SE501003C2 - Förfarande för framställning av segjärn - Google Patents

Description

10 15 20 30 35 501 005 2 provbehållarens innervägg. Under stelningsförfarandet upp- tecknas de olika temperaturerna från båda termoelementen med avseende på tiden. Ur dessa uppteckningar kan värdet för minimi och maximipunkter, varaktighet för nivåtemperaturer, inflektioner, derivater osv användas för att förutse struk- turegenskaper som kommer att erhållas. Förfarandet enligt US-A-4 667 725 är huvudsakligen inriktad på framställning av vermikulärt gjutjärn, vilket är en svår uppgift även för en fackman. Denna teknik kan emellertid också användas för att förutse strukturegenskaper hos en smälta som avses användas för gjutning av segjärn. En typisk smälta för gjutning av segjärn har ett C.E.-värde på 4,4-4,6, d v s ett hypereutek- tiskt gjutjärn. Förfarandet kommer endast.visa att nodulär grafit stelning erhålles. Ingen information med avseende på överskottsmängder av strukturmodifierande medel kan erhållas.

Detta innebär att även om mängden modifieringsmedel är till- räcklig för att erhålla en god gjuten produkt i det ögon- blicket provet uttages, kan modifieringsmedelsmängden ha minskat genom avbränna under gjutförfarandet och att sålunda de göt som fylles sist kan eventuellt ha mottagit en gjut- järnsmälta, vilken innehåller otillräckliga mängder modifier- ingsmedel.

Avbrännan är betingad för ett aktuellt förfarande av den speciella produktionsutrustningen som användes. Exempelvis kan i ett speciellt gjuteri avbrännan beräknas till 0,003% magnesium för varje 5 minuters period. Gjutperioden var i nämnda fall omkring l5 minuter. Med andra ord visade sig modifieringsmedelsmängden (i detta fall magnesiuminnehållet) minska med totalt 0,009% under hela gjutperioden.

Ovannämnda problem har tvingat fram användning av ett rela- tivt stort överskott modifieringsmedel för att man skall kunna garantera ett gjutjärn med fullständigt nodulär grafit i hela produktionskörningen. Användningen av en Överskotts- mängd av modifieringsmedel såsom magnesium har emellertid följande olägenheter: 10 15 20 25 30 35 50í 003 3 1. Det gör förfarandet dyrbarare, 2. Det ökar tendensen för restkarbidbildning, och 3. Det kan bilda icke önskvärda oxidinneslutningar i göten.

Det är sålunda ett uppenbart behov av ett förfarande som möj- liggör att tillsatsen av modifieringsmedel, såsom magnesium och motsvarande metaller, kan minskas.

Föreliggande uppfinning möjliggör att mängden modifierings- medel kan minskas utan risk för erhållande av göt i vilka grafiten inte befinner sig i helt nodulär form.

Uppfinningen består i ett förfarande för framställning av segjärn, genom noggrann reglering av korrigering av saman- sättningen och inneboende fysikaliska egenskaper hos gjut- järnsmältan. Förfarandet innefattar uttagande av ett prov för en smälta, avsedd för gjutning av segjärn. Denna smälta kommer att innehålla ett modifierande medel, i en kvantitet, vilken är åtminstone tillräcklig stor för att skapa nodulär grafit vid stelning. överskott av modifierande medel skall undvikas. Ett smält prov införes i en provbehållare, vilken tillåtes koma i termisk jämvikt med smältan. Provbehållaren innehåller två termoelement, av vilka det ena är beläget i centrum av provvolymen och det andra i närheten av prov- behållarens vägg. Smältprovet i behållaren tillåtes stelna och temperaturvärdena under förfarandet för stelning uppteck- nas med termoelementen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen införes en bestämd mängd järnlegering med låg kolhalt i provbehållaren innan smältan införes i behållaren, t ex genom nedsänkning. Järn- legeringen med låg kolhalt skall innehålla eller vara kombi- nerad med en oxid, en sulfid eller oxisulfid, i en mängd som är tillräcklig att oxidera modifieringsmedlet i provet för sänkning av procenthalten modifieringsmedel närvarande med omkring 0,01% (beräknat för magnesium).

Järnlegeringen med låg kolhalt tillsättes provbehållaren för att sänka C.E. (kolekvivalenten) i smältan. En smälta avsedd 10 15 20 30 35 Û? 003 Oj 4 för framställning av segjärn har vanligen en kolekvivalent (C.E.) på 4,4-4,6. Den eutektiska punkten har en kolekviva- lent på 4,35. Om kolekvivalenten är 4,6 finns det en risk att primär grafit kommer att utfällas vilken grafit flyter upp i formen och förstör kvaliteten hos den gjutna produkten. C.E.- värdet sänkes med omkring 0,3% när man använder en mängd av 7-10 g järnlegeringar med låg kolhalt för varje 100 g smälta i provet. Om C.E. sänkes till under 4,35 kommer austenitfäll- ningen och grafitutfällningen att inträffa vid olika tempe- raturer, vilket möjliggör för gjutteknikern att tolka stel- ningstemperaturkurvorna från termoelementen. Med järnlegering med låg kolhalt avses här ett nästan rent järn eller en järn- legering med ett kolinnehåll som är mindre än 0,1% och andra legeringselement, t ex upp till 20% kisel och upp till 2% svavel. Järn med låg kolhalt måste vara närvarande i en form som lätt kan vätas av smältan och i en lätt upplösbar form, såsom tråd eller granulär form.

Smälttemperaturen måste givetvis vara tillräckligt hög för att tillförsäkra att kol-järn-legeringen smälter och blandas med smältan innan stelningsprocessen börjar. Oxidationsmedlet i järnlegeringen med låg kolhalt skall också ha tillräcklig tid för att reagera med modifieringsmedlet.

Det är givetvis av stor betydelse att provbehållaren och smältan befinner sig i termisk jämvikt innan stelningsförfar- andet börjar. Generellt kommer smälttemperaturen att sjunka med omkring 50°C när man smälter ner 5-10% järnlegering med låg kolhalt med den totala mängden smälta. Med termisk jäm- vikt avses att smälta och provbehållare har nästan sama temperatur. En stabil temperaturgradient på omkring l200°C skall upprättas i provsystemet innan uppteckningen av tempe- raturerna vid stelningsförfarandet sker.

Modifierinqsmedlet är av en typ känt för fackmannen. Normalt användes magnesium, kombination med sällsynta jord- artsmetaller, fastän andra medel också kan användas. För enkelhets skull hänvisas här till ett modifieringsmedel som består enbart av magnesium, vilket gör det möjligt att ge ofta i 10 15 20 30 35 501 003 5 realistiska procentsiffror. En fackman inom omrâdet komer omedelbart att förstå de korrigeringar som krävs vid använd- ning av andra modifieringsmedel.

Enligt föreliggande uppfinning tillsättes en bestämd mängd oxidationsmedel till provbehållaren. Detta oxidationsmedel reagerar med smältprovet, vilket har en bestämd volym, be- roende på utformningen av den använda provbehâllaren, genom oxidation av modifieringsmedlet, vanligen magnesium. Denna oxidationsreduktion minskar innehållet av aktivt modifier- ingsmedel med en förutbestämd procentuell mängd, vilken beräknas motsvara förlusten av aktivt modifieringsmedel beroende på avbränna under ett normalt gjutförfarande.

Det är också möjligt att utta smälta med en skänk och sedan tillsätta en lämplig mängd järnlegering med låg kolhalt till skänken. Provbehållaren kan sedan sänkas ned i skänken och fyllas med smälta. Provbehållaren upptas därefter och upp- teckningen av stelningstemperaturerna genomföres.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar en typisk uppteckning av temperaturen vid stel- ning av en god segjärnsmälta, där C.E. sänkes med 0,3% och mängden upplöst elementärt magnesium sänkes med 0,01%. Pig. 2 visar det relativa förhållandet mellan de olika typerna av grafitutfällning, uttryckt som procent nodulära grafitkri- staller och procenten upplöst elementärt magnesium.

Fig. 1 visar en typisk kurva för en acceptabel smälta med vilken segjärn kan gjutas. De mest väsentliga värdena är T* w vilken är underkylningar som uppnås vid termoelementet i närheten av provkärlets vägg, vilken underkylning informerar om mängden kärnbildande partiklar i smältan. Åv betydelse är också rekw, vilket är den positiva derivatan av stelnings- kurvans undre del i diagramet och ATC-värdet, vilket är skillnaden mellan jämviktstemperaturen och TE och den maxi- 10 15 20 30 35 6 mala tillväxttemperaturen i centrum av provvolymen. Detta värde ATC, ger information om procenthalten nodulära grafit- utfällningar. Fackmannen inom detta område kan finna mot- svarande värden för faktiskt använd utrustning.

Värdena gör det möjligt att förutse procenthalterna magnesium som är närvarande när grafitbildningen inte är fullständigt nodulär (eller vermikulär). Detta visas i Fig. 2, vilket belyser förhållanden mellan procenthalten nodulär grafit och innehållet av upplöst elementärt magnesium. Ur Fig. 2 framgår att detta område ligger från omkring 0,0l6% till 0,032% mag- nesium och att information avseende procenhalterna av bildad nodulär grafit också informerar om procenttalet upplöst ele- mentärt magnesium inom detta område på ca 0,016-0,032% Mg. I området ovanför 0,032% Mg är det omöjligt att observera för- ändringar i magnesiuminnehållet ur stelningskurvorna, medan innehåll under 0,0l6% Mg ger grafiten i fullständigt vermi- kulär form tills den blir fjällig under ca 0,008% Mg.

Uppfinningen exemplifieras med följande exempel vilka inte avser att begränsa uppfinningens ram.

Exempel 1 En gjutjärnsmälta framställdes i vilket det faktiska inne- hållet upplöst elementärt magnesium var 0,035% (beräknat i efterskott). En termisk analys genomfördes på i och för sig känt sätt på ett smältprov innehållande en provbehållare av det slag som anges i den allmänna delen av beskrivningen.

Denna analys visade att smältprovet hade en acceptabel kvalitet med åtminstone nästan fullständig nodularitet.

Det avsågs att fullborda hela gjutprocessen inom en tids- period av 15 minuter från det moment då provet togs. Om man antar att avbrännanshastigheten för magnesium är 0,003%/5 minuter, kommer den faktiska magnesiumnivån att vara 0,026% vid slutet av 15 minuterstiden och har därmed kommit in i det område med en sämre segjärnskvalitet, med en nodularitet som 10 15 20 30 35 501 003 7 är lägre än standardiserade 80% uppstår i de sista göten i serien.

I den termiska analysen genomförd i enlighet med föreliggande uppfinning reduceras den ursprungliga magnesiumnivån med 0,0l0% genom järn och svaveltillsats varvid erhålles ett resultat motsvarande 0,035-0,010 = 0,025% Mg och en nodu- laritet omkring 50% (se Fig. 2).

Det är sålunda nödvändigt att öka magnesiuminnehållet i hela smältan till åtminstone 0,042% för att kompensera för magnes- ium, vilket förloras genom avbränna under hela förfarandet (t ex 15 minuter). Sålunda är en ytterligare mängd på 0,042- 0,035 = 0,007% magnesium nödvändig.

Exempel 2 En gjutjärnsmälta med ett verkligt aktiv magnesiuminnehåll på 0,055% provades i enlighet med föreliggande uppfinning.

Den termiska analysen visade en nodularitet på 100% (0,055- o,o1o = 0,045).

Gjutjärnsmältan avsågs för framställning av göt under en gjutperiod på 15 minuter. Inga problem uppstod med nodulari- teten fastän en metallografisk analys visade oxidinneslut- ningar av en mindre mängd karbider i det stelnade provet.

Provet visar att modifieringsmedlet var närvarande i över- skott och kunde minskas vid nästa sats smälta. Alternativt kan magnesiuminnehållet minskas genom användning av en håll- tid för gjutningen eller genom tillsats av en lämplig mängd av ett oxidationsmedel.

Sålunda utgör uppfinningen ett värdefullt verktyg inom tekniken för gjutning av segjärnsprodukter.

Claims (5)

Patentkrav

1. Förfarande för framställning av segjärn, i vilka stel- ningsegenskaperna hos gjutjärnet regleras och korrigeras, vilket förfarande innefattar a) att uttaga ett prov från smältan, modersmältan, med hjälp av en provbehållare och att tillåta provbehållaren komma i termisk jämvikt med smältan vilken behållare förses med två termoelement, det ena placerat i centrum av behållaren och det andra i närheten av provbehållarens vägg; b) att tillåta provet att stelna och uppteckna temperaturerna under stelningsförfarandet och att med temperaturerna som upptecknats under stelningsperioden på känt sätt beräkna nodulariteten hos de utfällda grafitkristallerna och motsva- rande procent av strukturmodifierande medel, kännetecknat av att för varje 100 g smälta förse provbehållaren med en järn- legering med låg kolhalt i en mängd från 5-10 g, vilken legering innehåller en bestämd mängd oxid, en sulfid eller oxisulfid med förmåga att oxidera en viss mängd av närvarande modifieringsmedel i provet, vilken mängd motsvarar avbrännan som sker under hela gjutförfarandet och av att ytterligare modifieringsmedel tillsättes modersmältan när analys visar att modifieringsmedlet innehåller otillräcklig mängd för att möjliggöra att alla göt får en struktur som uteslutande innehåller nodulär grafit, eller alternativt att ett prov på modersmältan tas i en skänk och att en lämplig mängd järnle- gering med låg kolhalt tillsättes skänken att provbehållaren, utrustad med nämnda två termoelement, nedsänkes i provet i skänken och tas upp därur för uppteckning av temperatur under stelning.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att modifie- ringsmedlet huvudsakligen utgöres av magnesium och att in- nehållet aktivt magnesium sänkes genom oxidation med 0,005- 0,015%. 9

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att järnlege- ringen med låg kolhalt uppgår till åtminstone 7 g för varje 100 g smältprov.

4. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att modifie- ringsmedlet innehåller huvudsakligen magnesium.

5. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den ur- sprungliga mängden modifieringsmedel i modersmältan är till- räckligt liten för att tillförsäkra att det därvid minskade innehållet av modifieringsmedel kommer att vara under 0,03% därvid möjliggörande att ytterligare modifíeringsmedel till- sättes till modersmâltan i en mängd som är just tillräcklig för att erhålla en fullständig nodulär grafit i alla göt erhållna från modersmältan.