DE69801924T2

DE69801924T2 - Eisenguss mit vermikular- oder kugelgraphit hergestellt durch ermittlung der koeffizienten aus kühlkurven und einstellen des anteils an strukturmodifizierenden mitteln in der schmelze

Info

Publication number: DE69801924T2
Application number: DE69801924T
Authority: DE
Inventors: Conny Andersson
Original assignee: SinterCast AB
Current assignee: SinterCast AB
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2018-11-18
Also published as: DE69801924D1; ZA9810471B; ATE206484T1; CZ20001421A3; RU2201966C2; JP4364428B2; SE9704208D0; KR20010032139A; US6604016B1; EP1032718A1; CN1096503C; TR200001411T2; SE9704208L; KR100562224B1; ES2163894T3; AR017409A1; CN1279727A; EP1032718B1; BR9814627A; JP2001523764A

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Voraussagen der Mikrostruktur, mit der eine bestimmte Gusseisenschmelze erstarren wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Hintergrund der Erfindung

Die WO86/01755 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit wurmförmigem oder Vermiculargraphit unter Verwendung einer thermischen Analyse. Aus einem Gusseisenschmelzbad wird eine Probe genommen, und diese Probe lässt man 0,5 bis 10 Minuten lang erstarren. Die Temperatur wird gleichzeitig von zwei auf Temperatur ansprechenden Mitteln aufgezeichnet, wobei eines dieser Mittel im Zentrum der Probe angeordnet ist und das andere in unmittelbarer Nachbarschaft der Behälterwandung platziert ist. Mit jedem der beiden auf Temperatur ansprechenden Mittel werden sogenannte Abkühlungskurven aufgezeichnet, welche die Temperatur der Eisenprobe als Funktion der Zeit wiedergeben. Auf der Basis dieser Unterlagen ist es dann möglich, die notwendige Menge strukturmodifizierender Agenzien zu bestimmen, die der Schmelze zugesetzt werden muss, um die gewünschte Mikrostruktur zu erhalten. Es werden jedoch keine detaillierten Informationen darüber gegeben, wie die Kurven auszuwerten sind.
Die WO92/06809 beschreibt ein spezifisches Verfahren für die Auswertung der Abkühlungskurven, die mit dem Verfahren nach WO86/01755 erhalten werden. In Einklang mit dieser Schrift ist ein frühes Plateau in der Abkühlungskurve ein Hinweis darauf, dass sich lamellare Graphitkristalle in der Nähe der auf Temperatur ansprechenden Mittel ausgeschieden haben. Da das Probengefäß willentlich mit einer Lage oxid- oder sulfidhaltigen Materials belegt ist, welches die aktive Form der strukturmodifizierenden Agenzien verzehrt und damit deren natürlichen Verlust oder natürliche Abnahme während der Gießzeit simuliert, kann ein derartiges Plateau häufig in einer Abkühlungskurve gefunden werden, die von einem gefäßwandnahen auf Temperatur ansprechenden Mittel herrührt. Der Fachmann kann dann durch die Verwendung von Kalibrierdaten bestimmen, ob der Schmelze ein strukturmodifizierendes Agens zugesetzt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit zu erhalten.
Das Verfahren nach WO92/06809 erfordert "perfekte" Kurven, die ein deutliches Plateau aufweisen. Mitunter kann es jedoch geschehen, dass Abkühlungskurven ohne ein deutliches Plateau aufgezeichnet werden, ungeachtet der Tatsache, dass sich lamellarer Graphit gebildet hat. Es ist bisher noch nicht gelungen, Kurven ohne ein deutliches Plateau als Grundlage für die Berechnung der genauen Menge strukturmodifizierenden Agens zu verwenden, welche der Schmelze beigegeben werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit über die gesamte Gießzeit zu erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Es hat sich nun gezeigt, dass es möglich ist, praktisch jeden Satz von Abkühlungskurven zu verwenden, die für eutektische oder untereutektische Erstarrung erhalten werden, unter Verwendung der Einrichtung nach WO86/01755 und WO92/06809 als Grundlage zur Berechnung der genauen Menge strukturmodifizierenden Agens, die zugesetzt werden muss. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:
a) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, und zwar als Funktion von y, wobei
γ = (TAmax - TAmin)/(TBmax - TBmin)
und worin
TAmax der lokale Maximumwert der Abkühlungskurve, die im Zentrum des Probenbehälters aufgezeichnet wird;
TAmin der lokale Minimumwert der Abkühlungskurve, die im Zentrum des Probenbehälters aufgezeichnet wird;
TBmax der lokale Maximumwert der Abkühlungskurve, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;
TBmin der lokale Minimumwert der Abkühlungskurve, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;
b) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugegeben werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, und zwar als Funktion von φ, wobei
φ = (TA'max)/(TB'max)
worin
TA'max der Maximumwert der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die im Zentrum des Probenbehälters aufgezeichnet wird; und
TB'max der Maximumwert der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;
c) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze hinzugegeben werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, und zwar als Funktion der Fläche (ρB) des ersten Peak der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;
d) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze hinzugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, und zwar als Funktion von κ, wobei
κ = σA/σB
worin
σA die Fläche unter dem zweiten Peak der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die im Zentrum des Probenbehälters aufgezeichnet wird; und
σB die Fläche unter dem zweiten Peak der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die an der Behälterwand aufgezeichnet wird;
e) Aufnehmen von Abkühlungskurven jeweils im Zentrum des Probenbehälters und an der Probenbehälterwand für eine bestimmte Probe eines geschmolzenen Gusseisens;
f) Auswählen - je nach dem in e) erhaltenen Ergebnis - einer der Kalibrier- oder Eichkurven aus Schritt a) bis Schritt d), die das genaueste Ergebnis liefert; und
g) Berechnen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze hinzugegeben werden muss.

Detailbeschreibung der Erfindung

Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Voraussagen der Mikrostruktur, mit der eine bestimmte Gusseisenschmelze erstarren wird. Durch die Verwendung des vorliegenden Verfahrens ist es möglich, einen gegenüber dem Stand der Technik viel größeren Bereich von Temperatur- Zeit-Kurven auszuwerten, und es ist außerdem möglich, genauere Ergebnisse zu erzielen.
Der Ausdruck "Abkühlungskurve", wie er in dem vorliegenden Text verwendet wird, bezieht sich auf graphische Darstellungen, welche die Temperatur als Funktion der Zeit wiedergeben, wobei die graphischen Darstellungen in der Weise aufgezeichnet worden sind, wie es in den Schriften WO86/01755 und WO92/06809 offenbart ist.
Der Ausdruck "Probenbehälter" im Sinne der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf einen kleinen Probenaufnahmebehälter, der, wenn er für eine thermische Analyse genutzt wird, mit einer Probe geschmolzenen Metalls gefüllt wird. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls wird dann in geeigneter Weise während der Erstarrung registriert. Die Wandungen des Probenbehälters sind mit einem Material belegt, welches die Menge an strukturmodifizierendem Agens in der Schmelze in der unmittelbaren Nachbarschaft der Behälterwandung vermindert. Bevorzugt ist der Probenbehälter in der Weise ausgebildet, wie es in der WO86/01755, WO92/06809, WO91/13176 und WO96/23206 offenbart ist.
Der Ausdruck "Vorrichtung für die Probenentnahme" im Sinne der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche umfasst: einen Probenbehälter, der mit mindestens einem auf Temperatur ansprechenden Mittel für die Thermoanalyse ausgerüstet ist, wobei das Mittel dazu gedacht ist, während der Analyse in die erstarrende Metallprobe eingetaucht zu sein, und ein Mittel zum Befüllen des Probenbehälters mit geschmolzenem Metall. Der Probenbehälter ist bevorzugt mit den Sensoren in der in der WO96/23206 beschriebenen Art ausgestattet.
Der Ausdruck "strukturmodifizierendes Agens" im Sinne der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf Verbindungen, welche die kugelige Ausbildung oder Ausscheidung des in dem geschmolzenen Gusseisen vorliegenden Graphits begünstigen. Geeignete Verbindungen können ausgewählt sein aus der Gruppe von Impfstoffen, wie sie auf dem Fachgebiet hinreichend bekannt sind, und gestaltmodifizierenden Agenzien, wie Magnesium, Cerium und anderen Seltenerdmetallen. Die Beziehungen zwischen der Konzentration an strukturmodifizierenden Agenzien in geschmolzenen Gusseisenmaterialien und der Graphitmorphologie in erstarrten Gusseisenmaterialien sind bereits in den oben angeführten Dokumenten WO92/06809 und WO86/01755 erörtert worden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung, wie in Anspruch 7 oder 9 offenbart, zur kontrollierten Erzeugung von Gusseisen mit vermicularem oder mit kugeligem Graphit, wobei die Vorrichtung eine Probe von einer Gusseisenschmelze aufnimmt, das vorliegende Verfahren verwendet, um die gegebenenfalls notwendigen Zusätze an strukturmodifizierenden Agenzien zu der Gusseisenschmelze zu berechnen, und der Gusseisenschmelze diese Menge an strukturmodifizierenden Agenzien zugibt. Die Vorrichtung umfasst eine Vorrichtung für die Probenentnahme, ein computerbasiertes Datenerfassungssystem und Mittel zum Zugeben strukturmodifizierender Agenzien zu der Gusseisenschmelze. Die Vorrichtung für die Probenentnahme nimmt eine repräsentative Probe des geschmolzenen Gusseisens auf, welches der thermischen Analyse unterworfen wird, wobei während der Analyse Temperatur/Zeit-Messungen an einen Computer weitergeleitet und in Form von Abkühlungskurven dargestellt werden. Der Computer berechnet die notwendige Menge strukturmodifizierenden Agens, die zugegeben werden muss, und betätigt automatisch die Mittel zum Zugeben des strukturmodifizierenden Agens, wodurch der Schmelze eine geeignete Menge derartiger Agenzien zugeführt wird.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte zeichnerische Darstellung beschrieben:
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil einer Vorrichtung zur Probenentnahme, welche in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann;
Fig. 2 zeigt Beispiele für Abkühlungskurven, die mit zwei auf Temperatur ansprechenden Mitteln aufgezeichnet wurden, wobei eines der Mittel im mittleren Teil des Probenbehälters (Kurve I) und das andere in der Nähe der Behälterwand (Kurve II) angeordnet ist;
Fig. 3 zeigt eine Abkühlungskurve, die zu Kurve II in Fig. 2 korrespondiert. Die erste zeitliche Ableitung der Kurve ist ebenfalls gezeigt;
Fig. 4A definiert die Parameter TB'max, TBmax TBmin. Die Figur zeigt TB-Werte und σB für den Teil einer Wandregion-Abkühlungskurve mit konventioneller Unterkühlungsrekaleszenz in der Wandregion und stationärem Wachstum. Die Parameter, die der im mittleren Teil aufgenommenen Kurve zukommen, sind allgemein mit dem Großbuchstaben A bezeichnet, während Wand-Parameter mit dem Großbuchstaben B bezeichnet sind. Fig. 4B zeigt drei verschiedene Erscheinungsformen der Kurve in Abhängigkeit vom Ausmaß des Lamellengraphitwachstums in den Anfangsphasen des Erstarrungsvorgangs;
Fig. 5 zeigt Ströme in einer Probe von einer erstarrenden Metallschmelze und wie diese Ströme die Schicht von Gusseisen mit Lamellengraphit beeinflussen, die sich normalerweise in der Nähe der Behälterwand bildet;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Gusseisen mit Vermiculargraphit in Einklang mit der vorliegenden Erfindung.
Wie oben erwähnt, zeigt Fig. 1 den das Metall aufnehmenden Teil einer Vorrichtung 200 zur Probenentnahme, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung finden kann. Mittel zum Einfüllen einer Probe geschmolzenen Metalls in einen Probenbehälter sind nicht dargestellt. Die Vorrichtung 200 ist ausgerüstet mit zwei Sensoren, die im Wesentlichen entsprechend den Lehren der im vorstehenden angeführten WO86/01755 angeordnet sind. Der temperaturerfassende Teil 210 des ersten Temperatursensors 220 ist im Zentrum des geschmolzenen Metalls 30 platziert, und der temperaturerfassende Teil 230 des zweiten Sensors 240 ist an einer Stelle nahe der inneren Oberfläche 60 (die beschichtet sein kann oder auch nicht; Beschichtung nicht gezeigt) der Innenwandung 50 angeordnet. Ein Sensorhalterelement 250 ist vorgesehen, um die Sensoren 220, 240 während der Analyse in Position zu halten. Das Sensorhalterelement ist mit dem Behälter über Füßchen 255 verbunden; wenn der Behälter eingetaucht wird, strömt das schmelzflüssige Metall zwischen den Füßchen hindurch in den Behälter ein.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für einen Satz von Abkühlungskurven, wie sie von zwei auf Temperatur ansprechenden Mitteln aufgenommen wurden, wobei eines der Mittel im mittleren Teil des Probenbehälters (Kurve I) und das andere in der Nähe der Behälterwandung (Kurve II) angeordnet ist. Kurve I ist eine typische Kurve für die Graphiterstarrung in vermicularer Form im Zentrum der Probe. Der erste Knickpunkt oder Temperaturhaltepunkt wird durch die Bildung von Primäraustenit verursacht, wie es für übereutektisches Gusseisen in der Regel zutrifft. Demgegenüber zeigt der Knickpunkt in Kurve II die örtliche Bildung von lamellarem Graphit an, verursacht durch einen Mangel an strukturmodifizierendem Agens nach Reaktion mit der Wandbeschichtung. Die Kurve II und die dazugehörige erste Zeitableitung sind auch in Fig. 3 gezeigt. In diesem Fall besteht eine Beziehung zwischen der Fläche des ersten Peak (ρB) der ersten Zeitableitung der Abkühlungskurve und der Lamellengraphitbildungsmenge benachbart zur Behälterwandung.
Wenn ein Gussstück oder eine Probe in einer Form bzw. einem Probenbehälter erstarrt, dann kann es sein, dass in der Atmosphäre oder in dem Form- oder Probenbehältermaterial vorhandener Sauerstoff, Schwefel etc. mit den strukturmodifizierenden Agenzien im Gusseisen reagieren. Im Falle von Gusseisen mit Vermiculargraphit kann dies zur Folge haben, dass sich Lamellengraphit in der Nähe der Wand der Form bzw. des Probenbehälters bildet. Tatsächlich ist die Menge an gebildetem Lamellengraphit um so größer, je geringer die Konzentration an strukturmodifizierenden Agenzien ist. Dementsprechend kann die Menge des an der Wand gebildeten Lamellengraphits als Maß für die Konzentration der verbliebenen strukturmodifizierenden Agenzien im Metallinneren genutzt werden.
Weil lamellarer Graphit bei höheren Unterkühlungstemperaturen Kristallkeime bildet als vermicularer Graphit, kann er mit Hilfe einer thermischen Analyse unterschieden werden. Fig. 3 zeigt eine Abkühlungskurve mit der dazugehörigen ersten Ableitung, aufgezeichnet in Wandnähe, wo sich sowohl lamellarer Graphit als auch vermicularer Graphit bilden. Die Lamellengraphitbildungsmenge kann überwacht werden, indem die Fläche σB des ersten Peak der ersten Ableitung der Temperatur-Zeit-Kurve gemessen wird. Analog dazu kann die Vermiculargraphitbildungsmenge dadurch überwacht werden, dass die Fläche σB des zweiten Peak der ersten Ableitung der Temperatur-Zeit-Kurve gemessen wird.
Nun ist es jedoch wegen der Gestalt der Abkühlungskurve mitunter nicht möglich, eine oder beide der oben definierten Flächen ρ und σ zu berechnen. Beispiele für in Wandnähe aufgenommene Kurven, die von der idealen Kurvengestalt (Kurve II in Fig. 2 und Fig. 3) abweichen, sind in Fig. 4B dargestellt. Es ist bisher nicht gelungen, Ergebnisse, wie sie durch die Kurven TB1, TB2 und TB3 repräsentiert werden, auszuwerten und in den Fällen, wo solche Kurven erhalten wurden, mussten die Messungen wiederholt werden, was zu Produktivitätsverlusten und Erzeugung von Ausschusseisen infolge übermäßigen Temperaturverlustes führen kann.
In Einklang mit der vorliegenden Erfindung kann eine Analyse der Abkühlungskurven auf der folgenden Tatsache basieren: mit zunehmender Lamellengraphitbildungsmenge muss die Vermiculargraphitbildungsmenge zurückgehen, weil die Gesamtmenge an freigesetztem Kohlenstoff annähernd gleichbleibend ist. Fig. 4A zeigt eine in Wandnähe aufgenommene Abkühlungskurve, die sich auf einen Fall bezieht, wo nur vermicularer Graphit gebildet wird. Die Bildung von vermicularem Graphit ist gekennzeichnet durch die positive Maximalsteigung der Kurve (T'Bmax), die Rekaleszenz (Tgmax - TBmin) und die Fläche σB. Fig. 4B zeigt die gleiche Kurve mit fortschreitend zunehmender Lamellengraphitausbildung. Die Rekaleszenz, die Maximalsteigung sowie die Fläche unter dem T'B-Peak nehmen mit zunehmender Lamellengraphritmenge ab.
Die bei der anfänglichen Bildung von lamellarem Graphit im wandnahen Bereich frei werdende Wärmemenge ist sehr klein und in der Tat unzureichend, um als Kontrollparameter zu dienen. Wenn jedoch die Gestalt des Bodens des Probenbehälters im Wesentlichen kugelförmig ist und wenn der Behälter selbst vorgewärmt ist (zum Beispiel durch Eintauchen in das schmelzflüssige Eisen) und damit die Bildung einer Abschreckzone erstarrten Eisens im wandnahen Bereich vermieden wird und wenn der Behälter frei hängen gelassen wird, so dass die Wärme nicht in einen Boden oder ein Gestell abfließt, dann wird sich ein günstiger Konvektionsstrom im Inneren des in dem Probenbehälter aufgenommenen geschmolzenen Eisens entwickeln. Diese Konvektionsströme bewirken, dass der lamellare Graphit von den vorgewärmten oberen Wandungen des Probenbehälters "weggespült" wird und dass sich das Lamellenwachsen wirksam in einem strömungsgetrennten Bereich an der Basis des im Wesentlichen kugelförmigen Behälters konzentriert. Durch strategisches Positionieren des Wandsensors innerhalb des strömungsgetrennten Bereichs erhält man eine größere und sensiblere Messung der Lamellengraphit-Wandreaktion.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert vier Kalibrierungen zu seiner Durchführung, nämlich:
a) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, und zwar als Funktion von γ, wobei
γ = (TAmax - TAmin)/(TBmax - TBmin)
und worin
TAmax der lokale Maximumwert der Abkühlungskurve, die im mittleren Teil des Probenbehälters aufgezeichnet wird;
TAmin der lokale Minimumwert der Abkühlungskurve, die im mittleren Teil des Probenbehälters aufgezeichnet wird;
TBmax der lokale Maximumwert der Abkühlungskurve, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;
TBmin der lokale Minimumwert der Abkühlungskurve, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;
b) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugegeben werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, und zwar als Funktion von φ, wobei
φ = (TA'max)/TB'max)
worin
TA'max der Maximumwert der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die im mittleren Teil des Probenbehälters aufgezeichnet wird; und
TB'max der Maximumwert der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;
c) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze hinzugegeben werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit: zu erhalten, und zwar als Funktion der Fläche (ρB) des ersten Peak der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;
d) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze hinzugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, und zwar als Funktion von κ, wobei
κ = σA/σB
worin
σA die Fläche unter dem zweiten Peak der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die im mittleren Teil des Probenbehälters aufgezeichnet wird; und
σB die Fläche unter dem zweiten Peak der ersten Ableitung der Abkühlungskurve, die an der Behälterwand aufgezeichnet wird;
Es versteht sich, dass entsprechende Kalibrierungen durchgeführt werden, wenn Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt wird.
Die Mehrzahl der Kalibrierungen basiert auf Abkühlungskurven, die im mittleren Teil des Probenbehälters aufgenommen worden sind. Der Grund hierfür ist, dass normalerweise keine Lamellenbildung im Zentrum stattfindet und damit TAmax - TAmm, TA'max und CA nicht durch Lamellengraphitausscheidung abträglich beeinflusst werden. Dementsprechend kann das Zentrum als Bezugspunkt verwendet werden, auch wenn die Modifikation so gering ist, dass Lamellengraphitbildung an der Wand stattfindet.
Die Menge an strukturmodifizierendem Agens, die zu einer bestimmten Probe hinzugefügt werden muss, wird nach Durchführung einer herkömmlichen thermischen Analyse, wie in den bereits angeführten Dokumenten WO86/01755 und WO92/06809 beschrieben, berechnet. Dann werden die Abkühlungskurven analysiert, unter Bestimmung von γ, φ, ρB und κ. Es werden drei unabhängige Bestimmungen der hinzuzufügenden Menge an strukturmodifizierendem Agens durchgeführt, wonach es für den Fachmann ohne weiteres möglich ist, die Bestimmung zu wählen, die das genaueste Ergebnis liefert.
Für die Durchführung der Voraussagemethode wird ein computergesteuertes System verwendet, insbesondere dann, wenn eine große Zahl von Messungen durchzuführen ist. In diesem Fall wird dieselbe Art von Vorrichtung 22 zur Probenentnahme verwendet, wie sie im vorstehenden beschrieben worden ist. Ein derartiges computergesteuertes System ist in Fig. 6 dargestellt. Während der Messung einer bestimmten Probe senden die zwei auf Temperatur ansprechenden Mittel 10, 12 Signale zu einem Computer 14, der eine ROM-Einheit 16 und eine RAM-Einheit 15 umfasst, um die Abkühlungskurven zu erzeugen. Der Computer hat Zugriff auf die obenerwähnten Kalibrierdaten in einer ROM-Einheit 16 und berechnet die Menge strukturmodifizierender Agenzien, die der Schmelze hinzuzufügen ist. Diese Menge wird einem Mittel 18 zum Zugeben strukturmodifizierender Agenzien zu der zu korrigierenden Schmelze 20 signalisiert, wodurch der Schmelze eine geeignete Menge derartiger Agenzien zugeführt wird.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Gießlings aus Gusseisen mit Vermiculargraphit oder aus Gusseisen mit Kugelgraphit, das eine Vorrichtung für die Probenentnahme, Mittel zum Überwachen einer Temperatur als eine Funktion der Zeit und Mittel zum Beigeben strukturmodifizierender Agenzien zu einem geschmolzenen Gusseisen, aus welchem der Gießling hergestellt werden soll, erfordert, wobei die Methode die Schritte umfasst:

a) Durchführen der folgenden Kalibrierungen für die gewählte Gießmethode:

i) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, als eine Funktion eines ersten Kontrollkoeffizienten γ, wobei

γ = (TAmax - TAmin)/(TBmax - TBmin)

und wobei

TAmax der lokale Maximumwert der Abkühlungskurve ist, die im Zentrum des Probenbehälters während des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird;

TAmin der lokale Minimumwert der Abkühlungskurve ist, die im Zentrum des Probenbehälters während des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird;

TBmax der lokale Maximumwert der Abkühlungskurve ist, die an der Probenbehälterwand während des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird;

TBmin der lokale Minimumwert der Abkühlungskurve ist, die an der Probenbehälterwand während des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird;

ii) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugegeben werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, als eine Funktion eines zweiten Kontrollkoeftizienten φ, wobei

φ = (TAmax)/(TB'max)

wobei

TA'max der Maximumwert der ersten Ableitung der Abkühlungskurve ist, die im Zentrum des Probenbehälters während des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird; und

TB'max der Maximumwert der ersten Ableitung der Abkühlungskurve ist, die an der Probenbehälterwand während des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird;

iii) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu einem geschmolzenen Gusseisen zugegeben werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, als eine Funktion eines dritten Kontrollkoeffizienten (ρB), welcher die Fläche unter dem ersten Peak der ersten Ableitung einer Abkühlungskurve ist, die an der Probenbehälterwand während des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird;

iv) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, als eine Funktion eines vierten Kontrollkoeffizienten x, wobei:

κ = σA/σB

wobei

σA die Fläche unter dem zweiten Peak der ersten Ableitung der Abkühlungskurve ist, die im Zentrum des Probenbehälters aufgezeichnet wird; und

σB die Fläche unter dem zweiten Peak der ersten Ableitung der Abkühlungskurve ist, die an der Behälterwand aufgezeichnet wird;

b) Aufnehmen von Abkühlungskurven jeweils im Zentrum des Probenbehälters und an der Probenbehälterwand während des Festwerdens für eine bestimmte Probe eines geschmolzenen Gusseisens;

c) Berechnen von Kontrollkoeffizienten γ, φ, ρB und κ bezüglich der in Schritt b) erhaltenen Temperatur-Zeit-Kurven und Auswählen eines dieser Koeffizienten γ, φ, ρB und κ, der das genaueste Ergebnis bezogen auf voraufgezeichnete Abkühlungskurvendaten liefert;

d) Berechnen der Menge strukturmodifizierenden Agens (Va), die zu der Schmelze zugegeben werden muss;

e) Zugeben der berechneten Menge strukturmodifizierenden Agens; und

f) Durchführen des Gießvorgangs in einer an sich bekannten Weise.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen kugelartiger Probenbehälter verwendet wird, und dass nahe der Behälterwand aufgezeichnete Abkühlungskurven in einem strömungsgetrennten Bereich an der Basis des im Wesentlichen kugelartigen Probenbehälters aufgezeichnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Gusseisen mit Vermiculargraphit hergestellt wird.

4. Methode zum Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu geschmolzenem Gusseisen zugefügt werden muss, um einen Gießling aus Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit herzustellen, wobei die Methode eine Vorrichtung für die Probenentnahme, Mittel zum Überwachen der Temperatur als eine Funktion der Zeit und ein Mittel zum Zugeben strukturmodifizierenden Agens zu einem geschmolzenen Gusseisen, aus welchem der Gießling hergestellt werden soll, erfordert, wobei die Methode die Schritte umfasst:

a) Ausführen der folgenden Kalibrierungen für die gewählte Gießmethode:

γ = (TAmax - TAmin)/(TBmax - TBmin)

und wobei

ii) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, als eine Funktion eines zweiten Kontrollkoeffizienten φ, wobei

φ = (TA'max)/(TB'max)

wobei

iii) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu einem geschmolzenen Gusseisen zugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, als eine Funktion eines dritten Kontrollkoeffizienten (ρB), welcher die Fläche unter dem ersten Peak der ersten Ableitung einer Abkühlungskurve ist, die an der Probenbehälterwand während des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird;

iv) Bestimmen der Menge strukturmodifizierenden Agens, die zu der Schmelze zugefügt werden muss, um Gusseisen mit Vermiculargraphit oder Gusseisen mit Kugelgraphit zu erhalten, als eine Funktion von κ, wobei:

κ = σA/σB

wobei

b) Aufzeichnen von Abkühlungskurven jeweils im Zentrum eines Probenbehälters und an der Probenbehälterwand während des Festwerdens für eine bestimmte Probe eines geschmolzenen Gusseisens;

c) Berechnen von Kontrollkoeffizienten γ, φ, ρB und κ bezüglich der in Schritt b) erhaltenen Temperatur-Zeit-Kurven und Auswählen eines dieser Koeffizienten γ, φ, ρB und κ der das genaueste Ergebnis bezogen auf voraufgezeichnete Abkühlungskurvendaten liefert;

d) Berechnen der Menge strukturmodifizierenden Agens (Va), die zu der Schmelze zugefügt werden muss;

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen kugelartiger Probenbehälter verwendet wird und dass nahe der Behälterwand aufgezeichnete Abkühlungskurven in einem strömungsgetrennten Bereich an der Basis des im Wesentlichen kugelartigen Probenbehälters aufgezeichnet werden.

6. Methode nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gießling aus Gusseisen mit Vermiculargraphit hergestellt wird.

7. Vorrichtung zum Festsetzen, in Echtzeit, einer zu einer Gusseisenschmelze (20) während des Herstellungsprozesses eines Gießlings aus Gusseisen mit Vermiculargraphit zuzufügenden Menge eines strukturmodifizierenden Agens;

wobei die Vorrichtung umfasst:

einen ersten Temperatursensor (10) zum Aufzeichnen einer Abkühlungskurve im Zentrum eines Probenbehälters;

einen zweiten Temperatursensor (12) zum Aufzeichnen einer Abkühlungskurve in der Nähe der Probenbehälterwand;

Mittel (18) zum Zugeben strukturmodifizierenden, zu der Eisenschmelze zuzufügenden Agens;

eine Computereinheit (14) zum Bestimmen eines Mengenwerts (Va) eines strukturmodifizierenden, zu der Schmelze zuzufügenden Agens;

ein Speichermittel (16), das zum Speichern voraufgezeichneter Abkühlungskurvendaten geeignet ist, wobei die Computereinheit ferner umfasst:

Mittel zum Ermitteln eines ersten Kontrollkoeffizienten γ (aus dem ein erster Vorhersagewert (V1) berechnet werden kann),

wobei

γ = (TAmax - TAmin)/(TBmax - TBmin)

und wobei

TAmin der lokale Minimumwert der Abkühlungskurve ist, die im Zentrum des Probenbehälters wähnend des Festwerdens einer Gusseisenprobe aufgezeichnet wird;

Mittel zum Ermitteln eines zweiten Kontrollkoeffizienten φ (aus dem ein zweiter Vorhersagewert (V2) berechnet werden kann), wobei

φ = (TA'max)/(TB'max)

wobei

Mittel zum Ermitteln eines dritten Kontrollkoeffizienten (ρB) (aus dem ein dritter Vorhersagewert (V3) berechnet werden kann), wobei

der dritte Kontrollkoeffizient (ρB) mit der Fläche des ersten Peaks der ersten Ableitung der Abkühlungskurve korreliert, die an der Probenbehälterwand aufgezeichnet wird;

Mittel zum Ermitteln eines vierten Kontrollkoeffizienten (κ) (aus dem ein vierter Vorhersagewert (V4) berechnet werden kann), wobei

κ = σA/σB

und wobei

Mittel zum Vergleichen des ersten, zweiten, dritten und vierten Kontrollkoeffizienten (y, φ, ρB und κ) mit den voraufgezeichneten Abkühlungskurvendaten, und

Mittel zum Auswählen eines der Kontrollkoeffizienten (y, φ, ρB und κ) in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs, und mit

Mitteln zum Berechnen eines genauen Mengenwerts (Va) eines strukturmodifizierenden, zu der Schmelze in Abhängigkeit des gewählten Kontrollkoeffizienten (γ, φ, pB und κ) zuzufügenden Agens.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor (12) auf solche Weise angeordnet ist, dass die nahe der Wand der Probenbehälterwand aufgezeichneten Abkühlungskurven in einem strömungsgetrennten Bereich an der Basis eines im Wesentlichen kugelartigen Probenbehälters aufgezeichnet werden.

9. Vorrichtung zum Ermitteln, in Echtzeit, einer Menge eines strukturmodifizierenden, zu einer Gusseisenschmelze (20) während des Herstellungsprozesses eines Gießlings aus Gusseisen mit Kugelgraphit zuzufügenden Agens;

wobei die Vorrichtung umfasst:

eine Computereinheit (14) zum Bestimmen eines Mengenwerts (Va) eines strukturmodifizierenden, zu der Schmelze zuzufügenden Agens, ein Speichermittel (16) zum Speichern voraufgezeichneter Abkühlungskurvendaten, wobei die Computereinheit ferner umfasst:

wobei

γ = (TAmax - TAmin)/(TBmax - TBmin)

und wobei

φ = (TA'max)/(TB'max)

wobei

Mittel zum Ermitteln eines vierten Kontrollkoeffizienten (x) (aus dem ein vierter Vorhersagewert (V4) berechnet werden kann), wobei

κ = σA/σB

und wobei

Mittel zum Vergleichen des ersten, zweiten, dritten und vierten Kontrollkoeffizienten (γ, φ, ρB und κ) mit den voraufgezeichneten Abkühlungskurvendaten, und

Mittel zum Auswählen eines der Kontrollkoeffizienten (γ, φ, ρB und κ) in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs, und wobei

Mittel zum Berechnen eines genauen Mengenwerts (Va) eines strukturmodifizierenden, zu der Schmelze in Abhängigkeit des gewählten Kontrollkoeffizienten (γ, φ, ρB und κ) zuzufügenden Agens.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor (12) auf solche Weise angeordnet ist, dass die nahe der Wand der Probenbehälterwand aufgezeichneten Abkühlungskurven in einem strömungsgetrennten Bereich an der Basis eines im Wesentlichen kugelartigen Probenbehälters aufgezeichnet werden.