DE69724004T2

DE69724004T2 - Herstellungsverfahren von gusseisen mit vermiculargraphit

Info

Publication number: DE69724004T2
Application number: DE69724004T
Authority: DE
Inventors: Ragnar Lindholm
Original assignee: SinterCast AB
Current assignee: SinterCast AB
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-03-01
Also published as: EP0948740A1; US6102981A; DE69724004D1; SE9601026D0; SE506802C2; WO1997035184A1; EP0948740B1; ZA972061B; JP4014636B2; SE9601026L; AU2183997A; JP2000508061A; KR20000064668A; ID16247A

Description

In der Gießerei-Industrie liegt vielfach der Wunsch vor, die Konfiguration bestimmen zu können, in der ein bestimmtes geschmolzenes Gusseisenmaterial erstarren wird. Ein Weg zur Durchführung solcher Bestimmungen ist die Durchführung einer thermischen Analyse der Schmelze. Es wird eine kleine Probe von der geschmolzenen Metalllegierung genommen und erstarren gelassen. Während dieses Prozesses wird die Temperatur als Funktion der Zeit gemessen. Die Konfiguration wird dann bestimmt, indem die erhaltene Abkühlkurve und ihre zeitliche Ableitung mit Referenzkurven verglichen wird. Derartige Thermoanalysemethoden sind z. B. in WO86/01755, WO91/13176 und WO92/06809 offenbart.
Bei den obenerwähnten Verfahren wird eine Probe von einem geschmolzenen Metall erhalten, indem ein Probengefäß in das geschmolzene Eisen getaucht und die Probe dann erstarren gelassen wird. Die thermische Analyse wird unter Verwendung von auf Temperatur ansprechenden Mitteln durchgeführt, bei denen es sich in der Regel um zwei Thermoelemente handelt. Eines dieser Mittel ist in der Mitte des Gefäßes angeordnet und das andere in der Nähe der Gefäßwand.
Bei dem Verfahren nach WO92/06809 wird ein Probengefäß verwendet, dessen Innenfiäche mit einer reaktiven Wand beschichtet ist. Die reaktive Beschichtung, welche Silicium-, Mangan-, Eisen- und/oder Natriumoxide um fasst, reagiert mit aktivem Magnesium in der Eisenprobe und senkt den Gehalt an aktivem Magnesium im Wandbereich des Probengefäßes.
Durch die Verwendung eines beschichteten Probengefäßes nach WO92/06809 ist es möglich, eine genauere Vorhersage der Erstarrungsstruktur zu machen, als mit dem Stand der Technik, wie durch WO86/01755 repräsentiert. Im Besonderen simuliert der Magnesiumverbrauch im wandnahen Bereich die natürliche Abnahme des Magnesiums während der Gießperiode und liefert ein prädiktives Anzeichen für den Magnesiumverlust. Zwar ist dieses Merkmal unabdingbar für die zuverlässige Produktion von Gusseisen mit Kompaktgraphit; es ist aber auch sehr wichtig, die Genauigkeit noch weiter zu erhöhen.
Zusammenfassuna der Erfindung
Es hat sich nun gezeigt, dass die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 die Genauigkeit der Vorhersage der Erstarrungsstruktur des geschmolzenen Gusseisenmaterials noch weiter zu steigern erlaubt.
Detailbeschreibung der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die zeichnerische Darstellung näher beschrieben; in der Zeichnung zeigen:
1 offenbart typische Abkühlkurven, welche durch die Verwendung des Verfahrens nach WO86/01755 erhalten werden können;
2 zeigt ein Diagramm, welches die Kugelbildung in Prozent als Funktion des Prozentanteils von Magnesium darstellt. Bei diesem Diagramm korrespondiert eine Kugelbildung von 0% zu einem Gusseisen mit vollständig in Kompaktform ausgebildetem Graphit (CGI), während 100% zu einem Gusseisen mit vollständig kugelig ausgebildetem Graphit (SGI) korrespondieren; Werte unterhalb von 0% Kugelbildung schließlich betreffen graues Gusseisen. Tatsächlich entspricht eine Kugelbildung von 0% einem Gusseisen mit 100%iger Kompaktgraphitbildung und der untere Teil dieser Achse korrespondiert zu Grauguss mit 100%iger Flockengraphitbildung;
3 zeigt Abkühlungskurven, welche mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden; und
4 offenbart ein Beispiel für ein mit drei Thermoelementen ausgestattetes Probengefäß, welches für das erfindungsgemäße Verfahren Verwendung finden kann.
Wie bereits erwähnt, benutzt das Verfahren nach WO86/01755 zum Voraussagen der Konfiguration, mit der ein geschmolzenes Gusseisenmaterial erstarren wird, zwei Thermoelemente, von denen eines im Zentrum des Probengefäßes angeordnet ist und das andere in der Nähe der Gefäßwandung. Diese beiden Thermoelemente liefern zwei sich deutlich voneinander unterscheidende Abkühlungskurven, welche in 1 dargestellt sind.
In der WO86/01755 sind die Schlüsselpunkte dieser Kurven richtig beschrieben. Ein zweiter bei der Interpretation der Abkühlungskurven zu berücksichtigender Aspekt ist in der WO92/0-6809 offenbart. Hierbei verzehrt eine reaktive Beschichtung an der Probenwand Magnesium aus der Schmelze und führt dazu, dass der wandnahe Bereich als graues Gusseisen erstarrt. Die durch die Ausscheidung und das Wachstum der Grauguss-Graphitflocken freigesetzte latente Wärme verursacht eine "Auslenkung" in der normalen Wandabkühlungskurve. Der Übergang graues Gusseisen/Gusseisen mit Kompaktgraphit (CGI) und die "ausgelenkte" Wandkurve sind in 2 bzw. 3 dargestellt.
Wie bereits erwähnt, zeigt 2 die Menge an Gusseisen mit Kugelgraphit (SGI) bzw. grauem Gusseisen als Funktion des Gehaltes an Magnesium (strukturmodifizierendem Agens). Wenn die Schmelzezusammensetzung bei Punkt A liegt, führt die Wandreduzierung von 0,003% Mg gemäß der Lehre von WO92/06809 dazu, dass die wandnahe Schmelze die Zusammensetzung B erhält, die immer noch im CGI-Plateau liegt, so dass keine Auslenkung der Wandkurve (wie in 1) zustande kommt. Wenn aber die anfängliche Schmelzezusammensetzung bei Punkt C liegt, führt die gleiche Wandreduzierung von 0,003% Mg zur Bildung von Gusseisen mit Flockengraphit (Punkt D) im wandnahen Bereich.
Es hat sich gezeigt, dass alle die in WO86/01755 und WO92/06809 angeführten Messpunkte wesentliche Informationspunkte darstellen. Einer der in WO86/01755 genannten Datenpunkte ist die Mindesttemperatur auf der Wand-Kurve vor der eutektischen Rekaleszenz, der sog. T_v-Wert. Jedoch wird in Gegenwart einer Wandreaktion infolge Flockengraphitbildung die Mindesttemperatur auf der Wandkurve verändert oder "maskiert" durch die während der Flockengraphitbildung freigesetzte Wärme.

3 zeigt ein Beispiel für drei gleichzeitig unter kontrollierten Bedingungen gemessene Abkühlkurven derselben Probe eines geschmolzenen Gusseisens mit Kompaktgraphit (CGI) mit und ohne Wandreaktion. Um eine Wandreaktion sicherzustellen, wie in WO92/06809 beschrieben, wurde ein Probenpfännchen mit einer 3%igen Schwefellösung beschichtet, während das andere Probenpfännchen mit einer weniger reaktiven Beschichtung belegt wurde. Die drei Abkühlungskurven werden im Folgenden ausführlicher beschrieben, unter Bezugnahme auf die Beschriftung von 4b:

Ta 3%	Zentrums-Thermoelement des Probenpfännchens mit 3%igen Schwefel-Wandbeschichtung
Tb 3%	Wand-Thermoelement des Probenpfännchens mit 3%igen Schwefel-Wandbeschichtung
Tb 1%	Wand-Thermoelement des Probenpfännchen mit 1%igen Schwefel-Wandbeschichtung.

3 zeigt deutlich eine normale Zentrums-Thermoelement-Abkühlkurve und zwei unterschiedliche Wand-Abkühlkurven. Das Wand-Thermoelement benachbart zu der 3%igen Schwefel-Beschichtung zeigt eine typisch offensichtliche Wandreaktion, welche bei Punkt A beginnt (ca. 60 Sekunden, 1143°C) und sich bis zu Punkt B fortsetzt (ca. 100 Sekunden, 1144°C). Das Endergebnis dieser "Verschiebung" in der Kurve ist, dass die Mindesttemperatur auf der Wandkurve in Gegenwart einer Wandreaktion um ca. 2,5°C höher liegt. Unter produktionstechnischen Gesichtspunkten ist dies von außerordentlicher Wichtigkeit, weil ein Unterschied von 2,5°C in der gemessenen Unterkühlung einem Bedarf an +/– 0,5 kg Impfstoff pro Tonne entsprechen kann, um entweder übermäßige Kugelbildung (–0,5 kg/t) oder Carbidbildung (+0,5 kg/t) zu vermeiden, in Einklang mit WO86/01755.
Die Verwendung von drei auf Temperatur ansprechenden Mitteln in der obengenannten Weise hat einen unvorhergesehenen Vorteil. Erstens erlaubt es die vorliegende Erfindung, zwei Arten von Informationen, die sich deutlich voneinander unterscheiden, zu sammeln. Die WO 86/01755 lehrt die Wichtigkeit der gleichzeitigen Kontrolle des Magnesium- und Impfstoffgehaltes des geschmolzenen Eisens, um innerhalb des CGI-Spezifikationsfensters zu bleiben. Die vorliegende Erfindung erlaubt nicht nur eine genaue Messung beider Werte (Impfstoffeffizienz und Nähe zu grauem Gusseisen), sondern lässt auch eine äußerst reaktive Beschichtung (welche Schwefel enthält an Stelle von reduzierbaren Oxiden wie in WO 92/06809) zu, ohne die Fähigkeit zur Messung der Impfstoffeffizienz auf Spiel zu setzen. Dies erlaubt zum Beispiel beim Gießen von Komponenten mit einer langen Gießzeit (kleine Gussstücke) oder einer langen Erstarrungszeit (große Gussstücke) die Verwendung einer hochreaktiven Beschichtung, um die Mg-Abnahme zu simulieren, was bislang, mit dem Verfahren nach WO 92/06809 infolge des negativen Einflusses auf die Messung des Nukleierungspotentials nicht möglich war.
4 offenbart ein Probengefäß, welches für das erfindungsgemäße Verfahren Verwendung finden kann. Die Innenwand eines Tiegels (8) ist teilweise mit einer reaktiven Beschichtung (10) versehen, welche 0 bis 5% Schwefel, 0 bis 10% Silicium-, Mangan- oder Eisenoxide oder 0 bis 0,5% Kalium- und Natriumoxide enthält; und einer relativ inerten Beschichtung (9), z. B. Aluminium- oder Zirconiumoxid.
Drei Thermoelemente (1, 2, 3), welche so angeordnet sind, dass eines (1) in der Mittel des Tiegels (8) angeordnet ist, eines (2) in der Nähe der reaktiven Beschichtung (2) und das letzte (3) in der Nähe der relativ inerten Beschichtung (9) angeordnet ist, sind in einem keramischen Stopfen (5) fixiert und in einem Röhrchen (6) aus Karton oder Pappe aufgenommen.

Claims

Verfahren, welches die Herstellung von Gusseisengießlingen von der Art, die Graphitkristalle in Kompaktform enthalten, betrifft und welches das Kontrollieren und Korrigieren der Zusammensetzung einer Gusseisenschmelze beinhaltet, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Gusseisenschmelze und Hinzugeben eines strukturmodifizierenden Agens und eines Nukleierungsagens zu der Schmelze in erfahrungsgemäß gerade ausreichenden Mengen, um Eisen mit vollständig in Kompaktform ausgebildetem Graphit bei direkter Erstarrung zu erhalten, wobei eine Schmelzeprobe in ein Probengefäß abgezogen wird, dessen Innenwandung teilweise mit einem Material überzogen ist, welches die Konzentration an gelöstem elementarem Magnesium um mindestens 0,003% oder einen entsprechenden Prozentsatz eines anderen modifizierenden Agens in der Schmelze benachbart zu der Wandung vermindert, Aufzeichnen von Temperaturen, die von auf Temperatur ansprechenden Mitteln registriert werden, von denen mindestens eines in dem Zentrum des Gefäßes angeordnet ist und von denen mindestens eines in der Nähe des das Niveau an gelöstem elementarem Magnesium beeinflussenden Überzugs angeordnet ist, und wobei man die auf Temperatur ansprechenden Mittel thermisches Gleichgewicht mit der Schmelze erreichen lässt, Auswerten der Charakteristika der Schmelze aus der so aufgezeichneten Abkühlung in einer an sich bekannten Weise und Korrigieren des Nukleierungsagens- und Magnesiumgehaltes oder des Gehaltes des anderen modifizierenden Agens, so dass Kompaktgraphitkristalle während der gesamten Gieß- und Erstarrungszeit, die in einem Gießprozess notwendig ist, gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres auf Temperatur ansprechendes Mittel und optional ein weiteres mit einem inerten Überzug versehenes Probengefäß verwendet wird bzw. werden, wobei das weitere auf Temperatur ansprechende Mittel in der Nähe eines inerten Überzugs in dem Probengefäß oder dem weiteren mit einem inerten Überzug versehenen Probengefäß angeordnet ist, wobei der inerte Überzug das Niveau an gelöstem elementarem Magnesium in der Schmelze nicht beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der das Niveau an gelöstem elementarem Magnesium beeinflussende Überzug 0–5% Schwefel, 0–10% an Oxiden von Silicium, Mangan oder Eisen und/oder 0–0,5% an Oxiden von Kalium und Natrium enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der das Niveau an gelöstem elementarem Magnesium beeinflussende Überzug 3–5% Schwefel enthält.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Temperatur ansprechenden Mittel Thermoelemente sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Temperatur ansprechenden Mittel Mittel zum Durchführen pyrometrischer Messungen sind.