SE444817B - Forfarande for framstellning av gjutgods av gjutjern - Google Patents

Description

20 25 30 35 8404579-8 mycket intressanta och i förhållande till grått gjutjärn och segjärn för många applikationer överlägsna egenskaper. Olyck- liqtviß år eaellartid franstlllninqon mycket svår och kräver speciella råvaror och tillsatser samt en mycket noggrann över- vakning av processen. Små avvikelser från önskade mängder tillsatser och närvaro av föroreningar gör användning av bil- liga råvaror omöjlig och tillverkningen har därför begrånsats till ett fåtal gjuterier som byggt upp ett kunnande genon ett stort antal provningar och användning av erfarenhetsmässigt väldefinierade. ofta dyrbara. råvaror och tillsatser.

Det föreligger således ett stort behov att kunna styra bered- ningen av en godtycklig gjutjärnssnälta så att den med repro- ducerbart resultat kan fås att stelna till vernikulärt järn.

Vid gjutning av netaller tillnäts snältans keniska sammansätt- ning stor betydelse. men också det fysikaliska tillståndet och olika faktorer som påverkar kristallisationförloppet har av- görande betydelse för det färdiga naterialets egenskaper.

Den kemiska sammansättningen såson legeringselement. förore- ningar. gasinnehåll. kan snabbt kontrolleras med modern ana- lysutrustning och genomförande av erforderliga korrektioner kan göras före gjutning.

Snabba och tillförlitliga metoder att förutsäga och styra den kristallstruktur. son en given smälta under förhandenvarande stelningsförhållanden kommer att ge upphov till. är däremot långt ifrån färdigutvecklade. även om litteraturen anger många försök och några förfaranden patentsökts.

Beroende på stelningsprocessens karaktär kan gjutna material indelas i två huvudgrupper där den första innefattar material med i huvudsak enfasigt stelnande (primära stelningsproces- ser). Hit hör de flesta ståltyper. aluminium- och kopparlege- ringar. Till den andra gruppen hör material med i huvudsak två- eller flerfasigt stelnande (sekundära stelningsproces- 10 15 20 25 30 35 8404579-8 ser). Hit hör till exempel olika typer av gjutjärn och alu- miniunlegeringar av silumintyp (Al: 8-l2\ Si). Ändamålet med föreliggande uppfinning avser således ett för- farande att styra sekundära stelningsprocesser. i första hand vid stelning av gjutjärn så att man uppnår ett kompakt eller vermikulärt gjutjärn med utgångspunkt från vanliga lättill- gängliga tackjärnsråvaror och stålskrot vilket'tidigare ej varit möjligt.

För att uppnå detta användes en termisk analysteknik bestående i att temperaturen i olika delar av ett prov från den aktuella smältan uppmätes och registreras i beroende av tiden.

En sådan temperatur-tidregistrering är ej ny i sig utan är en klassisk metod för att bestämma omvandlingstemperaturer och smälttemperaturer. Kristallina omvandlingar sker i allmänhet vid bestämda temperaturer eller inom bestämda temperaturinter- vall.

Härvid får ett temperaturkännande organ. såsom en termometer. ett termoelement. en termistor eller liknande. befinna sig i eller i kontakt med ett provkärl. vilket värms eller tillåts svalna efter ett bestämt program. Omvandlingstemperaturen registreras och eventuellt registreras även derivatan av en stelningskurva eller mätes differens mellan motsvarande vården för kända referensmaterial.

Inom metallurgin har metoden använts för snabb kemisk analys. exempelvis bestämning av den s.k. kolekvivalenten (CE=totalt kolinnehåll i procent +(:_EE_:_:;P)) 3 i gjutjärn genom att ett prov av smältan hålls i en provkopp av formsand med ett centralt placerat termoelement. Då järn- kristaller (austenit) bildas ur smältan kan man avläsa en platå på stelningskurvan. vilken efter kalibrering av provtag- ningsförfarandet anger kolekvivalenten. Den vanligen använda utrustningen är alltså i princip lämpad för en snabb kontroll av järnets sammansättning. men ger inga upplysningar om even- 10 15 20 25 30 35 8404579-8 tuell kristallform hos bildad austenit. Denna teknik marknads- förs bl.a. av det amerikanska företaget Leeds S Northrup under varubeteckningen "TECTIP“.

En liknande typ av utrustning har även använts för bestämning av den eutektiska tillväxttemperaturen i järn-kol-kisel- -systemet och för bestämning av underkylningen före den eutek- tiska reaktionen. De därmed erhållna mätvärdenå ger dock ingen tillfredsställande indikation av den kristallstruktur som kan förväntas vid stelning vid och under den eutektiska reaktion- en. I denna typ av utrustning. där smältan hälls ned i en kall form. bildas nämligen momentant ett skal av fast fas närmast den kalla formväggen där såväl järn med grafit- och karbid- faser förekommer. och vid de aktuella tillväxttemperaturerna för respektive fas kan dessa helt enkelt tillväxa utan att en för kärnbildning kritisk underkylning uppnås.

C En kritisk granskning av metodens användbarhet för nodulärt gjutjärn har nyligen publicerats i AFS Transactions 82:läl sid. 307-311. Här visas att träffsäkerheten vid bestämning av önskad struktur ligger vid en konfidensnivä av 80\. vilket är helt otillfredsställande för en produktionsmetod.

Xnnu sämre resultat kan förväntas vid försök att förutsäga bildning av vermikulär grafit. vilket ställer betydligt större krav pä precision hos mätmetoden.

Dessa fundamentala brister i gängse termisk analysteknik har emellertid delvis övervunnits i den teknik som beskrives i det svenska patentet 350 606.

Genom neddoppning och/eller förvärmning av provtagningskärlet i smältan sä att säväl kärl som däri innesluten smälta nätt termisk jämvikt vid en temperatur över kristallbildnings- temperaturen före svalningsprocessens start. kan man uppmäta faktiska underkylnings- och tillväxttemperaturer vid kristallbildning och kristalltillväxt. Genom att uppmäta underkylningen före kärnbildning. samt rekalescensens (äter- 10 15 20 25 30 35 8404579-a uppvärmning genom frigjort kristallisationsvärme) styrka och varaktighet (enklast representerat av den positiva derivatans maximivärde och varaktighet) får man ett bättre mätt på olika kristallina tillväxtfenomen under stelningsprocessen. Ett väsentligt problem kvarstår dock vid mätning av den eutektiska reaktionen i gjutjärn; rekalescensfunktionen respektive till- växttemperaturen är beroende inte endast av tillväxtformen. utan även av de bildade grafitkristallernas koncentration (- antal per volymenhet). och metoden tillåter icke ett särskil- jande av dessa båda faktorer. vilket är nödvändigt för att förutsäga strukturbildningen och för att kunna påverka proces- sen i önskad riktning.

Han kan då mäta andra egenskaper hos det stelnade materialet. t.ex. den dimensionsförändring (med dilatometri) eller den termiska ledningsförmågan i ett helt stelnat prov; ca l00°C under stelningstemperaturen. (svenska patentansökningen_ 7805633-0). Detta förfarande ger dock ej möjlighet till till- räckligt exakt strukturbeskrivning varken beträffande morfo- logi eller dispersiongrad hos grafitfasen.

Det har dock visat sig möjligt att genom en nyutvecklad teknik baserad på termisk analys med säkerhet fastställa hur struk- turbildningen sker under själva stelningsprocessen. Genom att en provmängd ur den aktuella smältan överföres till ett prov- kärl. vilket förvärmts eller uppvärmes till termisk jämvikt mellan provkärl och smälta vid en temperatur över kristall- bildningstemperaturen, vid svalning registrera temperaturens ändring med tiden dels i centrum av provmängden och dels vid en punkt i smältan i omedelbar närhet av provkärlets vägg. Ian erhåller därvid tvä olika stelningskurvor som kan användas för att ge en fullständigare information om stelningsförloppet vid gjutning.

Enligt uppfinningen erhålles ett förfarande vid framställning av gjutgods av gjutjärn med strukturmodifierande tillsatser. kännetecknat av att en ursprungssmälta för gjutjärn framstäl- les och att ur denna tages ett prov i en provbehällare och att 10 15 20 25 30 35 8404579-8 provnängden bringas att stelna från ett tillstånd då provbe- hållare och provnängden befinner sig huvudsakligen i termisk jämvikt vid en temperatur över snältans kristallisations- temperatur och att provnängden tillåtes att helt stelna under en tid av 0.5-10 minuter. varvid temperatur-tidförloppet upp- nätes och registreras samtidigt av två temperaturkännande organ. varvid det ena är placerat i provnängdens centrum och det andra i smältan nära provkärlets vägg. Med hjälp av kristallbildningstenperaturen i snältan vid väggen (T*v). rekalescensen vid väggen (rekv). den positiva differensen mellan tenperaturen vid väggen och i centrum (_A'l'+) sant tenperaturgradienten i provet hakon den eutektiska tillväxt- fronten uttryckt som ( ååè. %'(Tcnax) (approxinativt konstant under den eutektiska tillväxtfasen i provets centrum ((å%)C = O ), eventuellt uttryckt son temperaturdifferensens största negativa värde (A,T.ax). be- dönes dispersionsgraden i relation till kända referensväyden för samma provtagningsförfarande och vid underskott av kristallisationskärnor tillför snältan grafitkärnbildande medel. Med hjälp av kristallbildningstenperaturen i snältans centrum (T*c). rekalescensen i centrum (rekc) och till- växttenperaturens högsta värde (Tcnax).bedömes grafitutfäll- ningens morfologi i relation till kända referensvärden för samma provtagningsförfarande och korrigeras nängden av struk- turnodifierande medel så att grafitutfällningen antar en ver- nikulär forn vid stelning av gjutjärnssnältan efter gjutning.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas ned hänvisning till bifogade figurer. där fig. 1 visar stelningsdiagran uppteckna- de med nätvärden erhållna vid framställning av vernikulärt gjutjärn i schenatiserad forn.

Pig. 2. 3 och 4 visar exempel på olika utföringsformer av . prcvtagningskärlet för användning vid förfarandet enligt upp- finningen.

I fig. 1 visas således tenperatur(T)-tid('r)-kurvor där kurva I anger stelningsförloppet vid en punkt nåra provkärlets vägg 15 20 25 30 35 8404579-8 och kurva II stelningsförloppet i provnängdens centrun.

Med hänvisning till båda kurvorna visar ®den punkt där tenperatursänkningen per tidsenhet ninskar genon frigjort värne vid austenitbildning. Punkten®pä kurva II visar när austenitkristaller (i dendritisk (fërgrenad) forn) har bildats genon hela provnängden. Mellan austenitkristallerna anrikas snältan efter detta på kol (och övriga legeringselenent) så att_ så snåningon. vid den fortsatta tenperatursänkningen den eutektiska sammansättningen nås . vid punkten @på kurva I visas att vid en tillräcklig under- kylning bildas vid väggen grafitkristaller. vilka tillväxer tillsannans med järnfasen i en eutektisk blandning. Härvid sker en återuppvärnning (rekalescens) upp not jänviktstenpera- turen för den eutektiska blandningen. Denna narkeras ned en streckad linje TEu i fig. l. På detta tidiga stadiun av _den eutektiska reaktionen har dock fortfarighetstilletånd vid tillväxten i samband ned tillväxthännande nekanisner ännu icke utbildats och den hastighet ned vilken rekalescensen sker anger därför i huvudsak antalet aktiva grafitkärnor per_ volyn- enhet. Punkten@anger på sanna sätt i .kurva II den naxinala underkylningen. T*c',@anger rekalescenskurvan och ®den aktuella tíllväxttenperaturen vid fortfarighetstillstånd i centrun av provkärlet. Dessa värden ger besked on tillväxt- nekanisnen vid det eutektiska stelnandet.

Tenperaturen vid väggen kan anses representera en 'ögonblicke- bild' av kristallbildningsförloppet i en begränsad volyn av snältan (tunt skal) och tenperaturen i centrun representerar av en "integrerad" bild av det terniska skeendet i hela det inre av provet. Temperaturen längs radien i provnängden nellan de tvl eätpunkterne konner ett innehålla en tenpereturvåg een utbreder sig franför och avspeglar tillväxtförloppet längs en inåt franskridande eutektisk stelningsfront.

Beskrivningen av stelnandet är i huvudsak relaterad till hypo- eutektiska gjutjärnssannansättningar. Pörfarandet är eneller- 10 15 20 25 30 35 8404579-8 tid även tillämpbart på eutektiska och hypereutektiska samman- sättningar hos gjutjärnet. Den primära kristalltillväxten bortfaller vid stelning av en eutektisk sammansättning och kommer att avse en primär grafitutfällning för hypereutektiska sammansättningar.

Det har experimentellt visats att vid stelningen bildas fjäll- formig grafit om man erhåller en liten underkvlning. svag rekalescens och hög tillväxttemperatur.

Om man däremot erhåller en hög underkylning. liten rekalescens och en låg tillväxttemperatur är detta ett tecken på att grafiten stelnar nodulärt och att segjärn erhålles.

Vid stelning med utskiljning av vermikulär grafit erhålles en hög underkylning. en kraftig rekalescens och en hög tillväxt- temperatur. _ De erhållna utslagen på kurvorna är tillräckligt tydliga för att tillåta en fingradering inom dessa huvudgrupper och det år. därigenom möjligt att förutsäga bildningen av vermikulår grafit med stor säkerhet. vilket i sin-tur innebär att förlop- pen kan styras inom snäva gränser.

Förutsatt att de yttre omständigheterna är likartade från fall till fall kan jämförelser ske mellan de båda upptagna värdena från de temperaturregistrerande organen nära provkårlets vägg och i dess centrum och mellan olika prov på smältan. Det år här givetvis nödvändigt att skillnader i provtagningsmetodik och provkärlets geometri och materialet i detsamma år så liten att reproducerbara och jämförbara resultat erhålles för olika prover. Nedan kommer att i fig. 2-4 beskrivas ett antal prov- tagningskärl lämpade för stelningprovet. Hetodiken måste givetvis också vara densamma vid olika prov. så att tempera- turjåmvikt uppnås mellan smälta och provtagningskårl. Tempera- turen runt provtagningskårlet avpassas så att en vårmeavgång från provtagningskärlet erhålles och att stelningsförloppen sker under 0.5-10 minuter. Den undre gränsen betingas av att 10 15 20 25 30 35 8404579-8 snabbare kylning leder till cementitbildning enligt det meta- stabila systemet. En långsammare stelning än 10 minuter är opraktisk ur produktionssynpunkt och mätvärdenas exakthet för- sämras genom att andra reaktioner och konvektion sker i och kring provkärlet. En ideal tid förefaller att vara 2-4 minu- ter. Provtagningskärlets dimensioner är givetvis av underord- nad betydelse men bör av praktiska skäl ej vara mindre än ca 1 cm diameter och upp till ca 10 cm diameter. En'önskvärd dia- meter är 3 till 6 cm och givetvis mäste kärlet fyllas till nägra centimeters höjd och höjden mäste vara större än prov- kärlets diameter. Värmeavgivningen bör i huvudsak vara ' radiell. Detta kan även åstadkommas genom isolering av prov- mängdens övre yta och botten..

Provtagningsmetodiken kan variera men mäste givetvis vara den- samma för provserier som skall jämföras. Han kan därvid exempelvis doppa ned provtagningskärlet i smältan och hä}la det där under sä läng tid att det antar smältans temperatur.

Ett annat sätt är att ur en degel fylla ett förvärmt provtag- ningskärl och en ytterligare metod är att före upptagningen av stelníngskurvan i en särskild ugn värma provkärlet med smälta däri. Upprepade prov kan ske genom att.ett provkärl neddoppas i smältan upptages och stelningskurvan upptages. varefter det stelnade materialet och provkärlet äter nedsänkes i smältan och där smältes och ersättes genom att kärlet fylles med nytt material.

Prigörandet av latent värme vid den eutektiska tillväxtfronten (vilket är beroende av den aktuella tillväxtmekanismeu) och värmeledningsförmägan i det stelnade skiktet bakom fronten är kraftigt beroende av säväl antal som form av grafitkristaller i den eutektiska strukturen. En lämplig metod att bestämma denna sammansatta funktion erhålles genom att bestämma lut- ningen (å%ï)v vid stelningen erhällen vid det nära väggen pla- cerade temperaturavkännande organet under den tid det i centrum placerade temperaturavkännande organet registrerar en 'p1atätemperatur'(motsvarande temperaturen vid eutektiskt fort- farighetstillständ Tcmax. en tidperiod dä allt- 10 15 20 25 30 35 8404579-8 så (å%)c = O. Ett annat mått användbart för samma ändamål och i grunder det samma är att bestämma den maximala dif- ferensen (¿§Tmax) mellan de båda kurvorna under stelnings- förloppet. I båda fallen finner man att värdena ändras för olika grafitformer i gjutjärn. Grått gjutjärn med fjällformig grafit ger små temperaturskillnader mellan de båda stelnings- kurvorna. Segjärn ger stora värden på AT-ax. medan vermiku- lärt stelnande gjutjärn ger värden däremellan. med utmärkta möjligheter till differentierade bedömningar av respektive smältas stelningsegenskaper. vid den eutektoida övergången (i fast fas från austenit till ferrit och cementit (punktenC9)) kommer hastigheten och därmed den slutliga strukturen att kunna följas i ståt!! detalj genom att jämföra utslagen från de båda mätpunkterna och speciellt genom att jämföra tidsförskjutningen och storleken av de deri- verade funktionerna.

C Förutom möjligheten att enligt ovan beskrivna metod upptaga dubbla stelningskurvor från ett okänt prov och jämföra dessa förlopp med motsvarande kurvor erhållna frän prover med kända kristallisationsegenskaper (grafiskt eller i annat uppteck- ningsmedium. såsom ett dataminne) är följande egenskaper karakteristiska vid tillverkning av gjutjärn med vermikulärt stelnande grafit: Den vermikulära tillväxtformen bedöms säkrast ned hjälp av underkylningen i centrum (T*c). rekalescensförloppet (rekc) och den eutektiska maximitillväxttemperaturen (Tcmax).

Den faktiska dispersionsgraden (här definierad som antalet grafitkristaller/volymenhet) låter sig i huvudsak bestämmas genom rekalescensförloppet vid väggen (rek ). LST _ dT _ v max alternativt (äï)v vid Tcmax.

Samtliga de här angivna storheterna kan mätas med en precision . __... _... .._.......-í. 10 15 20 25 30 35 8404579-8 ll och reproducerbarhet som tillåter bedömning av smältans inne- boende kristallisationsegenskaper.

Man behöver inte alltid använda samtliga variabler. eftersom dessa som ovan framgår är sammanhängande och kan i väl- kalibrerade system. nöjer sig med ett fåtal och i vissa fall enstaka värden för att kunna bedöma kristallisationsegen- skaperna hos en individuell smälta. I sådana system kan huvud- delen av den relevanta informationen fås från ett excentriskt placerat termokännande organ.

Det torde ligga väl inom ramen för en gjuteriteknikers kun- nande att bestämma vilka av de föreslagna data som skall ut- väljas för praktisk produktion av ett stabilt vermikulärt gjutjärn och på vilket vis registrering och utvärdering av mätdata skall ske. Den enklaste metoden är givetvis att jäm- föra kalibrerade standardkurvor med upptecknade kurvor base- rade på erhållna mätvärden men dessa kan också jämföras i digital form genom automatisk databehandling.

I fig. l har för klargörande av dessa olika möjligheter grafiskt angivits kurvor där tiden I' avsatts mot skillnaden mellan de båda kurvorna; kurva I minus kurva II s A1' och där området med positiva.LiT-värden angetts med streckat område och slutligen har (åä) uppritats för de båda kurvorna. där ovan angivna värden åskådliggöres i deriverad form. rekv och rekc återfinnes som streckade områden med positivt värde.

Han kan således ur den grafiska kurvan utläsa vilka åtgärder som bör vidtagas för att erhålla önskat resultat och sedan i eventuella nya prov visa att önskat resultat uppnåtts. Hed kännedom om en smältas kristallisationsegenskaper kan nöd- vändiga tillsatser och eventuellt bortskaffande av ämnen ske och det ligger även inom en fackmans kunnande att helt auto- matiskt uppmäta kristallisationegenskaperna och därefter på ett automatiskt och i förväg inprogrammerat sätt korrigera smältors sammansättning för erhållande av vermikulärt gjutjärn. 10 15 20 25 30 35 8404579-8 12 Stelningshastigheten kommer att vara beroende av vårmeled- ningsförmågan i kärlets vägg. väggtjockleken. provets volym- -yt-förhållanden och omgivningens temperatur. Samtliga kan varieras men måste givetvis anpassas så att en praktiskt an- vändbar utformning av provningsförfarandet kan ske.

Enklast sker stelningen i fria luften vid omgivningens temperatur. men det kan även vara lämpligt att'förlånga stel- ningsförloppet genom att låta det ske i en ugn vid en tempera- tur mellan gjutjärnets smältpunkt och omgivningens temperatur.

Stelningstiden kan även förlängas genom att provtagningskårlet isoleras eller placeras i ett isolerande hölje under stel- ningen. Stelningsförloppet kan också om så önskas påskyndas med kylluft. dim-spray eller liknande. Det är ej möjligt att generellt föreskriva hur en provtagningsanordning skall ut- formas, men det ligger helt inom fackmannens kunnande att utforma provtagningsförfarandet så att i patentkraven givna förhållanden uppnås.

Före mätprocessens början måste hela anordningen. provkärl. temperaturkammare och smälta befinna sig i huvudsak i termisk jämvikt vid en temperatur över provets smältpunkt. För gjut- järn innebär detta en temperatur av ca l400°C.

Denna jämvikt uppnås exempelvis genom att provkärlet med de temperaturkännande organen utformas så att de kan nedsånkas i en smälta vid ca l400°C och hållas så länge att hela anord- ningen antar denna temperatur och därefter uttages och ges tillfälla att svalna. De temperaturkännande organen år därvid anslutna till någon registrerande anordning som lagrar måtdata analogt eller digitalt.

Provkärlet kan utformas på olika sätt och figurerna 2-4 visar tre utformingsformer.

I figur 2 visas en utföringsform lämpad att nedsänkas i en het smälta bestående av en hylsa 1 av ett vårmemedelståndigt material. lämpligen av keramiskt material. Hylsa 1 år fäst vid 10 15 20 25 30 35 8404579-8 13 ett rörformigt organ 2 för att manövrera nedförande i smältan.

Hylsan l är försedd med ett häl 3 genom vilket smälta kan strömma in i hylsan. I hylsan är tvä termoelement 4 och 5 anordnade. ett i omedelbar närhet av hylsans vägg (4) och ett i hylsans centrum S. Termoelementen är via ledningar 6 an- slutna till en ej visad registreringsanordning.

Figur 3'visar en annan utföringsform av provkärlet lämpad att fyllas med het smälta innan provtagningsförloppet. Provkärlet består av en hylsa 7 genom vars botten införts temperaturkän- nande organ 8 och 9. det ena (8) placerat invid hylsans vägg. och det andra (9) i hylsans centrum. Runt kärlet är antytt värmeslingor 10 för föruppvärmning av provkärlet. Organen 8 och 9 är anslutna till en ej visad registrerande anordning med ledningarna ll.

I figur 4 visas ytterligare en annan utföringsform av provtag- ningskärlet som består av en hylsa 12 och runt denna en antydd högfrekvensupphettningsanordning 13 för återuppvärmning av provkärl och provmängd. Smälta kan överföras till kärlet med en degel. Sedan detta skett kan sedan det visade locket ll medföras i smältan. Locket 14 är försett med styranordning 15 och nedstickande temperaturkännande organ 16 och 17 vilka an- slutes till en ej visad skrivare med ledningarna 18. vid praktiskt utövande av uppfinningen kommer på vanligt sätt att skapas en gjutjärnssmälta. vars kemiska sammansättning justeras mot önskvärda värden efter kemisk analys. Därefter tas ett prov för termisk analys enligt denna uppfinning och stelningskurvorna registreras. Smältans inneboende kärnhild- ningsförmäga bedöms och eventuellt erforderliga tillsatser av oxid-sulfid-bildande medel göres för att önskad primär kärn- bildningsförmäga skall erhållas. Som oxid- och sulfid-bildande tillsatser tjänar exempelvis kalcium. aluminium och magnesium.

En förutsättning för kärnbildning av grafit är vidare att kol- ekvivalenten. CB. är tillräckligt hög. En tillsats av ett ämne som lokalt höjer kolekvivalenten. CE. exempelvis järnkisel eller kiselkarhid underlättar således kärnbildningen. Till- 10 15 20 25 30 35 8404579-8 14 satts av kärnbildare är i och för sig känt inom tekniken. men analysen av behovet därav före uppgjutning har ej kunnat göras med tillräcklig säkerhet med tidigare kända mätmetoder.

Efter kalibrering av systemet erhålles speciellt viktig in- formation om kärnbildningsförmågan av T*v och rekv samt AT-funktionen. Eftersom en brist på kärnbildare kan resultera i ökad underkylning och i vissa fall så stor ökning att man får en övergång till det metastabila systemet i provkärlets kanter. vid vit stelning erhålles en mycket snabb rekalescens.

Kärnbildningen bör för bildning av nodulärt järn vara hundra- tals gånger större än den som krävs för bildning av fjäll- grafit. För erhållande av vermikulärt järn bör kärnbildnings- förmågan vara mindre än. lämpligen av storleksordningen en tiondel av den som krävs för bildning av nodulärt järn. Om en för låg kärnbildningsförmåga uppnåtts kan kärnbildningsstimu- lerande medel tillsättas och om man önskar sänka kärnbild- ningsförnågan sker detta enklast genom att smältan får stå under en viss tid. eftersom kärnbildningsförmågan minskar med längre hålltider.

Halten aktiva strukturmodifierande ämnen regleras med hänsyn till underkylningen i smältans centrum (T*c). rekalescensen i centrum (rekc) och tillväxttemperaturens högsta värde (Tcmax). När provet stelnar kommer mängden aktiva struktur- modifierande ämnen att styra kristalltillväxten. Vid bildning av nodulär grafit hämmas tillväxten i tre riktningar när grafitutfällningen nått en viss storlek men om halten aktiva strukturmodifierande ämnen minskas något i förhållande till vad som krävs för erhållande av nodulär grafit kommer kristalltillväxt att hämmas endast i två riktningar under det att det i den tredje riktningen finns möjlighet till kristall- tillväxt ur smältan, vilken då sker under bildning av masklik- nande grafitkristaller. Vid analys av de ovan angivna värdena (T*c. rekc och Tcmax) kan avgöras om mängden aktiva strukturmodifierande ämnen är den rätta och vid för låg halt tillsättes magnesium. eventuellt i kombination med sällsynta jordartsmetaller. som cerium. En för hög halt strukturmodifie- 10 15 20 25 30 8404579-8 15 rande ämnen kan sänkas genom oxidation. vilket kan ske genom syretillförsel eller genom tillsats av oxidationsmedel säsom magnetit. Oxidationen kan även ske genom att metallens yta under nägra minuter exponeras för luften. Man kan även till- sätta hämmande ämnen som titan för att minska halten aktiva strukturmodifierande ämnen.

Föreliggande uppfinning avser i första hand det problem som É föreligger för styrning av gjutprocesser till stelning med vermikulär grafitutfällning. Metoden erbjuder emellertid även värdefulla möjligheter att noggrant bestämma dispersionsgraden vid framställning av grått gjutjärn och därmed styra typen av utfällning av fjällgrafit. Han kan även noggrant bestämma mängden strukturmodifierande medel och önskvärd dispersions- grad vid framställning av segjärn. vilket innebär att bespa- ringar av dyrbara tillsatsmedel kan göras.

Irregulariteter i stelningskurvan för mätningen av provet i centrum mot slutet av stelningsfasen kan även visa en eventuell karbidbildning. vilket i sin tur ger en värdefull indikation pä om brist på kärnbihkuæ i kombination med förekomst av karbidstabiliserandè eiement.

Det mäste även förstås att man inom gjuteritekniken alltid an- vänder en erfarenhetsmässig kalibrering som är beroende av de lokala förutsättningarna och däri ingår typ och utseende av ømlltugn och eventuella anordningar för smälta-behandling, varmhällning och gjutning och den typ av gjutgods som skall framställas. I detta arbete användes tillgängliga analys- och mätmetoder i görligaste män och föreliggande uppfinning er- bjuder här lösningen pä ett inom gjuteritekniken svärt materialstyrningsproblem.

Claims (5)

1. 0 15 20 25 30 35 16 8404579-8 Patentkrav l. Pörfarande vid framställning av gjutgods av gjutjärn med strukturmodifierande tillsatser. k ä n n e t e c k n a t av att en smälta för gjutjärn framställes och att ur denna tages ett prov i en provbehällare och att provmängden bringas att stelna från ett tillstånd då provhehällare och provmängden be- finner sig huvudsakligen i termisk jämvikt vid en temperatur över smältans kristallistationstemperatur och att provmängden tillåtes att helt stelna under en tid av 0.5-10 minuter varvid temperatur-tidförloppet uppmätes och registreras samtidigt av två temperaturkännande organ. varvid det ena är placerat i provmängdens centrum och att det andra i smältan. i omedelbar närhet av provkärlets vägg. att man med hjälp av underkyl- ningen i smältan vid väggen (T*v). rekalescensen vid väggen (rekv). den positiva differensen mellan temperaturen vid väggen och i centrum (¿§T+) samt derivaten av temperatursänk- ningen vid väggen under tiden för konstant eutektisk tillväxt- (93) (dT) (T maxçï C Éï v c ' negativa värden (¿lT.ax) bedömer dispersionsgraden i rela- tion till kända referensvärden för samma provtagningsförfa- rande med hänsyn till färdigt gjutgods och vid underskott av kristallisationskärnor tillför smältan grafitkärnbildande medel och vid överskott sänker dispersionsgraden genom en hälltid innan gjutning: och med hjälp av underkyldning i smältans centrum (Tfc). rekalescensen i centrum (rekc) och tillväxttemperaturens högsta värde (Tcmax) bedömer grafitut-- fällningens morfologi i relation till kända referensvärden för samma provtagningsförfarande och korrigerar mängden av struk- turmodifierande medel så att grafitutfällningen antar en för- utbestämd form vid stelníng av gjutjärnsmältan efter gjutning. temperatur = 0 i provmängdens centrum alternativt temperaturdifferensens största

2. Förfarande vid framställning av gjutgods av gjutjärn enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a t av att halterna av såväl kärnbildande som strukturmodifierande medel styres så att gjutjärnssmältan stelnar med grafiten i vermikulär form efter gjutning. vilket uppnås genom att registrerade mätdata upp- 10 15 8404579-8 17 visar överensstämmelse ned notsvarande data erhållna nad sanna provteknik för ett gjutjärn ned känd. vernikulär struktur.

3. Pörfarande enligt krav l. k ä n n e t e c X n a t av att provet ur snältan tages genom att en provbehållare neddoppas 1 snältan och upptages sedan den fyllts led smälta och antagit snältans temperatur.

4. Förfarande enligt krav l. k ä n n e t e c I n a t av att ett prov tages ur snältan och överföres till provkårlet. vilket därvid är förvärnt till en temperatur approxinativt lika med snältans temperatur innan provet får svalna.

5. Pörfarande enligt krav 1. k ä n n e t e c X n a t av att ett prov tages ur smältan och överföras till ett provkärl. varefter provkärl och snälta upphettas till en jänvikts- tenperatur motsvarande snältans tenperatur innan provet får svalna.