Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do prze¬ widywania struktury metalograficznej odlewu.Znany jest fakt, ze sklad stopionego metalu moze byc oznaczony ilosci ratur likwidusu i eutektyki, stosujac znane krzywe chlodzenia. Taki sposób dostarcza informacji takich, jak przemiana w fazie, równowaznik weglowy i tym podobnych. Znane jest takze okreslenie prze¬ wodnosci cieplnej cial stalych z pomiaru przeply¬ wu ciepla przez takie cialo, kiedy jest poddawane gradientowi temperatury. Zauwazono, ze w zeliwie szarym w stanie stalym, znaczny wplyw na prze¬ wodnosc ciepla ma struktura grafitowa, i ze na przyklad zeliwo sferoidalne ma mniejsza przewod¬ nosc wlasciwa niz sklad plytkowy lub równowaz¬ ny.Przy odlewie zeliwa wazne jest, aby analiza byla przeprowadzona bardzo szybko i przed odle¬ waniem. Jezeli na analize czeka sie zbyt dlugo przed ukonczeniem zalania zeliwa sferoidalnego, to duzy procent magnezu, który znajduje sie w roz¬ topionym metalu, zostanie rozproszony, albo bedzie w inny sposób stracony i dlatego jest prawdopo¬ dobienstwo wykonania nieodpowiedniego odlewu.Przemysl dlugo poszukiwal prostej, szybkiej i skutecznej drogi do okreslenia stopnia sferoidal- nosci zeliwa przed odlaniem. Dotychczas, stopien sferoidalnosci zeliwa moze byc tylko okreslony dokladnie, jesli próbka zostanie ochlodzona i oce- 19 19 20 19 niona na podstawie analizy ultradzwiekowej albo metalograficznej.Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia stwarzajacego mozliwosci przewidywania w prób¬ ce, w szybki i skuteczny sposób stopnia sferoidal¬ nosci odlewu zeliwa, kiedy zelazo jest jeszcze stopione i kiedy jeszcze istnieje mozliwosc zmiany skladu stopionego metalu albo zlomowania stopio¬ nego metalu.Urzadzenie do przewidywania struktury meta¬ lograficznej odlewu wedlug wynalazku, charakte¬ ryzuje sie tym, ze ma forme odlewnicza z wneka odlewnicza, która to wneka odlewnicza laczy sie z druga wneka, przy czym druga wneka zawiera te czesc masy, która jest szybciej ochladzana, pod¬ czas gdy wneka odlewnicza zawiera pozostala czesc masy.Tygiel stanowiacy forme sklada sie z dwóch czesci polaczonych ze soba, przy czym czesc, w której chlodzenie masy stopionego metalu naste¬ puje szybciej ma mniejsza srednice, a urzadzenie do pomiaru temperatury znajduje sie w czesci tygla o mniejszej srednicy.Korzystnie, tygiel ma plaszcz izolujacy cieplo, który obejmuje tylko jedna z czesci tygla, naj¬ lepiej czesc dolna. Tygiel jest forma odlewnicza, której pierwsza czesc wneki stanowi wneke po¬ mocnicza dla glównej wneki, która tworzy sekcje, w której chlodzenie nastepuje wolniej. 118 8453 113 845 4 Przedmiot wynalazku zostal przedstawiony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok przekroju tygla pierw¬ szego typu zastosowanego w wynalazku, fig 2 — przekrój tygla innego typu, majacego zastosowanie wedlug wynalazku, fig. 3 — wykres dwóch krzy¬ wych chlodzenia temperatury w funkcji czasu, fig. 4 — wykres krzywej chlodzenia, gdzie tempe¬ ratura jest wykreslona w funkcji czasu, przy zasto¬ sowaniu pojedynczego termoelementu, fig. 5 — przekrój innego tygla, fig. 6 — wykres tempera¬ tury po 3 minutach w stosunku do temperatury chlodzenia w strefie 100°C zawierajacej zatrzyma¬ nie solidusu próbki, a fig. 7 przedstawia wykres zaleznosci sferoidalnosci odzl T.W szczególowym nawiazaniu do rysunków, w których jednakoweliczby oznaczaja jednakowe ele¬ menty, fig. 1 przedstawia pierwsza postac urza¬ dzenia zastosowana wedlug wynalazku. Przedsta¬ wiony tygiel jest zwykle oznaczony jako 10, sred¬ nica górnej czesci 12 jest znacznie wieksza, niz srednica dolnej czesci 13. Przez slowo „tygiel" nalezy rozumiec naczynie do pobierania próbek, formy stosowane w procesach formowania i po¬ dobnych. Tygiel 10 skonstruowany w ten sposób stwarza mozliwosc chlodzenia próbki stopionego metalu przy dwóch róznych szybkosciach. W ten sposób, dolna czesc masy 14 w tyglu 10 bedzie chlodzona znacznie szybciej niz górna czesc masy 15 w tyglu 10, poniewaz stosunek obszaru powierz¬ chni do objetosci górnej czesci masy jest mniejszy niz do dolnej czesci masy.Na figurze 2 przedstawiono drugi ksztalt urza¬ dzenia stosowanego wedlug wynalazku. Na fig. 2 jest przedstawiony tygiel 10* o jednakowej sred¬ nicy. Dolna czesc masy 13' tygla 10' jest umiejsco¬ wiona w plaszczu 18 z materialu izolujacego cieplo.W zwiazku z plaszczem 18, czesc próbki w górnej czesci 19' tygla 10' bedzie zestalac sie z wieksza szybkoscia w porównaniu do szybkosci zestalania próbki w dolnej czesci tygla 10*. Chociaz tygle 10 i 10' nieznacznie róznia sie w konstrukcji zew¬ netrznej, zasada stosowania wedlug wynalazku jest jednak taka sama. Aby zapobiec tworzeniu sie w próbce jam skurczowych, korzystnie jest projek¬ towac tygle w taki sposób, aby czesc masy majaca najwieksza szybkosc zestalania, znajdowala sie w dolnej czesci tygla.Figura 3 zwiazana jest z tyglem 10 pokazanym na fig. 1. Przedstawia ona krzywa krzepniecia 11 czesci masy 14 zeliwa szarego od poczatku szyb¬ kosci chlodzenia. Temperatura próbki w czesci masy 14 jest mierzona czujnikiem temperatury, takim jak termoelement %% Termoelement 22, w korzystnym przykladzie wyronania pomiaru jest zazwyczaj prostopadly do 'linii osiowej czyli osi tygla 10. Z krzywej 11 widac, ze-zmiana szybkosci chlodzenia w punkcie 23 jest zarejestrowana i od¬ powiada temperaturzejBpidusu. Takze bardziej zdecydowana zmiana **|Hf£ratury wystepuje w punkcie 24, odpowiadajafcjfm temperaturze solidusu.Pózniej krzywa 11 wyj raturze Tx zamiast p: powinno byc ze zwykla kf2; przegiecia w tempe- ^wzdluz linii 25, jak krzepniecia w przy¬ padku jednorodnego chlodzenia próbki.W obecnym przypadku, przegiecie krzywej 11 w punkcie x jest spowodowane przez odbicie ciepl¬ ne podczas eutektycznego krzepniecia górnej czesci masy 15 próbki chlodzonej przy drugiej, mniejszej 5 szybkosci w porównaniu z szybkoscia chlodzenia czesci masy 14.Temperatura Tx jest temperatura w punkcie przegiecia x na krzywej 11. Temperatura Tx jest pierwszym parametrem, który bezposrednio wiaze 10 sie z przewodnoscia cieplna stopionego metalu.Zmiana szybkosci chlodzenia wynika z tempera¬ tury eutektycznego poziomu rozciagniecia linii 25, pozostajacej prawie ze niezmienna przy tempera¬ turze okolo 1150°C. Krzywa 11 i linia 25 wyznacza 15 granice pola A, które jest równiez bezposrednio zwiazane z przewodnoscia cieplna próbki. Zauwa¬ zono, ze przewodnosc cieplna jest zwiazana ze struktura^metalograficzna metalu. Odczytanie tem¬ peratury Tx, które dotyczy punktu przegiecia na M krzywej 11 i/lub wyznaczenia pola A, wiaze sie ze struktura metalograficzna próbki analizowanego metalu.Dwa wyzej wymienione parametry moga byc takze skontrolowane, na pojedynczym wykresie jj wzdluz krzywej 11, kiedy krzywa krzepniecia 16 jest zarejestrowana w tym samym czasie. W celu otrzymania krzywej krzepniecia 16, wprowadza sie czujnik temperatury, taki jak drugi termoelement 27 do tygla 10, które wspóldziala z czescia masy 15 H próbki. .W ten sposób, termoelementy 22 i 27 sa róznie ustawione, lecz kazdy wspóldziala z jedna czescia masy próbki. W kazdym danym czasie, róznica temperatury pomiedzy dwoma krzywymi 11 i 16 rózni sie zaleznie od przewodnosci próbki matalu i, zatem od jej stopnia sferoidalnosci. Ta róznica temperatury zostala oznaczona jako AT\ Stwierdzono, ze na* temperature Tx wywiera wplyw temperatura eutektyku czesci masy 15 i sze¬ reg innych czynników wlaczajac przewodnosc cieplna, temperature plynnosci, sposób odlewania.Wskazanym jest, aby okreslic przewodnosc cieplna próbki, a wiec jest celowe wyeliminowanie wply¬ wu innych parametrów. Jezeli termoelement 22 jest przy temperaturze eutektyku czesci masy 14, szybkosc chlodzenia nie ma wplywu na rozpietosc przewodnosci cieplnej, poniewaz gradienty tempe¬ ratury sa stosunkowo male.To umozliwia wyznaczenie parametru „normal¬ nej szybkosci chlodzenia", która jest szybkoscia bez istotnych oddzialywan przewodnosci cieplnej. W tym przykladzie, szybkosc ta jest okreslona jako szyb¬ kosc chlodzenia w zakresie 100°C pomiedzy tempe¬ ratura 1160°C i 1060°C. Ponadto jest dogodne zastosowanie temperatury, która odnosi sie do Tx, takiej jak temperatura próbki zelaza dokladnie po 3 minutach od rozpoczecia odlewania. Moga byc stosowane inne okresy czasu oraz inne technolo¬ gie, dla ustalenia „normalnej szybkosci chlodzenia" takiej jak pierwsza pochodnej krzywej chlodzenia w punkcie, w którym przewodnosc cieplna odgry¬ wa mniejsza role, jak na przyklad punkt blisko temperatury eutektyku. Poza tym, zamiast Tx moga byc stosowane inne parametry pochodzace od krzywej chlodzenia, takie jak czas wymagany w do osiagniecia okreslonej temperatury, która jest 35 45 50 55 605 118 845 6 odpowiednio nizsza niz temperatura eutektyku, albo pierwsza pochodna krzywej chlodzenia w okreslonym czasie, albo temperatura moze byc za¬ dowalajaco powiazana z przewodnoscia cieplna.W drugim przykladzie wykonania wynalazku jest zastosowany tygiel 10, bez termoelementu 27, mia¬ nowicie tygiel 30. Na fig. 4 pokazano krzywa chlo¬ dzenia przedstawiajaca czas w funkcji temperatury, otrzymana z próbki zeliwa chlodzonego w tyglu 30.Na fig. 4 oznaczenie „X" okresla czas chlodzenia w zakresie 100°C pomiedzy 1160°C a 1060°C.Tygiel 30 jest podobny do tygla 10, lecz zawiera tylko pojedynczy termoelement alumel-chromel w dolnej czesci 34. Tygiel 30 ma dluzsza czesc 36 wspólrozciagnieta z czescia 34. Typowymi wymia¬ rami czesci 34 sa: srednica 18,5 mm, wysokosc 29 mm, przy czym termoelement 32 znajduje sie w odstepie 6 mm od dna czesci 34.Typowymi wymiarami czesci 36 sa: srednica 50 mm i wysokosc 46 mm. Z przyczyn opisanych powyzej, czesc masy próbki w czesci 34 bedzie chlodzona z wieksza szybkoscia niz czesc masy próbki w czesci 36. Równiez tygiel opisany w ame¬ rykanskim opisie patentowym Nr 4056 moze byc zmodyfikowany dla nadania mu cech tygla 30.Figura 6 jest wykresem, gdzie temperatura prób¬ ki odczytywana termoelementem 32 pod koniec 3 minut jest wyznaczona w stosunku do czasu w sekundach dla próbki chlodzonej od 1160°C do 1060°C. Wykres na fig. 6 wyznaczono doswiadczal¬ nie w celu zdefiniowania zaleznosci czasu tempera tury wlasciwego zeliwa sferoidalnego, po wlaniu do specjalnego tygla. Z fig. 4, temperatura wynosi 938°C a czas „X" wynosi 50 sekund. Kiedy te pa¬ rametry sa uzyskane na fig. 6, A T wynosi 4°C.Operator bedzie mógl zaopatrzyc sie uprzednio w wykres A T jako funkcji sferoidalnosci, jak poka¬ zano na fig. 7.Wykres z fig. 7 zostal ustalony dla typowego ze¬ liwa sferoidalnego, wlanego do tygla 30. Zamie¬ rzenie zmian w tyglu bedzie wymagac nowego wy¬ kresu. Jak przedstawiono na fig. 7, wykres ko¬ rzystnie wyznacza strefy takie jak zielona „X", zólta „Y" i czerwona „Z". Kiedy A T znajduje sie w zielonej strefie, to znaczy, ze zelazo ma wystar¬ czajaca sferoidalnosc. Jezeli A T znajduje sie w zóltej strefie na wykresie pokazanym na fig. 7, zelazo moze byc zadowalajace, lecz sa watpliwosci i jest konieczne dalsze badanie. Jezeli A T zmniej¬ sza sie w czerwonej strefie na wykresie pokaza¬ nym na fig. 7, zelazo ma na pewno nieodpowiednia sferoidalnosc.Przy analizie próbki zeliwa, zaleca sie, aby czas rozpoczecia chlodzenia próbki odlewu i zakoncze¬ nia krzepniecia czesci masy 14 albo 34 nie byl niz¬ szy niz 1—0,5 minuty, w celu unikniecia tworzenia sie weglików. Ponadto, calkowity czas trwania analiz nie powinien byc dluzszy niz 5 minut, aby sposób byl ekonomiczny. W zwiazku z tym wy¬ miany tygla 10 sa korzystnie dobrane. Aby te cele uzyskac, tygiel 10 jest korzystnie wykonany z masy formierskiej, zawierajacej zywicowaty material wiazacy, i srednica wewnetrzna dolnej czesci 13 tygla wynosi 18,5 mm, a górnej czesci 12 okolo 50 mm.Przy uzyciu pojedynczego termoeiementu W czesci tygla, która chlodzi sie szybciej, AT jest otrzymana z wykresu, jak pokazano na fig. 4 i 6. Jezeli tygiel ma dwa termoelementy, jak po- 5 kazano na fig. 1, wówczas A T* uzyskuje sie z wy¬ kresu pokazanego na fig. 3. W ten sposób A T' jest stosowana z wykresem uzyskanego doswiadczalnie dla stwierdzenia sferoidalnosci. Tym samym wy¬ nalazek obejmuje ustalenie parametru przewod- io nosci cieplnej takiego jak A T, po wlaniu próbki do tygla, i pózniej zastosowaniu tego parametru do przewidzenia, czy steroidalnosc odlewu doko¬ nanego z calej kadzi bedzie zadawalajaca, aby od¬ lewanie moglo byc rozpoczete, czy tez nie. Jezeli u sferoidalnosc jest niedostateczna, moga byc doko¬ nane skorygowania przed odlewaniem stopionego metalu lub calej kadzi surówki, i tym samym uzyskana oszczednosc formy i innych kosztów eksploatacyjnych. 21 Sferoidalnosc moze z czasem ulegac zmianie.Stad tez moze byc wskazane wykorzystanie wyna¬ lazku do sprawdzania sferoidalnosci odlewów pod¬ dawanych zalewaniu, w celu potwierdzenia jakosci pod wzgledem sferoidalnosci zalanych juz odle- 25 wów. Kiedy wynalazek jest zastosowany jako czesc procesu formowania, jest mozliwa róznorodnosc odmian. Na przyklad, glówna wneka formy bedzie odpowiadac czesci 36 tygla 30 i czesc 34 tygla 30 — malej wnece pomocniczej i bedzie przystosowana 31 do szybkiego stygniecia. Odlew uzyskany z wneki pomocniczej moze byc usuniety razem z wlewem.Elektroniczny mikro-przetwarzacz albo kalkulator pulpitowy moga byc sprzezone z cyfrowym piro¬ metrem w zastosowaniu jako komputerowe wypo- 3j sazenie kontroli analitycznej ze swiatlami czerwo¬ nym, zóltym i zielonym, porównywalnymi ze stre¬ fami na fig. 7.Wynalazek zmniejsza ilosc problemów kontrol¬ nych i eliminuje spust odlewania stopionego me- 40 talu o nieodpowiedniej sferoidalnosci.; Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do przewidywania struktury me¬ talograficznej odlewu, znamienne tym, ze ma forme 45 odlewnicza z wneka odlewnicza, która to wneka odlewnicza laczy sie z druga wneka, przy czym druga wneka zawiera te czesc masy, która jest szybciej ochladzana, podczas gdy wneka odlew¬ nicza zawiera pozostala czesc masy. — 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze tygiel (10) stanowiacy forme sklada sie z dwóch czesci (12 ,13) polaczonych ze soba, przy czym czesc (13), w której chlodzenie masy stopionego metalu nastepuje szybciej ma mniejsza srednice i ze urza- dzenie do pomiaru temperatury (22) znajduje sie w czesci (13) tygla (10) o mniejszej srednicy. 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, ze tygiel (10) ma plaszcz izolujacy cieplo, który obejmuje tylko jedna z czesci tygla (10), korzystnie czesc dolna (13). 4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze 'tygiel jest forma odlewnicza, której pierwsza czesc wneki stanowi wneke pomocnicza dla glów¬ nej wneki, która tworzy sekcje, w którym chlo- H dzenie nastepuje wolniej.118 845 /2- Ere. 4 N N ,27 10 s\ ;j- KS ^ 22 14 fJrer.e118 84S n 1200 11G0 11oo- 7oco 1ooo\ tJrC.4 Mcr.S 9G0- 950~ . m- &o- 9&- 9K- 906- Tfito/n.) .' I r \ s . ,0/ #.ó£v'' * // 4$ Erc.6 <* y A7A/ry S/s* / »* 1 ¦ ¦' ¦ -¦ 1 \ " " *~ sec, SO&9C. ssjec. 6OS0C. £2- 15- 10- 5- 0- •0- T i • • • • o • o • '¦ ¦ 1 0. «_i* • • 1 70 r * • ^^ *y* *y* Kre;? *•• • ? • • ••• i --1' 1 1 •x* • « « • 1 1 ¦ 1 1 * /& 30 £0 tel * PL PL PL