung
einer Standart-Abschreckplatte gemessen; die Ergebnisse sind
in der Tabelle II gezeigt.
Die vom ersten Probegefäß 10 oder dem ersten Hohlraum 22 er
haltene Abkühlkurve ist in Fig. 3 unter "non" und die vom
zweiten Probegefäß 12 oder dem zweiten Hohlraum 24 erhaltene
Abkühlkurve ist in Fig. 3 unter W/Te gezeigt.
Unter Verwendung der Anzeigeeinrichtung wurde vom ersten Pro
begefäß 10 oder dem ersten Hohlraum 22 eine stabile eutek
tische Unterkühlungstemperatur (TES) und eutektisch höchste
Rekaleszenztemperatur (TE) erhalten und vom zweiten Probege
fäß 12 oder dem zweiten Hohlraum 24 wurde eine metastabile
eutektische Temperatur (TEW) gemessen. Der Unterschied zwi
schen der stabilen eutektischen Unterkühlungstemperatur (TES)
und der metastabilen eutektischen Temperatur (TEW) wurde als
eutektischer Temperaturbereich (TER1) und (TER2), wie in Ta
belle II gezeigt, gemessen.
Es kann von den obigen Ergebnissen erkannt werden, daß dann,
wenn der Unterschied zwischen TER1 und TER2 verringert ist,
die Erstarrungstiefe im Gußeisen gesteigert wird, und wenn
die Differenz zwischen den beiden negativ ist, das Gußeisen
in weißes Gußeisen umgewandelt wird.
Folglich ist es, auch wenn die Weißerstarrung des aus dem ge
schmolzenen Bad erhaltenen Gußeisens unbekannt ist, möglich,
sie durch Messen des eutektischen Temperaturbereichs zu un
tersuchen, welcher der Unterschied zwischen der stabilen eu
tektischen Temperatur und der metastabilen eutektischen Tem
peratur des geschmolzenen Gußeisenbads ist.
Claims (9)
1. Verfahren zur Untersuchung des Gehalts an strukturmodi
fizierenden Additiven in einem geschmolzenen Gußeisenbad um
fassend die Schritte
- - Gießen des geschmolzenen Gußeisenbads in ein erstes Pro begefäß, das ein Thermoelement hat, das mit einem Auf zeichnungsgerät an der Außenseite des Ofens verbunden ist,
- - Erhalten einer ersten eutektischen Unterkühlungskurve des geschmolzenen, in das erste Probegefäß gegossenen Guß eisenbads,
- - Geben von kleinen Mengen Tellur in ein zweites Probege fäß, das ein Thermoelement hat, das mit dem Aufzeich nungsgerät verbunden ist,
- - Erhalten einer zweiten eutektischen Unterkühlungskurve des in das zweite Probegefäß gegossenen geschmolzenen Gußeisenbads, und
- - Analysieren der erhaltenen ersten und zweiten Unterküh lungskurve.
2. Verfahren zum Untersuchen des Gehalts an strukturmodifi
zierenden Additiven in dem geschmolzenen Gußeisenbad nach An
spruch 1, in welchem die in das zweite Probegefäß zu gebenden
Mengen an Tellur in etwa 0,5 bis in etwa 0,3 Gew.-% sind.
3. Probegefäß zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 oder 2, enthaltend einen ersten Hohlraum (22) und einen
zweiten Hohlraum (24), die zur Aufnahme des geschmolzenen
Gußeisenbads an der Außenseite eines Ofens angepaßt sind und
ein mit einem Aufzeichnungsgerät verbundenes Thermoelement
haben, wobei der Boden des ersten Hohlraums und des zweiten
Hohlraums durch einen V-förmigen Verbindungsgang verbunden
sind.
4. Verfahren zur Untersuchung des Gehalts an strukturmodi
fizierenden Additiven in einem geschmolzenen Gußeisenbad um
fassend die Schritte
- - Gießen des geschmolzenen Gußeisenbads in einen Hohlraum eines Probegefäßes nach Anspruch 3,
- - Erhalten einer ersten eutektischen Unterkühlungskurve des in den ersten Hohlraum gegossenen geschmolzenen Gußeisen bads,
- - Geben von kleinen Mengen Tellur in einen zweiten Hohlraum des Probegefäßes nach Anspruch 3,
- - Erhalten einer zweiten eutektischen Unterkühlungskurve des in den zweiten Hohlraum gegossenen geschmolzenen Guß eisenbads, und
- - Analysieren der erhaltenen ersten und zweiten Unterküh lungskurve.
5. Verfahren zum Untersuchen des Gehalts an strukturmodifi
zierenden Additiven in dem geschmolzenen Gußeisenbad nach An
spruch 4, in welchem die in den zweiten Hohlraum des Probege
fäß zu gebenden Mengen an Tellur in etwa 0,5 bis in etwa 0,3
Gew.-% sind.
6. Verfahren zur Untersuchung der Weißerstarrung von Lamel
lengraphit-Gußeisen, umfassend die Schritte
- - Gießen des geschmolzenen Bads aus Lamellengraphit-Gußei sen in ein erstes Probegefäß, das ein Thermoelement hat, das mit einem Aufzeichnungsgerät an der Außenseite des Ofens verbunden ist,
- - Erhalten einer stabilen eutektischen Unterkühlungskurve des in das erste Gefäß gegossenen, geschmolzenen Bades von Lamellengraphit-Gußeisen,
- - Messen einer ersten Unterkühlungstemperatur aus der sta bilen eutektischen Unterkühlungskurve,
- - Geben einer kleinen Menge von Tellur in ein zweites Pro begefäß, das ein Thermoelement hat, das mit dem Aufzeich nungsgerät verbunden ist,
- - Erhalten einer metastabilen eutektischen Unterkühlungs kurve des geschmolzenen Gußeisenbads, das in das zweite Probegefäß gegossen wurde,
- - Messen einer zweiten Unterkühlungstemperatur aus der me tastabilen eutektischen Unterkühlungskurve,
- - Messen des Unterschieds zwischen der erste Unterkühlungs temperatur und der zweiten Unterkühlungstemperatur.
7. Verfahren zur Untersuchung der Weißerstarrung von Lamel
lengraphit-Gußeisen nach Anspruch 6, in welchem die in das
zweite Probegefäß zu gebende Menge an Tellur in etwa 0,5 bis
in etwa 0,3 Gew.-% beträgt.
8. Probegefäß zur Durchführung des Verfahrens gemäß An
spruch 7, enthaltend einen ersten Hohlraum (22) und einen
zweiten Hohlraum (24), die zur Aufnahme des geschmolzenen Ba
des aus Lamellengraphit-Gußeisen an der Außenseite des Ofens
angepaßt sind und die ein mit einem Aufzeichnungsgerät ver
bundenes Thermoelement haben, wobei der Boden des ersten und
zweiten Hohlraums (22, 24) mit einem V-förmigen Verbindungs
gang (26) verbunden ist.
9. Verfahren zur Untersuchung der Weißerstarrung von Lamel
lengraphit-Gußeisen umfassend die Schritte
- - Gießen des geschmolzenen Bades von Lamellengraphit-Gußei sen in einen ersten Hohlraum eines Probegefäßes gemäß An spruch 8,
- - Erhalten einer stabilen eutektischen Unterkühlungskurve des geschmolzenen Bades von Lamellengraphit-Gußeisen, das in den ersten Hohlraum gegossen wurde,
- - Messen einer ersten Unterkühlungstemperatur aus der sta bilen eutektischen Unterkühlungskurve,
- - Geben von kleinen Mengen Tellur in einen zweiten Hohlraum eines Probegefäßes gemäß Anspruch 3,
- - Erhalten einer metastabilen eutektischen Unterkühlungs kurve des geschmolzenen Gußeisenbads, das in den zweiten Hohlraum gegossen wurde,
- - Messen einer zweiten Unterkühlungstemperatur aus der me tastabilen eutektischen Unterkühlungskurve,
- - Messen der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Unterkühlungstemperatur.
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