NO144855B - Nodulariseringsmiddel for anvendelse ved fremstilling av stoepejernsgjenstander med kulegrafittstruktur - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et .nodulariseringsmiddel for anvendelse ved fremstilling.av støpegjenstander med kulegrafittstruktur.

Muligheten for å nodularisere støpejern ble utviklet omkring 1950 da det ble kjent-at magnesium, cerium, andre sjeldne jordartselementer,kalsium eller legeringer derav (herefter betegnet som legering) kan få smeltet støpejern til å danne kuleformig grafitt ved størkning. Siden det nevnte tidspunkt er teknikken blitt utviklet fra (a) tilsetning av legeringen til den smeltede støpe-jernsporsjon i smeltedigelen ved neddykning,emersgon eller ved sandwichteknikken, til (b) tilsetning av legeringen til den smeltede porsjon i en strøm umiddelbart forut.for innføringen i formen, og til slutt til (c) tilsetning av legeringen i en del. av innløps-systemet i-formen.

Den opprinnelige anvendelse av en magnesiumlegering ved inn-føring i en del av innløpssystenret for formen ble spesielt utviklet i forbindelse med podning av en form for grått støpejern og nodulert eller kuleformet støpejern, og denne fremgangsmåte ble ikke bare betegnet som et teknisk fremskritt, men viste også

at en fullstendig kulegrafittdannelse kunne utføres i støpeformen. Alle metoder som er basert på en behandling i selve formen, opp-viser et felles særtrekk, dvs. at mågensiumlegeringen ble inn-ført i partikkel- eller pulverform. Legeringspartiklene ble

(1) innført ved hjelp av målebegere i et reaksjonskammer som

fantes i sandformen, eller (2) legeringen ble på forhånd dannet til partikler i en skumsuspensjon som utgjorde innløpssystemet, eller (3) en på forhånd sammenpresset eller ekstrudert del av en partikkelformig magnesiumlegering ble anbragt i innløps-systemet og berørte bare en enkelt bæreroverflate. Den sistnevnte mulighet forekom bare som et forslag som hittil ikke har vært ut-nyttet i praksis./

Den videre utvikling av teknologien har muliggjort en mer presis dosering av magnesiumlegeringen efter behovet i de angjeldende støpte gjenstander. Dessuten er fremskritt blitt nådd hva gjelder å overvinne problemer med "fading", antennelse og andre miljøproblemer, samt nedsettelse av omkostningene. Ved de kjente fremgangsmåter forekommer dog stadig ulemper eller risiko av den følgende type (a) støpefeil på grunn av ikke-oppløst eller ikke-ensartet blandet partikkelformig nodulariseringsmiddel som er blitt skylt med inn i formhulrommet, (b) varierende segregering av legeringen eller en varierende oppløsningshastighet på grunn

av kjemiske og metallurgiske variasjoner under støpingen,(c) unødvendig spill (lavt utbytte) som skriver seg fra eri .økning av innløpssystemets volum for å få plass til det. partikkelformige materiale, (d) manglende evne til nøyaktig å bestemme den minste -mengde magnesiumlegering som er nødvendig for å oppnå fullstendig eller delvis dannelse av kulegrafitt, (e) inneslutning av det kulegrafittdannende middel eller slagger derav på grunn av oxyda-sjon av partiklenes store overflate og/eller urenheter i midlet for dannelse av. den kuleformige grafitt, og (f) håndterings-. problemer i forbindelse med .et partikkelformig middel for dannelse av kulegrafitt (nodulariseringsmiddel).

Det er et mål ved den foreliggende oppfinnelse å overvinne de ovennevnte ulemper som er knyttet til anvendelsen av et par-tikkelf ormig nodulariseringsmiddel.

Det er dessuten et mål ved oppfinnelsen å tilveiebringe et nodulariseringsmiddel for anvendelse ved fremstilling av støpe-jernsgjenstander med kulegrafittstruktur under oppnåelse av en forbedret økonomi cg en støpejernsgjenstand med forbedret kvalitet.

Det er et ytterligere mål ved oppfinnelsen å tilveiebringe et nodulariseringsmiddel for å muliggjøre en omhyggelig kontroll av nodulariseringsgraden og homogeniteten for de støpte gjenstander.

Dette oppnås ved nodulariseringsmidlet ifølge oppfinnelsen som er særpreget ved at det består av en sammenhengende støpt blokk av en fast, homogen ugjennomtrengelig og i det vesentlige bxydfri legering som fremmer dannelsen av kulegrafitt.

Nodulariseringsmidlet ifølge oppfinnelsen anvendes således

i form av en sammenhengende, i det vesentlige bxydfri.,

støpt legeringsblokk som er slik utformet at den kan fast-

holdes i støpeformens innløp eller i en tilf ørselskanal-'for denne/hvorved en i det vesentlige konstant fri overflate av nodulariseringsmidlet opprettholdes, slik at dette oppløses i et tilnærmet konstant forhold i støpejernet når det flytende•støpe-jern ledes gjennom innløpet og inn i formhulrommet.

Nodulariseringsmidlet ifølge oppfinnelsen kan fremstilles rimelig ved støping av et stort antall blokker. • Dessuten fås en forbedret økonomi fordi det oppnås en bedre utnyttelse av magnesiuminnholdet, og det kan anvendes støpeformsinnløp med små dimensjoner.

Hva. gjelder kvaliteten, oppnås ved anvendelse av nodulariseringsmidlet ifølge oppfinnelsen en forhindring av overførsel av partikler av ikke-oppløst nodulariseringsmiddel til formhulrommet, en forhindring av størrelsessegregering som normalt er forbundet med den partikkelformige legering, en forhindring av forskjellige oppløsningshastigheter og dermed unngåelse av en homogenitet i den ferdige, støpte gjenstand, mindre oxyderte.overflateareal og/eller mindre risiko ,for forurensning av det anvendte -nodulari- n seringsmiddel, slik at feil i den ferdige gjenstand minskes, og fjernelse ■ av feil som kunne oppstå på grunn av legeringspartikler som' kan være overført fra innføringsstedet i innløpet under blåsing av de indre overflater av formen forut for montering for støping, eller på grunn av spill i formhulrommet under innføring av den partikkelformige nodulariseringslegéring.

En egnet støpeform hvori nodulariseringsmidlet ifølge oppfinnelsen kan anvendes, er særpreget ved at den består av minst to ildfaste formdeler som omslutter et formhulrom og et innløps-system som står i forbindelse med dette og som er forsynt med én eller flere fordypninger eller forsenkninger som hver har- en bunn, sidevegger og en åpen topp, og med et likt tverrsnitt vinkelrett på den av innløpssysternets vegger som er forsynt med fordypninger, idet fordypningene eller forsenkningene er' utformet for opptak og fastholdelse av en tilsvarende blokk'av nodulariseringsmidlet . '

En form av denne type er spesielt praktisk for anvendelse

ved støping av støpejernsgjenstander med kulegrafittstruktur under anvendelse av det foreliggende nodulariseringsmiddel som består

av en sammenhengende, i det vesentlige oxydfri, støpt leger-, ingsblokk.

Det foreliggende nodulariseringsmiddel kan fremstilles ved

at de i nodulariseringsmidlet inneholdte bestanddeler i form av en smeltet blanding ledes inn i en støpeform som består av en skål-formet underdel av metall med flat bunn og forholdsvis lave om-kretssidevegger og et flatt metallokk som dekker den skålformede underdel og avgrenser et formhulrom, idet lokket på innersiden er forsynt med gitterformede ribber som rager inn i formhulrommet i en dybde av høyst 80% av formtykkelsen, og idet det støpte emne efter avkjøling med et minimum av segregering fjernes fra formen og brekkes i stykker av denønskede størrelse langs de riller i det støpte emne som svarer til ribbene i formlokket.

Ved hjelp av en slik fremgangsmåte er det mulig på Økonomisk måte å fremstille et stort antall støpte, plateformede blokker av nodulariseringsmiddel, og disse blokker kan med de ovennevnte fordeler innføres i innløpet for en støpeform for fremstilling av støpejern, hvor det innførte flytende støpejern oppløser nodulariseringsmidlet i et konstant forhold.

Det foreliggende nodulariseringsmiddel kan også fremstilles

i form av en ringformet blokk ved at det av et materiale som er flyktig ved oppvarming, fremstilles en modul av den ønskede ringformede blokk med en konstant innvendig overflate under erosjon,

at én eller flere av disse modeller suspenderes i en støpebeholder hvori innføres varme, absorberer.de, ildfaste partikler som vibreres, og at et nodulariseringsmiddel i smeltet tilstand helles inn i den således dannede form under forgassing og fortrengning av det flyktige materiale, hvorefter nodulariseringsmidlet bringes til å størkne med en slik hastighet at segregeringen i det støpte . emne høyst utgjør 0,75 vekt%.

Den sistnevnte metode er spesielt egnet for fremstilling av

et stort antall ringformede nodulariseringsblokker ved en enkel støping, idet modellen kan gjøres slik at den omfatter et antall emner som tilsvarer det ønskede antall ringformede blokker som ved hjelp av innløp er forbundet med en felles støpetrakt, idet blokkene er radialt og aksialt fordelt rundt støpetrakten.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart under henvisning til

tegningene, hvorav

fig. 1 og 2 er hhv. et sentralt loddrett og vannrett snitt gjennom en rå sandform som er egnet for støping under anvendelse av det foreliggende nodulariseringsmiddel,

fig. 3 er et loddrett snitt gjennom innløpsdelen for en tilsvarende form méd i og for seg kjent utformning,

fig. 4 og 5 er skjematiske snitt i likhet med dem som er vist på fig. 1 og 2, men med en annen utformning av innløpssystemet,

fig. 6 og 7 viser to på hverandre vinkelrette snitt gjennom en støpeform for et antall emner med et enkelt innløp utformet,

fig. 8 viser,et snitt av én detalj av den på fig. 6 og 7 viste form,

fig. 9 viser et tverrsnitt gjennom en støpeform for fremstilling av nodulariseringsmidlet ifølge oppfinnelsen,

fig. 10 viser den på fig.; 9 viste støpeform sett ovenfra, fig. 11 er et loddrett snitt gjennom en støpeform for samtidig støping av et antall nodulariseringsmidler i blokkform,

fig. 12 er et vannrétt snitt gjennom den på fig. 11 viste

støpeform,

fig. 13 viser en form for støping av støpejernsemner med en ringformet blokk av nodulariseringsmiddel ifølge oppfinnelsen anordnet i formens innløp, og

fig. 14 viser et forstørret.tverrsnitt av den angjeldende

ringformede blokk.

Den på fig. 1 og 2 viste støpeform omfatter et innløp A-I Og et formhulrom A-2 med den form som det ferdige støpestykke skal ha. En lOmme éller fordypning B er utformet for fastholdelse av nodulariseringsmidlet, og en enhetsblokk av nodulariséringsmiddel C er ført inn i den nevnte fordypning på en slik måte at det opprettholdes en fri overflate overfor det smeltede støpejern som flyter inn gjennom innløpet i sonen D over den faste blokk.

Formen har en overdel 10 og en underdel 11 som møtes langs en deleflate 12 som strekker seg vannrett gjennom første vegger som avgrenser hulrommet A-2. Innløpssystémet omfatter et annet sett med vegger som definerer en støpestuss 13<;>med et basseng 14 som har et større tverrsnitt enn støpestussen,eller den horisontale kanal 15 (den horisontale kanal 15 fører til formhulrommet A-2). Innløpssystemet kan omfatte trinnstusser, skummeanordninger, demninger og andre ikke viste anordninger.

Fordypningen B omfatter sidevegger 16 og en bunn 17 som definerer et område i den nedre vegg 15a av den horisontale kanal. Fordypningens B tverrsnittsareal parallelt i forhold til overflaten 15a (eller på tvers av linjen 18 som er vinkelrett på overflaten 15a) er i det vesentlige det samme ved alle høyder av blokken. Sideveggene 16 kan ha et slipp (f.eks. 5-15%) for reduksjon av tverrsnittsarealet ved bunnen av fordypningen og således muliggjøre enøkning av oppholdstiden i den siste del av strømningen i forbindelse med innløp hvor store hv iariasjoner i det ferrrostatiske trykk forekommer under ihellingen.

For å oppnå minst 80% kulegrafittdannelse i støpestykket må volumet av fordypningen B utformes slik at det blir tilstrekkelig som bestemt empirisk. Dette volum kan tilnærmelsesvis ut-trykkes ved hjelp av den følgende ligning: y _ K x W ,

M

hvori V er volumet i kubikktommer, K er en konstant, W er vekten av det i formen innførte metall, M er lik prosenten for magnesium-jern-silicium-legeringen, og K er 0,265 for et gjennomsnittlig støpetverrsnitt av 6-38 mm og lik 0,275 for et gjennomsnittlig støpetverrsnitt av 38-100 mm.

Vekten bestemmes for den smeltede støpejernsporsjon. Denne ligning er viktig fordi den viser at det kreves et vesentlig mindre volum enn ved hittil kjente metoder hvor volumforholdet vanligvis er minst dobbelt så stort som ved anvendelse av et partikkelformet materiale for å opprettholde den samme oppløsningshastighet, idet alle andre faktorer er de samme. For en rekke anvendelsesformål vil blokkformen innta ca. 80% av volumet av prosessen hvor pulveret typisk inntar maksimalt 55%. Kanalens 15 høyde 20 kan være så lav som 6 mm, men fordypningens høyde 21 bør ikke over-stige 10 ganger dimensjonen av høyden 20. Denne dimensjonsbe-gresning kan ikke oppnås ved anvendelse av et partikkelformet middel.

Nodulariseringsmidlet dannes i form av en sammenhengende blokk C som passer tett ned i fordypningen B, idet

sideveggene 23 og bunnen 24 passer hhv. til fordypningens side-

vegger 16 og bunn 17. Blokken skal passe så godt at det smeltede støpejern bare kan flyte langs den øvre frie overflate 25 av blokken. En inntrengning kan imidlertid av og til forekomme langs sidene av blokken på grunn av små toleranser, men her størkner , materialet vanligvis hurtig slik at den flytende strøm ikke kan berøre disse områder. Den øvre overflate skal være i det vesentlige parallell med og ligge litt under kanalens overflate 15a (f.eks. 6 mm lavere, mens det ved anvendelse av et partikkelformet materiale må regnes med en avstand av minst 19 mm).

Det smeltede støpejern vil derfor lett kunne komme i kontakt med overflaten 25 fordi det er et lite fall ned til blokken. Derved unngås at det smeltede metall strømmer hurtig over overflaten i en laminær strømning, hvorav bare en del effektivt berører blokken. Både fordi biokken er i fast form og fordi strømmen dreier nedad mot blokken og bort fra den normale strømningsretning i kanalen, vil det være en liten eller ingen tilbøyelighet til å suge partikler av uoppløst middel inn i støpehulrommet. Midlet vil ikke bevege seg før det har reagert med det strømmende materiale. Dette sikres også ved en 5-10% reduksjon av kanalens tverrsnittsaréal efter fordypningen, sammenlignet med kanalens , tverrsnittsareal før fordypningen.

Blokken består fortrinnsvis av en magnesiumferrosiliciumlegering som med fordel anvendes for fremstilling av kulégrafitt-jern, men andre midler kan benyttes, som cerium, yttrium, andre sjeldne jordartselementer, kalsium eller legeringer derav, og slike midler kan kombineres i en ønsket konsentrasjon med andre grunnstoffer som er forenelige med støpejern under dannelse av en binær eller mer kompleks behandlingslegering. Eksempler på andre grunnstoffer er jern, silicium, carbon og nikkel.

Nodulariseringsmidlet dannes som et homogent materiale, f.eks. ved støping l.en avkjølt form,.

For fremstilling av magnesiumferrosilicium blir en porsjon kvartsitt (siliciumdioxyd) redusert og smeltet i nærvær av carbon og jern til en smeltet ferrosiliciumlegering i en elektrisk ovn, hvortil 5-15% magnesium og sjeldne jordartselementer og kalsium ' tilsettes. Den smeltede legering helles i en stengt,avkjølt form. for dannelse av modeller eller blokker med nøyaktige mål for deønskede størrelser. Hver blokks indre vil være praktisk talt oxydfri, og blokken vil inneholde et betydelig lavere samlet innhold av magnesiumoxyd pr. vektenhet legering fordi det er en betydelig mindre fri overflate enn dersom legeringen finnes i par-tikkelf ormet tilstand. Dette er av stor betydning idet én.av

de avgjørende fordeler ved oppfinnelsen består i en øket oppløsnings-hastighet og større utnyttelse av legeringen, idet.mer fritt magnesium er tilgjengelig i legeringen. Det kreves derfor en mindre kontakt mellom den smeltede støpejernsporsjon for opptak av den nødvendige mengde magnesium som skal katalysere kulegrafittdannelsen. En mulig forklaring på dette har tilknytning.til en fysisk barriere. Hvis magnesiumoxyd forekommer, som tilfellet er rundt hver partikkel av et pulverformet middel (uavhengig av om det foreligger i løs eller sammenpresset form), tar dette magnesiumoxyd ikke del i kulegrafittdannelsen i støpejernet, men ut-gjør en forurensning av støpejernet i form av en slagg eller fast forurensning. Denne forurensning søkes det vanligvis å unngå å

få inn i støpehulrommet ved å øke innløpskanalen og innløpsvolumet, slik at slaggen kan strømme vekk fra metallet. Et annet forhold har tilknytning til varmeoverføringen. Varmeinnholdet i det smeltede støpejern må først anvendes for å fjerne det ytre. skall av et ildfast oxydlag før varmen kan påvirke selve midlet. Denne varmeøkning nødvendiggjør at den smeltede strøm i kanalen er 50-80 mm høyere enn ved vanlig støping, og dette vil medføre'be-gresninger i utformningen av støpeformen, vil nedsette støpeut-byttet og vil øke muligheten for støpestykker med uensartet kule-graf ittdannelse . Variasjoner i overflateoxydasjon, håndtering og oppbevaring av den partikkelformede nodulariseringslegering øker dette problem.Med det foreliggende nodulariseringsmiddel kan disse to variable forbedres, slik at innløpssystemet eller kanalene kan gjøres smalere og stigekanaler, støpestusser og øvrige kanaler kan reduseres, i enkelte tilfeller med opp til 25% (fordypningen i reaksjonskammeret kan reduseres med opp til 60%), slik at et betydelig øket utbytte oppnås.

Da blokken er fremstilt i form av et støpestykke ved direkte avkjøling, har den en minimal legeringssegregering, slik at en ensartet behandling, av det smeltede støpejern kan oppnås. Legeringssegregeringen kan forekomme på to måter ved anvendelse av et pulverformig middel: (a) når det fremstilles som et pulver, f.eks. med partikler med<*>en størrelse av 6 x 20 mesh, idet de finere partikler vil synke til bunns under transport til an\oidelsesstedet, (b) alle mer findelte partikler vil straks efter knusing danne et overtrekk av magnesiumoxyd som er en forurensning og kan utgjøre et betydelig volum av pulveret. Denne forurensning danner en slagg som kan innføres i den støpte gjenstand og føre til støpevrak. Bare ved å redusere midlets frie overflateareal kan dette forbedres.

Midlets faste form er fordelaktig også fordi det derved kan oppnås en meget nøyaktig forutbestemt vekt av midlet,, slik at doseringsfeil unngås. Ved anvendelse av en blokk unngås at midlet vandrer inn i støpehuirommet i uoppløst tilstand. Hvis derimot et pulverformet eller granulert middel anvendes, kan det smeltede metall suge pulveret med seg (jfr. fig. 3) eller nytt pulver kan blåses inn i formen når kanalene renses med trykkluft før.formen stenges, men efter at midlet er blitt innført. Når nodulariseringsmidlet ifølge oppfinnelsen anvendes, kan formen blåses ren med kraftig trykkluft uten risiko for forurensning eller tap av midlet. Dessuten kan innføringen av en blokk utføres med anvendelse av mindre arbeidskraft enn ved anvendelse av de kjente partikkelformede midler. Det er også betydelig lettere å automatisere prosessen når en blokk benyttes.

Blokkens utformning og tverrsnittsareal er ikke av avgjørende betydning for å oppnå et ensartet oppløsningsforhold, mens dette ikke kan oppnås ved den kjente prosess. Tverrsnittsarealet bestemmer den frie overflate som står i berøring med det smeltede støpejern, idet blokkens sider, bunn og indre ikke står i berøring med den smeltede støpejernsstrøm. Eftérhvert som på hverandre følgende seksjoner av blokken oppløses, frigjøres eftérhvert nye tverrsnittsarealer. Derunder opprettholdes et i det vesentlige konstant fritt overflateareal under hele behandlingsperioden, idet det imidlertid kan avvikes fra dette for å kompensere for eventuelle variasjoner i det ferrostatiske trykk, som kan forekomme ved visse støpometoder, med derav følgende variasjoner i strømnings-hastigheten av det smeltede jern og blokken under behandlingen.

I dét førstnevnte tilfelle benyttes en blokk med ensartet tverrsnitt, mens en blokk med skrå sidevegger kan anvendes i det sistnevnte tilfelle, slik at arealet av bunntverrsnittet er minst. Hellingen kan være 5-15%. En sterk variasjon j strømnings-hastigheten kan forekomme i loddrett anordnede skallformer hvori en gjenstand med stor høyde skal støpes. Vekten av det smeltede støpejern i det fylte formhulrom vil motvirke vekten av jernet i innløpssystemet, slik at det skjer en minskning av innløps-hastigheten i den siste del av innløpstiden, slik at oppholdstiden for støpejern økes, hvorved mengden av overført varme til midlet

i fordypningen likeledes øker. Ved å redusere den frie overflate i den siste del av behandlingstiden kan overensstemmelse med for-andringen av strømningshastighetén for det smeltede jern oppnås, slik at oppløsningsforholdet holder seg konstant.

Selv om blokken, som vist, fortrinnsvis er anordnet i en fordypning i veggen for den horisontale kanal i innløpet til formen, kan den isteden anordnes i veggen av et innløpssystem for et ad-skilt apparat for behandling av det smeltede jern før innføringen i formen.

Det fremgår av fig. 4 og 5 at innløpssystemet kan være anordnet på en annen måte enn beskrevet ovenfor. En slik utførelse anvendes vanligvis når magnesiuminnholdet i nodulariseringsmidlet er lavt. Fordypningen B (som her er ringformet eller sirkelformet) er anordnet direkte under støpeinnløpskanalen 30 som ender i en sirkelformet munning 30a som samtidig virker som et slags basseng. Kanalene 31 og 3 2 fører i motsatt retning fra sonen 33 under inn-løpskanalen. Blokken C er i intim berøring med fordypningens B sider og bunn.

Ved praktiske forsøk med nodulariseringsmidlet ifølge oppfinnelsen har det yist seg at den oppnådde prosentuelle kulegrafittdannelse i den ferdigstøpte gjenstand vil være like høy som ved anvendelse av en hvilken som helst kjent.kommersiell metode, samtidig.som det oppnås betydelige forbedringer hva gjelder homogeniteten og et fullstendig fravær av carbiddannelse.. Det.er ifølge oppfinnelsen mulig å regulere prosentinnholdet av magnesium innenfor et vilkårlig valgt område for å oppnå den, ønskede grad av kule-graf ittdannelse . Det kan således med en.meget tett legeringsblokk f.eks. typisk oppnås en sikker kulegrafittdannelse på minst 80% eller derover i den ferdigstøpte gjenstand, samtidig med et restmagnesiuminnhold på bare 0,02-0,03%. Dette er et avgjørende fremskritt i forhold til de kjente metoder, hvor det ved oppnåelse av en kulegrafittdannelse på 80% eller derover forekommer et magnesiumrestinnhold på 0,03-0,06% i støpestykkene når et partikkelformet eller granulert middel anvendes.

Det foreliggende nodulariseringsmiddel anvendes fortrinnsvis på den følgende måte: a) En enkel blokk av nodulariseringsmiddel tilveiebringes ved reduksjon av siliciumdioxyd'med carbon, idet jern oppløses i en mengde av 30-50%, magnesium i en mengde av 5-15%, aluminium i en mengde av 0,5-1,5%, kalsium i en mengde av 0,5-3,0% og serium av en mengde av 0,3-1,5%, og legeringen smeltes i en lukkét beholder og helles i en lukket, avkjølt form for fremstilling av blokker. b) Et smeltet støpejern fremstilles med en sammensetning av 2,5-4,0% carbon, 0,005-0,2% svovel, 1,5-3,5% silicium, 0-1,5% mangan og 0,05-0,1% fosfor og med det vanlige innhold av eventuelle andre restelementer, mens resten utgjøres .av jern (andre kule-graf ittholdige støpejernsblandinger vil imidlertid like godt kunne anvendes). Som støpejern kan såkalt grått støpejern (fordi det vil størkne med grafittskjell), eller støpejernet kan være delvis nodularisert (dvs. at det vil størkne med vermikulær grafitt). c) En støpeform fremstilles med minst to deler og med vegger i den ene del eller i begge deler som avgrenser ett eller flere formhulrom, andre vegger i den; ene del eller i begge deler som avgrenser et innløpssystem som står.i forbindelse med formhulrommet, og med tredje vegger som avbryter de nevnte andre vegger og avgrenser én eller flere fordypninger på eller under formens deleflater, idet de tredje vegger gir et i det vesentlige jevnt tverrsnittsareal i en retning parallell med de nevnte vegger som avbrytes. d) En av de nevnte blokker føres inn i hver av de nevnte fordypninger på en slik måte at blokkene får en ytre fri overflate, mens blokkenes bunn og sidevegger ligger an mot fordypningens vegger. e) En forutbestemt mengde av det smeltede støpejern innføres i formen, som regel med en ihellingshastighet på 5-12 kg/s, idet

den øvre frie overflate av blokken og ihellingshastigheten avpasses i forhold til hverandre på en slik måte at det oppnås en prosentuell kulegrafittdannelse av 40-100% i den ferdigstøpte gjenstand.

Blokken kan anordnes i innløpssystemet for oppnåelse av

en på forhånd ønsket variasjon for kulegrafittdannelsen i det ferdige støpestykke. Dette kan oppnås ved å anvende spesielt ut-

formede blokker (f.eks. kjegleformige) for å variere prosentinnholdet av magnesium i det jern som innføres i de forskjellige deler av formen, eller ved anvendelse av flere innføringer og kamre.

Det er. en spesielt viktig fordel ved den foreliggende oppfinnelse at det oppnås et nøyaktig programmert ensartet prosentinnhold av kulegrafitt i det støpte emne, som 30-100%. På denne måte kan visse mindre kritiske anvendelser virkeliggjøres,med betydelige besparelser. En spesielt foretrukken utførelsesform for oppnåelse av forskjellige grader av kulegrafittdannelse kan utføres på følgende måte: (a) Det blokkformede nodulariseringsmiddel som innføres i veggen av innløpet til formen utformes for oppnåelse av én ensartet opp-løsningshastighet, idet massens frie overflate, magnesiuminnholdet i massen od ih^l1 inapshastigheten for smeltet støpejern avpasses i forhold til hverandre i overensstemmelse med den følgende formel: hvori K er en empirisk faktor som for seksjonstykkelser av 6-25 mm utgjør 25-30 og for seksjonstykkelser av 25-76 mm utgjør 20-22, idet den frie overflate er målt i kvadrattommer (i enheter av 6,45 cm 2) og ihellingshastigheten er målt i pund pr. s (i enheter av 0,454 kg/s), mens % Mg er magnesiumkonsentrasjonen i nodulariseringsmidlet . (b) En effektiv mengde smeltet grått støpejern innføres gjennom forminnløpet slik at den smeltede porsjon flyter hen over overflaten og litt efter litt oppløser nodulariseringsmassen.

Nodulariseringsmassen kan også i dette'tilfelle fortrinnsvis bestå av magnesiumferrosilicium med en magnesiumkonsentrasjon av 5-15%. Det ovennevnte forhold kan også anvendes for oppnåelse av en ekvivalent % kulegrafittdannelse.ved å holde ihellingshastigheten konstant, mens magnesiumkonsentrasjonen økes og den frie overflate minskes tilsvarende.

Ifølge fig. 6-8 består formen 50 av minst to formdeler 51 og 52 som passer sammen langs en loddrett overflate som utgjør

det tverrsnittsplan hvori fig. 6 er vist. Formen har på i og for seg kjent måte et innløpssystem 54 og formhulrom 55. Formmaterialet kan bestå av stålhagl (ikke vist)., Veggene 56-61 avgrenser formhulrommet for i det viste tilfelle støping av en krumtappaksel for en bilmotor. Formhulrommet står i forbindelse med innløps-systemet 54 som er avgrenset av veggene 62-72. og som kan motta den smeltede støpejernsporsjon fra en innløpstrakt 73 og føre denne til hulrommene 55. De nevnte vegger utgjør innløp eller en ihellingstrakt 73, et basseng 74 og et sirkelformig fordelings-kammer 75 som fører til utvekslingskamre 76 og 77 som hvert inneholder en fast blokk ,78 av nodulariseringsmiddel. En sentral, loddrett støpekanal. 79 forbinder ledninger 75. til et fordeler-kammer 80 med to horisontale kamre som fører til hvert sitt formhulrom.. Innmatningen i formhulrommene. finner sted fra bunnen,' som vist på fig. 6.

Selv om formen deles'vertikalt, er det mulig å tilsette midlet når dette foreligger i' fast form og passer nøyaktig til fordypningene 76'og 77. ; Dette er tilfellet uavhengig av bm fordypningene finnes i deleflaten, som vist på fig. 6, eller er skilt fra denne. En øket reaktivitét av midlet skyldes i det vesentlige to egenskaper, hvorav den ene skyldes fjernelse av porøsiteten eller det økede indre overflateareal av midlet, som er særpreget, for midlet i partikkelform. Varmen fra den smeltede porsjon spres og fordeles over et større overflateareal når partikler anvendes, hvorved temperaturen senkes noe ved overflaten av nodulariseringsmidlet. Den annen egenskap er at et oxyd er tilstede som finnes på den'ytre overflate av hver partikkel av de kjente pulverformige nodulariseringsmidler.

Det er av stor betydning at den ifølge oppfinnelsen anvendte faste blokk av nodulariseringsmiddel er utformet og anordnet på en bestemt måte i innløpet. Fordypningsveggene utformes slik at et ensartet tverrsnitt fås i alle dybder (idet dybden er beregnet i en retning vinkelrett på overflaten av den kanal hvori fordypningen er anordnet). Hvis blokken av nodulariseringsmiddel passer nøyaktig- til dette tverrsnitt og ligger tett an mot fordypningens sider og bunn, vil blokken bare ha en enkelt øvre fri overflate overfor det smeltede støpejern som flyter forbi. " I det

tidsrom hvor nodulariseringsmidlet oppløses litt efter litt,

vil den frie overflates overflate opprettholdes uendret for nodulariseringsmidlet.

På fig. 9 og 10 er vist en hensiktsmessig støpeform som

er egnet for fremstilling av det nevnte nodulariseringsmiddel. Formen omfatter en flat skål- eller brettformet formunderdel 110

og et.flatt lokk eller en overdel 111, og disse to deler passer sammen under dannelse av en lukket form. Overdelen og underdelen består begge av metall og har en slik tykkelse at eri på forhånd regulert avkjølingshastighet for den smeltede katalysator kan oppnås som innføres i den lukkede form. Underdelens indre 120 er begrenset av en flat bunn 113 og en kontinuerlig opprett-stående omkretsoverflate 114. Overflaten eller veggen 114 kan ha en svak helling for å lette fjernelsen av støpestykket fra formen, og hellingen er fortrinnsvis 3-8°. Lokket har en flat innvendig overflate 115 som er parallell med underdelens bunn-flate 113 når lokket er anbragt i lukket tilstand, som vist på

fig. 9. Den innvendige overflate 115 er avbrutt av en rekke sammenhengende ribber 116 'som er anordnet i et på forhånd be-

stemt mønster som tydeligst fremgår av fig. 10. Hver ribbe har skrå sider 116b som møtes i en topp eller .. kant 116a, idet disse kanter rager inn i formhulrommets indre til en avstand i forhold til underdelen av ca. halvparten av formens dybde i lukket tilstand. Ribbenes inntrengningsavstand 118 avgrenser en rille i den ferdigstøpte gjenstand av nodulariseringsmidlet, slik at et plateformet produkt fås som kan brytes i detønskede antall moduler som mønsteret bestemmer. Modulen omfatter den del av platen som ligger mellom på hverandre følgende ribber i hver retning av det støpte emne. Modulen utformes vanligvis i form av et kvadrat. Modulen er avpasset efter den minste støpte porsjon som nodulariseringsmidlet skal anvendes for. I praksis er av-standen 119 mellom ribbenes kanter 116a i den ene retning ca. 50 mm. Det støpte produkts tykkelse eller høyde 117 er fortrinnsvis 12-100 mm som er betydelig større enn den tykkelse som har kunnet støpes på i og for seg måte uten en betydelig segregering i det støpte produkts indre.

Det kan anvendes et innløp 121 i form av et hull i lokket hvorigjennom den smeltede porsjon av nodulariseringsmidlet kan innføres.

Dimensjonene for hele den støpte plate kan f.eks. være 2,7 m langs den ene side og 5,5 m langs den annen side, mens tykkelsen kan være 12-100 mm. En slik plate omfatter således et stort antall moduler. Den på fig. 9 og 10 viste form har bare ribber i lokket, men det er mulig å anvende en form med ribber både i lokket og

i bunnen, slik at innskjæringer eller riller forekommer i begge sider av den støpte plate.. De på denne måte fremstilte moduler, kan ha skrå kanter fra begge sider.

Ved den beskrevne fremgangsmåte kan blokker av magnesiumferrosilicium støpes med innhold på under 0,20% forurensninger . når magnesiuminnholdet er 5-15%.

En spesielt fordelaktig utførelsesform er

vist på fig. 11-14, for fremstilling og anvendelse av et nodulariseringsmiddel i form .av en ringformet blokk med en innvendig overflate som er slik utformet at overflatearealet vil opprettholdes i det vesentlige konstant ved erosjon. Denne utførelsesform omfatter de følgende særtrekk:

(1) Anvendelse av varmeabsorberende partikler.

(2) Anvendelse av en modell som definerer støpehulrommet. i

støpeformer av de varme absorberende partikler.

(3) Innføring av en smeltet porsjon av legeringsmateriale for

oppnåelse av ringformede blokker av nodulariseringsmidlet.

(4) Oppnåelse av en forholdsvis hurtig avkjølingshastighet med utstøping av nodulariseringsmidlet.

De i trinn i (1) omtalte varmeabsorberende partikler kan bestå av en blanding av zircon og carbonsand som begge har en forholdsvis hurtig avkjølingsevne og en høy varmeledningsevne.

Et mer foretrukket middel består av ubundet tørr silikatsand

som har en litt lavere avkjølingsfaktor, men som er mer økonomisk å anvende. Ved hjelp av de varmeabsorberende partikler er det mulig å oppnå en avkjølingshastighet som i vesentlig grad hindrer segregering. Ubundne, ildfaste materialer er velegnede da de i det vesentlige ikke påvirkes av det smeltede metall, og det flyktige materiale kan bære de ildfaste partikler som låses sammen under dannelse av en holdbar formvegg. Stålhagl kan også anvendes og byr på den spesielle fordel at varmeabsorpsjonen er høy, slik at en ennu høyere avkjølingshastighet oppnås. I dette tilfelle er det hensiktsmessig at modellen før den innføres i

støpebeholderen, overtrekkes med en tynn hinne av et ildfast materiale som skiller det. størknende metall fra det varmeabsorberende materiale..

De varmeabsorberende partikler velges på basis av deres kjemiske egenskaper, deres varmelédningsevne, deres størrelse og volumvekt og evne til -å fordele seg ved vibrering.-

Den på fig. 11 og 12 viste støpeform omfatter en beholder 210. Den tørre, ubundne sand 212.innføres .rundt .modellen 211,

og beholderen underkastes hensiktsmessig en vibrering for å oppnå en høy tetthet over sammenlåsning av støpemidlet rundt modellen.

Det er viktig at tykkelsen av støpemidlet som ligger an mot'modéiioverrxaten, er tilstrekkelig - ril å sikre .en varmeoverføring og hurtig avkjøling slik.at segregeringen i det støpte, emne kan nedsettes. Dette befordres ved å begrense forholdet mellom modellens overflate og volum til minst 1,5:1.

Det flyktige materiale som anvendes for modellen, kan fortrinnsvis være polys.tyrenskum. som er blitt fremstilt ved ekspansjon til den ønskede form. Polystyrenmodellen kan forsynes med et overtrekk for å forbedre overflatekvaliteten og opprettholde modellens form lengst: mulig under innføring av.smeltet støpejern. Polystyrenmodellen kan omfatte et stort antall enkeltblokker .213. som er.forbundet med et felles innløp ved hjelp av innførings-kanaler 214 fra støpestussen 215. Både støpestuss, kanaler og blokker er således laget av polystyren.

Blokkenes størrelse bestemmes av to faktorer: (a) forholdet mellom overflate og volum for å sikre en jevn. oppløsning i inn-løpet ved støpning av kulegrafittjern og (b) de varmeabsorberende partikler varmelédningsevne for å oppnå den ønskede kjølevirkning.

Modellen som er blitt innført med den på fig. 11 og 12 viste form> er utformet som et juletre hvor blokkene er anordnet som grener på'en felles stamme. På denne måte fås en jevn strømning gjennom alle kanaler for fylling av hvert enkelt formhulrom.

Efter størkningen fjernes blokkene fra innføringskanalene.

Ifølge en annen utførelsesform (ikke vist) kan blokkene utgjøre en rekke segmenter av en felles plate slik at blokkene kan adskilles. Platene kan være anordnet i parallelle lag som er skilt med et ildfast middel, og er forbundet med en felles støpe- stuss med hjelp av horisontale kanaler som tilsvarer dem som er vist på fig. 11 og 12. Oppdelingen av platen i enkeltblokker kan lettes ved å innsnevre forbindelseskanalene mellom enkeltblokkerie.

For å oppnå en høy størkningshastighet ved fremstilling av de nevnte nodulariseringsblokker velges varmeabsorberende partikler med en maksimal varmetransmisjon og varmeabsorpsjon, idet materialet imidlertid skal være egnet for fornyet anvendelse. Dessuten utformes modellen slik at det forekommer minst mulig risiko for inneslutning av gass dannet ved fordampning av modell-materialet. Størkningen befordres også ved at en del varme fra det smeltede behandlingsmiddel forbrukes for fordampning av det skummateriale som er blitt anvendt for modellen.

De således støpte blokker er praktisk talt frie for segreger--ing, og overflatene er rene og frie for vedhengende sand, slik at de kan anvendes uten efterbearbeiding, deriblant sandblåsing.

Driftsomkostningene minskes med stigende antall blokker for hver støping og fordi støpematerialet kan anvendes på ny slik at kostbare former unngås.

På fig. 14 er vist en behandlingsblokk 240 som er blitt utformet som en ring som kan føres inn i innløpet for en støpeform, som vist på fig. 13. Når en blokk 240 føres inn på denne måte i støpeformens innløp, kan den holdes fast uten anvendelse av spesielle tannkjerner. Den ringformede blokk kan monteres på en modell av flyktig skummateriale som er omgitt av ubundet sand som ved vibrering bringes til å ligge tett an mot modellen. Den ringformede blokk har en kontinuerlig innvendig overflate 24 2

med en hensiktsmessig kontur, f.eks. stjerneformet, slik at det ved jevn erosjon av overflaten 242 (ved omsetning med det smeltede metall som skal behandles) dannes nye frie overflater 243 og 244 som har samme overflateareal som den opprinnelige overflate 242. Dette konstante overflateareal oppstår ved at den innvendige rings diameteT økes samtidig som stjernekonturen minskes.

Anvendelsen av den ringformede blokk er vist på fig. 13 som viser en støpeform hvori en ringformet støpeblokk 240 er blitt satt inn. Det smeltede støpejern helles fra en støpedigel 250 gjennom et innløp 252 inn i formen som består av et ubundet form-materiale, som sand 251. Det smeltede støpejern 253 flyter gjennom innløpet og gjennom hullet i ringen 240 hvor metallet opp- løser litt av nodulariseringsmidlet. Det flytende metall strømmer derefter videre til formhulrommet 254 som kan være fylt med poly-styrenskum som avpolymeriseres og fordamper i nærvær av det flytende støpejern.

Claims (6)

1. Nodulariseringsmiddel for anvendelse ved fremstilling av støpejernsgjenstander med kulegrafittstruktur,karakterisert vedat midlet består av eh sammenhengende støpt blokk av en fast, homogen, ugjennomtrengelig og i det vesentlige oxydfri legering som fremmer dannelsen av kulegrafitt.

2. Nodulariseringsmiddel ifølge krav 1,karakterisert vedat det består av oxydfri magnesiumferrosiliciumlegering.

3. Nodulariseringsmiddel ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat legeringen inneholder 5-15% metallisk magnesium og høyst 0,2% urenheter.

4. Nodulariseringsmiddel ifølge krav 1-3,karakterisert vedat det består av eh plateformet blokk (120,fig.9) med en tykkelse (117) på 12-100 mm, hvilken blokk er forsynt med rilleformede fordypninger (116) med en dybde på høyst 80% av platetykkelsen, slik at rillene oppdeler platen i et antall moduler av den ønskede størrelse.

5. Nodulariseringsmiddel ifølge krav 1-3,karakterisert vedat det består av en ringformet blokk (240,fig.14) hvis innvendige overflate (242) er slik utformet at overflatearealet vil bli opprettholdt i det vesentlige konstant ved erosjon.

6. Nodulariseringsmiddel ifølge krav 5,karakterisert vedat den innvendige overflate (242,fig.14) av den ringformede blokk (240) hår form av en stjerne.