SE504136C2 - Process for the production of single-piece castings where certain parts contain compact graphite iron and other gray cast iron - Google Patents
Process for the production of single-piece castings where certain parts contain compact graphite iron and other gray cast ironInfo
- Publication number
- SE504136C2 SE504136C2 SE9500432A SE9500432A SE504136C2 SE 504136 C2 SE504136 C2 SE 504136C2 SE 9500432 A SE9500432 A SE 9500432A SE 9500432 A SE9500432 A SE 9500432A SE 504136 C2 SE504136 C2 SE 504136C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- iron
- cast iron
- molten cast
- graphite
- vessel
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
- C21C1/08—Manufacture of cast-iron
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
20 25 30 35 504 136 2 till denna småskaliga tillverkning är att det inte har varit möjligt att kontrollera egenskaperna och sammansättningarna hos järnsmältorna med tillräcklig noggrannhet för att garan- tera sammansättningen och grafitstrukturen hos gjutgodset med tillräcklig reproducerbarhet. 20 25 30 35 504 136 2 to this small-scale manufacture is that it has not been possible to control the properties and compositions of the iron melts with sufficient accuracy to guarantee the composition and graphite structure of the castings with sufficient reproducibility.
Egenskaperna hos kompaktgrafitjärn ligger någonstans mitt- emellan egenskaperna hos gråjärn och segjärn. Exempelvis är elasticitetsmodulen för kompaktgrafitjärn från 30-40% högre än elasticitetsmodulen för gråjärn, vilket betyder att elas- ticitetsmodulen för kompaktgrafitjärn är nästan densamma som den hos segjärn. Kompaktgrafitjärn har en formbarhet som är större än den hos gråjärn, ofta mer än tio gånger högre än hos gråjärn, och har en mycket större drag- och brotthåll- fasthet, i storleksordningen dubbelt så hög som brotthåll- fastheten hos gråjärn. Utmattningshållfastheten hos kompakt- grafitjärn är 100% högre än den hos gråjärn, och väsentligen densamma som för segjärn. Värmeledningsförmågan hos kompakt- grafitjärn ligger i samma storleksordning som den hos grå- järn, och 30-50% högre än den hos segjärn. Bearbetbarheten och gjutbarheten hos kompaktgrafitjärn liknar också den hos gråjärn.The properties of compact graphite iron lie somewhere in between the properties of gray iron and ductile iron. For example, the modulus of elasticity for compact graphite iron is from 30-40% higher than the modulus of elasticity for gray iron, which means that the modulus of elasticity for compact graphite iron is almost the same as that of ductile iron. Compact graphite iron has a formability greater than that of gray iron, often more than ten times higher than that of gray iron, and has a much greater tensile and breaking strength, on the order of twice as high as the breaking strength of gray iron. The fatigue strength of compact graphite iron is 100% higher than that of gray iron, and essentially the same as for ductile iron. The thermal conductivity of compact graphite iron is in the same order of magnitude as that of gray iron, and 30-50% higher than that of ductile iron. The machinability and castability of compact graphite iron is also similar to that of gray iron.
Det inses därför att det finns goda skäl för att använda kompaktgrafitjärn i maskinkonstruktioner där krav på hög styrka kombineras med krav på god gjutbarhet, bearbetbarhet och hög värmeledningsförmåga. På grund av de svårigheter som funnits i samband med framställningen av kompaktgrafitjärn på ett reproducerbart sätt, har det inte tidigare varit möjligt att framställa gjutgods av denna typ av gjutjärn.It is therefore understood that there are good reasons for using compact graphite iron in machine constructions where requirements for high strength are combined with requirements for good castability, machinability and high thermal conductivity. Due to the difficulties that have existed in connection with the production of compact graphite iron in a reproducible manner, it has not previously been possible to produce castings of this type of cast iron.
Emellertid är det möjligt att bestämma koncentrationen av kärnbildare och modifieringsmedel i en smälta, genom att analysera temperaturdata som funktion av tiden med hjälp av temperaturgivare under stelning av små prover som tagits från smältan i fråga. Detta gör det möjligt att exakt bestämma på vilket sätt smältan kommer att stelna i en gjutform, och gör det också möjligt att korrigera halten kärnbildningsmedel och modifieringsmedel på ett sådant sätt att gjutgodset får de 10 15 20 25 30 504 136 3 önskade egenskaperna. Se SE-B-469 712, SE-B-444 817 eller US- A-4 667 725 i detta avseende. Enligt dessa publikationer mäts de tidigare nämnda värdena med hjälp av två temperaturgivare som placerats i ett provbad i vilket smältan väsentligen är i termodynamisk jämvikt med temperaturen hos provkärlet vid inledningen av stelningsprocessen.However, it is possible to determine the concentration of nucleating agent and modifier in a melt, by analyzing temperature data as a function of time using temperature sensors during solidification of small samples taken from the melt in question. This makes it possible to determine exactly how the melt will solidify in a mold, and also makes it possible to correct the content of nucleating agents and modifiers in such a way that the casting has the desired properties. See SE-B-469 712, SE-B-444 817 or US-A-4 667 725 in this regard. According to these publications, the previously mentioned values are measured by means of two temperature sensors placed in a test bath in which the melt is substantially in thermodynamic equilibrium with the temperature of the test vessel at the beginning of the solidification process.
En av dessa temperaturgivare är placerad i mitten av smältan i provkärlet medan den andra sensorn är placerad i smältan i närheten av kärlets vägg. Under stelningsförfarandet regist- reras värden rörande smältans underkylning vid kärlväggen (T*w), recalescensen vid kärlväggen (recw), den positiva differensen mellan temperaturen vid kärlväggen och vid kär- lets centrum, (AT+), och derivatan av temperaturen med av- seende på tiden vid kärlväggen och vid kärlets centrum (dT/df)w, vid konstanta ekvivalenta tillväxttemperaturer (dT/d1)c = O, med hjälp av vilka värden, tillsammans med kända referensvärden vid analoga provförhållanden, närvaron av och mängden kristallkärnbildare och mängden strukturmo- difierande medel kan bestämmas och korrigeras genom till- satser till smältan eller genom att införa uppehållstider så att mängden närvarande kristallkärnbildare och strukturmo- difierande ämnen motsvarar de mängder som erfordras för att erhålla den önskade grafitstrukturen i gjutgodset.One of these temperature sensors is located in the center of the melt in the sample vessel while the other sensor is located in the melt near the wall of the vessel. During the solidification process, values concerning the subcooling of the melt at the vessel wall (T * w), the recalescence at the vessel wall (recw), the positive difference between the temperature at the vessel wall and at the center of the vessel, (AT +), and the derivative of the temperature are recorded. at the time at the vessel wall and at the center of the vessel (dT / df) w, at constant equivalent growth temperatures (dT / d1) c = 0, by means of which values, together with known reference values at analogous sample conditions, the presence and amount of crystal nucleators and the amount of structural Diffeners can be determined and corrected by additions to the melt or by introducing residence times so that the amount of crystal nucleating agent and structure modifiers present corresponds to the amounts required to obtain the desired graphite structure in the casting.
De strukturmodifierande tillsatserna utgörs normalt av magne- sium, eventuellt tillsammans med sällsynta jordartsmetaller, i synnerhet cerium eller mischmetall.The structure-modifying additives normally consist of magnesium, possibly together with rare earth metals, in particular cerium or mixed metal.
När mängden löst magnesium, och med detta ekvivalenta mängder av andra strukturmodifierande medel, dvs mängden av sådana element som förekommer i lösning förutom de som separerats som oxider och sulfider av dessa i fast form, uppnår ungefär 0,035% eller mer, grafit att falla ut i nodulär form när smältan stelnar. Om den tidigare nämnda halten faller till omkring 0,015% kommer grafiten att falla ut som kompaktgra- fit, medan när nämnda halt faller ytterligare under omkring 0,008% kommer grafiten att falla ut som fjällig grafit och U1 10 15 20 25 30 35 504 136 4 gjutjärnet kommer att stelna som grått gjutjärn. Av det fram- går tydligt att i huvudsak kompaktgrafitjärn bildas mellan värden på omkring 0,010 och 0,020%.When the amount of dissolved magnesium, and with it equivalent amounts of other structure-modifying agents, i.e. the amount of such elements present in solution in addition to those separated as oxides and sulfides thereof in solid form, reaches about 0.035% or more, graphite to precipitate in nodular shape when the melt solidifies. If the aforementioned content falls to about 0.015%, the graphite will precipitate as compact graphite, while when said content further falls below about 0.008%, the graphite will precipitate as scaly graphite and U1 10 15 20 25 30 35 504 136 4 cast iron will solidify like gray cast iron. It is clear from this that mainly compact graphite iron is formed between values of around 0.010 and 0.020%.
I en del tillämpningar är det fördelaktigt att använda ett gjutjärnsgods som innehåller en inhomogen grafitstruktur. WO- A-93/20969 avslöjer ett förfarande för framställning av gjutjärnsgods, där några delar av godset innehåller en kom- paktgrafitstruktur och andra delar av nämnda gods har en nodulär grafitstruktur.In some applications it is advantageous to use a cast iron material which contains an inhomogeneous graphite structure. WO-A-93/20969 discloses a process for the production of cast iron goods, wherein some parts of the goods contain a compact graphite structure and other parts of said goods have a nodular graphite structure.
Det borde även vara fördelaktigt att använda fjälligt grått gjutjärn i en del områden som erfordrar högsta möjliga värme- ledningsförmåga tillsammans med en relativt låg elasticitets- modul av användningsskäl och eventuellt även utmärkta gjut- nings- och bearbetningsegenskaper av produktionsskäl, och kompaktgrafitjärn i andra områden som kräver högre styrka och styvhet av användningsskäl.It should also be advantageous to use scaly gray cast iron in some areas that require the highest possible thermal conductivity together with a relatively low modulus of elasticity for use reasons and possibly also excellent casting and machining properties for production reasons, and compact graphite iron in other areas such as requires higher strength and stiffness for reasons of use.
Liknande försök att framställa motorblock med inhomogen grafitstruktur har tidigare föreslagits. JP-A-6/106 331 hänför sig till ett förfarande för framställning av mo- torblock i segjärn för förbättrad styrka och styvhet och, genom att lägga en reaktiv beläggning på sandkärnorna som formar cylinderväggarna minskas aktivt magnesium i smältan nära väggen, vilket ger förlängda grafitfjäll och således, god värmedledningsförmåga och bearbetbarhet i cylinderväggar- 113.Similar attempts to produce engine blocks with inhomogeneous graphite structure have previously been proposed. JP-A-6/106 331 relates to a process for making engine blocks in ductile iron for improved strength and rigidity and, by applying a reactive coating to the sand cores forming the cylinder walls, active magnesium in the melt near the wall is reduced, giving elongated graphite scales and thus, good thermal conductivity and machinability in cylinder walls.
Emellertid kan den reaktiva beläggningen som appliceras på ytan av cylinderkärnorna enbart reducera mängden magnesium till en viss nivå. Därför är det svårt att erhålla ett repro- ducerbart resultat när magnesiumhalten i det järn som skall hällas i gjutformarna är konstant. Variationer i magnesiumin- nehållet, vilka är vanliga, uppträder direkt som variationer i grafitstrukturen i cylinderväggarna.However, the reactive coating applied to the surface of the cylinder cores can only reduce the amount of magnesium to a certain level. Therefore, it is difficult to obtain a reproducible result when the magnesium content of the iron to be poured into the molds is constant. Variations in the magnesium content, which are common, appear directly as variations in the graphite structure in the cylinder walls.
Genom att börja med segjärn, vilket är nödvändigt med tekni- ken enligt JP-A-6/106 331 beroende på avsaknaden av passande 10 15 20 25 30 35 504 156 5 processkontroll, begränsar den relativt låga gjutbarheten hos segjärn förmågan att framgångsrikt framställa komplexa, tunnväggiga gjutgods såsom motorblock och cylinderhuvuden vilka konstruerats med känd teknik.Starting with ductile iron, which is necessary with the technique of JP-A-6/106 331 due to the lack of suitable process control, the relatively low castability of ductile iron limits the ability to successfully produce complexes. , thin-walled castings such as engine blocks and cylinder heads which are constructed with known technology.
Den inledande extrabehandlingen med magnesium resulterar också i minskad förmåga att framställa tjocka skikt av fjäl- lig grafit nära de reaktiva kärnytorna. Järnets magnesiumhalt förändras från bulkkoncentrationsvärdet till ett väsentligen lägre värde nära väggen vilket möjliggör fjällbildning. På grund av det överskott av magnesium som erfordras för att framställa nodulär grafit, och den sammanslagna effekten av magnesiumvariationer som påträffas i det dagligen behandlade järnet kan emellertid fjällskiktets tjocklek vara ganska litet. Det är särskilt viktigt när man inser att upp till 3 mm av ytjärnet kan avlägsnas vid bearbetning och således kan mycket av den fjälliga grafiten förloras.The initial extra treatment with magnesium also results in a reduced ability to produce thick layers of scaly graphite near the reactive core surfaces. The magnesium content of the iron changes from the bulk concentration value to a significantly lower value near the wall, which enables scaling. However, due to the excess magnesium required to produce nodular graphite, and the combined effect of magnesium variations found in the daily treated iron, the thickness of the scale layer can be quite small. It is especially important when one realizes that up to 3 mm of the surface iron can be removed during processing and thus much of the scaly graphite can be lost.
Dessutom är det inte klargjort att de dramatiska skillnaderna i mekaniska och fysikaliska egenskaper mellan gråjärn och nodulärt järn är välgörande för långtidsegenskaperna hos ett gjutgods. De stora skillnaderna i styrka, styvhet, smidbarhet och värmeledningsförmåga kan ge upphov till extra stora inre spännings- och töjningsgradienter, vilka slutligen kan resul- tera i flera negativa än positiva effekter.In addition, it is not clear that the dramatic differences in mechanical and physical properties between gray iron and nodular iron are beneficial to the long-term properties of a casting. The large differences in strength, stiffness, malleability and thermal conductivity can give rise to extra large internal stress and strain gradients, which can ultimately result in more negative than positive effects.
US-A-5 316 068 utgår också från ett segjärn, men sättet att förändra grafiten är inte genom användning av reaktiva gjut- formskärnor, utan höghastighetscentrifugering av gjutformarna vid stelningen för att gynna bildning av gråjärn i de yttre regionerna och kompaktgrafitjärn i de centrala cylinderom- rådena. Denna teknik verkar inte bara vara fysiskt besvärlig, utan den besitter även samma problem som beskrevs i diskus- sionen rörande JP-A-6/106 331, vilken utgår från segjärn.US-A-5 316 068 is also based on a ductile iron, but the way to change the graphite is not by using reactive mold cores, but high-speed centrifugation of the molds during solidification to promote the formation of gray iron in the outer regions and compact graphite iron in the central cylinders. - the councils. Not only does this technique appear to be physically difficult, but it also possesses the same problems described in the discussion of JP-A-6/106 331, which is based on ductile iron.
DE-A-43 08 614 hänför sig till ett förfarande för framställ- ning ett gjutjärnsgods där delar av godset innehåller fjäl- ligt gråjärn och andra områden innehåller kompaktgrafitjärn.DE-A-43 08 614 relates to a process for producing a cast iron material where parts of the material contain scaly gray iron and other areas contain compact graphite iron.
Delar av gjutformen är täckta av syre- eller svavelavgivande 10 15 20 25 30 35 504 136 6 substansen för minska halten aktivt magnesium i den del av smältan som ligger intill den täckta gjutformsväggen.Parts of the mold are covered with the oxygen or sulfur-releasing substance to reduce the content of active magnesium in the part of the melt adjacent to the covered mold wall.
Emellertid avslöjar inte DE-A-43 08 614 någonting om hur smältans sammansättning kontrolleras för att göra gjutför- farandet reproducerbart. Det har redan nämnts i denna ansökan att det är svårt att gjuta kompaktgrafitjärn på ett reprodu- cerbart sätt, och det måste anses vara extremt svårt att använda förfarandet enligt DE-A-43 08 614 för att reproducer- bart gjuta en inhomogen grafitstruktur utan att ha möjlighet att kontrollera smältans sammansättning. Vidare är det, i samband med användningen av nämnda förfarande, vanligt att utnyttja ett överskott av magnesium eller liknande metaller.However, DE-A-43 08 614 does not disclose anything about how the composition of the melt is controlled to make the casting process reproducible. It has already been mentioned in this application that it is difficult to cast compact graphite iron in a reproducible manner, and it must be considered extremely difficult to use the method according to DE-A-43 08 614 to reproducibly cast an inhomogeneous graphite structure without be able to control the composition of the melt. Furthermore, in connection with the use of said method, it is common to use an excess of magnesium or similar metals.
Således har det hittills inte varit möjligt att gjuta en inhomogen grafitstruktur bestående av delar innehållande fjälligt gråjärn och delar innehållande kompaktgrafitjärn.Thus, so far it has not been possible to cast an inhomogeneous graphite structure consisting of parts containing scaly gray iron and parts containing compact graphite iron.
Sammandrag av ugpfinningen De ovannämnda problemen, vilka har samband med framställ- ningen av gjutjärnsgods i ett stycke med en inhomogen för- delning av grafitkristallerna i kompaktform och fjällig form i olika delar av det slutliga gjutgodset, löses genom ett förfarande enligt vilket I) smält gjutjärn med en inneboende förmåga att stelna som kompaktgrafitjärn, beroende på en kontrollerat hög koncentra- tion av aktivt Mg och/eller några andra komponenter med liknande effekt på samma förmåga, framställs; II) nämnda smälta gjutjärn hälls i gjutformar, där nämnda gjutformar innehåller åtminstone en del där gjutformsväggarna och/eller gjutformskärnorna täckts med reaktivt material som diffunderar eller tränger in i det smälta gjutjärnet och därigenom sänker koncentrationen av aktivt Mg och/cller nämnda komponenter, så att det smälta gjutjärnet i nämnda del stelnar som gråjärn, medan det smälta gjutjärnet i andra delar av gjutformarna stelnar som kompaktgrafitjärn, 10 15 20 25 30 35 504 136 kännetecknat av att den inneboende förmågan hos det smälta gjutjärnet att stelna som kompaktgrafitjärn kontrolleras och korrigeras med hjälp av ett förfarande bestående av stegen att - ta ett prov från det smälta gjutjärnet i ett provkärl som är utrustat med två temperaturkänsliga givare, varav en är placerad i kärlets mitt och den andra i närheten av kärl- väggen, där innerväggen av kärlet består av ett material som innehåller eller är täckt med ett skikt av en substans som sänker koncentrationen av aktivt Mg eller motsvarande procentsats av nämnda komponenter i provmängden, i närheten av väggen och i närheten av den temperaturkänsliga givare som placerats i närheten av nämnda vägg, på ett sätt och i en utsträckning som simulerar sänkningen av koncentrationen av aktivt Mg och/eller nämnda komponenter med hjälp av nämnda reaktiva material i det smälta gjutjärn som hällts i gjutformarna i steg II), - låta kärlet väsentligen nå termisk jämvikt med provmängden, - registrera de temperaturer som mäts av de två temperatur- känsliga givarna, - bedöma egenskaperna hos det smälta gjutjärnet med hjälp av den registrerade kurvan på ett i sig känt sätt, och regist- rera sådana avvikelser som antyder utfällning av fjällgra- fitkristaller omkring den temperaturkänsliga givaren i när- heten av kärlväggen; och - korrigera innehållet av aktivt Mg och/eller innehållet av nämnda andra komponenter i det smälta gjutjärnet med hjälp av avvikelserna hos temperatur/tidskurvan och utrustnings- parametrarna på ett sådant-sätt att denna koncentration är tillräcklig för att, i samband med stelningen av det smälta gjutjärnet, bilda kompaktgrafitkristaller i smält gjutjärn som väsentligen är opåverkat av nämnda reaktiva material, och tillräckligt lågt för att tillåta bildning av fjällgra- lO 15 20 25 30 35 504 156 8 fitkristaller i smält gjutjärnet som påverkas av nämnda reaktiva material.Summary of the Invention The above-mentioned problems, which are related to the production of one-piece cast iron with an inhomogeneous distribution of the graphite crystals in compact form and scaly form in different parts of the final cast, are solved by a process according to which I) molten cast iron with an inherent ability to solidify as a compact graphite iron, due to a controlled high concentration of active Mg and / or some other components with a similar effect on the same ability, is produced; II) said molten cast iron is poured into molds, said molds containing at least a part where the mold walls and / or mold cores are covered with reactive material which diffuses or penetrates into the molten cast iron and thereby lowers the concentration of active Mg and / or said components. the molten cast iron in said part solidifies as gray iron, while the molten cast iron in other parts of the molds solidifies as compact graphite iron, characterized in that the inherent ability of the molten cast iron to solidify as compact graphite iron is controlled and corrected by means of of a method consisting of the steps of - taking a sample from the molten cast iron in a sample vessel equipped with two temperature sensitive sensors, one of which is located in the middle of the vessel and the other near the vessel wall, where the inner wall of the vessel consists of a material that contains or is covered with a layer of a substance that lowers the concentration of ak active Mg or equivalent percentage of said components in the sample set, in the vicinity of the wall and in the vicinity of the temperature sensitive sensor placed in the vicinity of said wall, in a manner and to an extent simulating the decrease of the concentration of active Mg and / or said components by means of said reactive materials in the molten cast iron poured into the molds in step II), - allow the vessel to reach substantially thermal equilibrium with the sample quantity, - record the temperatures measured by the two temperature-sensitive sensors, - assess the properties of the molten cast iron by means of the registered curve in a manner known per se, and registering such deviations which indicate precipitation of rock graphite crystals around the temperature-sensitive sensor in the vicinity of the vessel wall; and - correcting the content of active Mg and / or the content of said other components in the molten cast iron by means of the deviations of the temperature / time curve and the equipment parameters in such a way that this concentration is sufficient to, in connection with the solidification of the melt cast iron, form compact graphite crystals in molten cast iron which is substantially unaffected by said reactive material, and low enough to allow the formation of rock crystals in molten cast iron which are affected by said reactive material.
Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj med hän- visning till exemplifierande utföringsformer av den och vidare med hänvisning till de medföljande figurerna, i vilka Figur 1 illustrerar ett diagram som visar procentsatsen nodularitet som en funktion av procentsatsen magnesium. I detta diagram motsvarar 0% nodularitet ett gjutjärn som endast innehåller kompakt grafit, medan 100% motsvarar ett fullständigt nodulärt järn, dvs ett segjärn. Slutligen hänför sig värden under 0% nodularitet till grått gjutjärn. I själva verket motsvarar 0% nodularitet 100% kompaktgrafitjärn och det nedersta värdet på denna axel motsvarar 100% fjälligt grått gjutjärn; Figur 2 illustrerar kärndelen av ett inhomogent cylinderhuvud innehållande kompaktgrafitjärn och fjälligt gråjärn, och visar grafitstrukturer och den allmänna utformningen; och Figur 3 A-B är mikrografier som visar övergången från fjäl- ligt gråjärn till kompaktgrafitjärn. Förstoringen är 100 gånger.The invention will now be described in more detail with reference to exemplary embodiments thereof and further with reference to the accompanying figures, in which Figure 1 illustrates a diagram showing the percentage of nodularity as a function of the percentage of magnesium. In this diagram, 0% nodularity corresponds to a cast iron that contains only compact graphite, while 100% corresponds to a complete nodular iron, ie a ductile iron. Finally, values below 0% nodularity refer to gray cast iron. In fact, 0% nodularity corresponds to 100% compacted graphite iron and the lowest value of this axis corresponds to 100% scaly gray cast iron; Figure 2 illustrates the core portion of an inhomogeneous cylinder head containing compact graphite iron and scaly gray iron, showing graphite structures and the general design; and Figure 3 A-B are micrographs showing the transition from scaly gray iron to compact graphite iron. The magnification is 100 times.
Enligt denna uppfinning är det möjligt att på ett tillförlit- ligt sätt reproducera ett kompaktgrafitjärn med optimal stelningspotential så att enskilda gjutningar genomgående kan utföras med en föredragen blandning av kompaktgrafitpartiklar och grafit av den fjälliga typen. Genom att börja med kom- paktgrafitjärn som bas ökas den tjocklek av fjälligt gråjärn som kan produceras av en given reaktiv beläggning, och samti- digt minskas de interna brott- och spänningsgradienterna eftersom de mekaniska och fysikaliska egenskaperna hos grå- järn och kompaktgrafitjärn är mer lika än de hos gråjärn och segjärn. Gjutbarheten och formbarheten hos de färdiga kompo- nenterna blir också markant bättre.According to this invention, it is possible to reliably reproduce a compact graphite iron with optimal solidification potential so that individual castings can be performed consistently with a preferred mixture of compact graphite particles and graphite of the scaly type. By starting with compact graphite iron as a base, the thickness of scaly gray iron that can be produced by a given reactive coating is increased, and at the same time the internal fracture and stress gradients are reduced because the mechanical and physical properties of gray iron and compact graphite iron are more equal. than those of gray iron and ductile iron. The castability and formability of the finished components will also be significantly better.
L". 20 25 30 35 504 136 9 Vidare möjliggör förfarandet enligt SE-B-469 712 en exakt bestämning av närheten mellan det behandlade järnet och den snabba övergången mellan kompaktgrafit och fjällig grafit.Furthermore, the method according to SE-B-469 712 enables an exact determination of the proximity between the treated iron and the rapid transition between compact graphite and scaly graphite.
Genom att strategiskt ändra avståndet mellan termoelementets mätpunkt och den reaktiva väggbeläggningen i provet eller genom att förändra reaktiviteten hos den beläggning som placerats på kärlets innervägg är det möjligt att noggrant producera ett kompaktgrafitjärn som bas, vilket ligger ganska nära den vänstra änden av den stabila vermikulära platån (punkt A i figur 1) och som därför har benägenhet att ge upp- hov till väsentliga mängder fjälligt gråjärn när det hälls i gjutformar innehållande gjutformskärnor och gjutformssand som är belagda med reaktiva beläggningar. Till skillnad mot detta erfordrar ett vermikulärt grundjärn med startpunkt i regionen omkring punkt B i figur 1 mer reduktion av magnesium och kommer således inte att ge upphov till ett så omfattande grafitnätverk. På detta sätt, genom att direkt välja och reproducera den lämpliga startpunkten för det behandlade flytande järnet kommer den överlägsna graden av kontroll över den mikrostruktur som gjuts att säkerställa ett optimalt och jämnt skick av fjällig grafit, och en produkt som hittills inte har kunnat framställas.By strategically changing the distance between the thermocouple's measuring point and the reactive wall coating in the sample or by changing the reactivity of the coating placed on the inner wall of the vessel, it is possible to accurately produce a compact graphite iron as a base, which is quite close to the left end of the stable vermicular plateau. (point A in Figure 1) and which therefore tends to give rise to significant amounts of scaly gray iron when poured into molds containing mold cores and molding sand coated with reactive coatings. In contrast, a vermicular base iron starting at the region around point B in Figure 1 requires more reduction of magnesium and thus will not give rise to such an extensive graphite network. In this way, by directly selecting and reproducing the appropriate starting point for the treated liquid iron, the superior degree of control over the microstructure cast will ensure an optimal and even condition of scaly graphite, and a product which hitherto has not been able to be produced.
Följande exempel hänför sig till ett cylinderhuvud, men förfarandet enligt uppfinningen kan även användas i samband med gjutning av motorblock, där, exempelvis, cylinderloppet och kylvattenkärnorna kan innehålla grått järn, medan huvud- delen av cylinderhuvudet, övre ytan, spårförsedda områden och vevhus innehåller kompaktgrafitjärn med högre styrka, eller bromsskivor, där exempelvis den yttre flänsen innehåller lamelljärn med hög värmeledningsförmåga och där innernavet innehåller kompaktgrafitjärn för att ge högre styrka.The following examples relate to a cylinder head, but the method according to the invention can also be used in connection with casting of engine blocks, where, for example, the cylinder bore and cooling water cores may contain gray iron, while the main part of the cylinder head, upper surface, grooved areas and crankcases contain compact graphite iron. with higher strength, or brake discs, where for example the outer flange contains lamellar iron with high thermal conductivity and where the inner hub contains compact graphite iron to provide higher strength.
Exempel Den maximala termiskt framkallade spänning som kan utvecklas på den varma ytan av ett cynlinderhuvud kan representeras av sambandet: 10 15 20 25 30 35 504 136 10 flmax= Allwïa (1) 2(1-ß) där anmx= maximal termiskt framkallad spänning (MPa) AT = temperaturgradient från den varma sidan av ett cy- linderhuvud till kylvattenkanalen ('C) Eo = elasticitetsmodulen (MPa) a = termisk expansion ('C4) u = Poissons tal (dimensionslöst) Nu är det välkänt att värmeutvidgningen och Poissons tal för kompaktgrafitjärn och gråjärn väsentligen är lika. Därför är det enda sättet att minimera de termiska spänningar som ackumuleras vid den varma ytan och som slutligen leder till sprickbildningar mellan ventilportarna, att minimera paramet- rarna AT och Eo, där AT har inverst samband med den termiska ledningsförmågan. Lösningen är följaktligen användning av ett material med hög värmeledningsförmåga och låg elasticitetsmo- dul vid den varma ytan vilket enbart kan åstadkommas med gråjärn. Samtidigt är det föredraget att huvuddelen av cylin- derhuvudet och de yttre perifera regionerna är framställda av ett material med högre styrka, styvhet och formbarhet. Detta mål kan uppfyllas av ett högkvalitativt (<10% nodularitet) kompaktgrafitjärn vilket även resulterar i lägre interna spänningar än en jämförbar blandning av gråjärn och segjärn, och, beroende på den kontrollerade närhetsgraden av järnets stelningsuppträdande i förhållande till övergångspunkten mellan kompaktgrafitjärn och gråjärn (punkt A i figur 1), är det möjligt att framställa ett mer omfattande fjällgrafit- nätverk än som skulle kunna åstadkommas om startpunkten för stelningen var vid "B" i figur 1, eller ännu värre, om start- punkten för basgjutjärnet var segjärn (punkt C i figur 1).Example The maximum thermally induced voltage that can develop on the hot surface of a cylinder head can be represented by the relationship: 10 15 20 25 30 35 504 136 10 fl max = Allwïa (1) 2 (1-ß) where anmx = maximum thermally induced voltage ( MPa) AT = temperature gradient from the hot side of a cylinder head to the cooling water channel ('C) Eo = modulus of elasticity (MPa) a = thermal expansion (' C4) u = Poisson's number (dimensionless) It is now well known that the thermal expansion and Poisson's number for compact graphite iron and gray iron are essentially the same. Therefore, the only way to minimize the thermal stresses that accumulate at the hot surface and that ultimately leads to cracks between the valve ports is to minimize the parameters AT and Eo, where AT is inversely related to the thermal conductivity. The solution is consequently the use of a material with high thermal conductivity and low modulus of elasticity at the hot surface, which can only be achieved with gray iron. At the same time, it is preferred that the main part of the cylinder head and the outer peripheral regions be made of a material with higher strength, rigidity and formability. This objective can be met by a high quality (<10% nodularity) compact graphite iron which also results in lower internal stresses than a comparable mixture of gray iron and ductile iron, and, depending on the controlled proximity of the iron solidification behavior in relation to the transition point between compact graphite iron and gray iron (point A in Figure 1), it is possible to produce a more extensive rock graphite network than could be achieved if the starting point of the solidification was at "B" in Figure 1, or even worse, if the starting point of the base cast iron was ductile iron (point C in Figure 1).
Minskningen av aktivt magnesiuminnehåll och den resulterande tillväxten av fjäll snarare än kompakta grafitpartiklar uppnås genom att applicera ett stort antal normala gjuteribe- läggningar till ytorna hos vilka gjuteriformar eller -kärnor 10 15 20 25 30 35 504 136 11 som helst där grafitfjäll är önskvärda. Vad gäller cylinder- huvudet (figur 2) kan reaktiva beläggningar appliceras på den gjutformsyta som vetter mot den varma sidan av cylinderhuvu- det och den lägre halvan av den kärna som vetter mot vatten- kanalen. Beläggningarna innehåller en kontrollerad mängd sulfider och/eller oxider som kemiskt reagerar med aktivt magnesium för att bilda MgS och/eller MgO. De nödvändiga kvantiteterna beläggning kan iterativt definieras för varje gjutningstillämpning beroende på önskad fjälltjocklek, och är närliggande för fackmannen.The reduction of active magnesium content and the resulting growth of scales rather than compact graphite particles is achieved by applying a large number of normal casting coatings to the surfaces of any casting molds or cores where graphite scales are desired. In the case of the cylinder head (Figure 2), reactive coatings can be applied to the mold surface facing the hot side of the cylinder head and the lower half of the core facing the water channel. The coatings contain a controlled amount of sulfides and / or oxides which chemically react with active magnesium to form MgS and / or MgO. The necessary quantities of coating can be iteratively defined for each casting application depending on the desired scale thickness, and are close to the person skilled in the art.
Denna uppfinning är särskilt användbar i nuvarande typ av ut- formning av cylinderhuvuden där det inte är möjligt att om- konstruera huvudet eftersom det fortsättningsvis måste passa en existerande motor. Nyligen, i samband med upptrimning och turboöverladdningskrav på bensin- och i synnerhet dieselmoto- rer, har många konstruktioner potential för att övergå till ett starkare material, och kompaktgrafitjärn är idealiskt för detta. Om emellertid huvudet har en benägenhet att gå sönder beroende på termisk laddning, kommer den lägre värmelednings- förmågan och högre elasticitetsmodulen hos kompaktgrafitjärn jämfört med gråjärn i själva verket att öka den termiska laddningen och kan resultera i en kortare livslängd. För ett cylinderhuvud av kompaktgrafitjärn är den enda möjliga vägen att minska termen AT i ekvation (1) att minska tjockleken hos flamytan. Emellertid skulle detta göra cylinderhuvudet okom- patibelt med den nuvarande typen av motorkonstruktion. Denna uppfinning är en idealisk lösning för dessa fall eftersom införandet av gråjärnsfjäll i flamytan ger den nödvändiga termiska ledningsförmågan och lägre elasticitetsmodulen för att klara den termiska laddningen, medan kompaktgrafitjärnet ger den nödvändiga styrkan, styvheten och smidigheten för att klara det mekaniska slitaget utan att göra avkall på bearbet- barhet eller gjutbarhet.This invention is particularly useful in the current type of cylinder head design where it is not possible to redesign the head as it must continue to fit an existing engine. Recently, in connection with trimming and turbocharging requirements for petrol and especially diesel engines, many constructions have the potential to switch to a stronger material, and compact graphite iron is ideal for this. However, if the head has a tendency to break due to thermal charge, the lower thermal conductivity and higher modulus of elasticity of compact graphite iron compared to gray iron will in fact increase the thermal charge and may result in a shorter life. For a compact graphite iron cylinder head, the only possible way to reduce the term AT in equation (1) is to reduce the thickness of the flame surface. However, this would make the cylinder head incompatible with the current type of engine design. This invention is an ideal solution for these cases because the introduction of gray iron scales into the flame surface provides the necessary thermal conductivity and lower modulus of elasticity to withstand the thermal charge, while the compact graphite iron provides the necessary strength, rigidity and agility to withstand mechanical wear without sacrificing on processability or castability.
Claims (2)
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9500432A SE504136C2 (en) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | Process for the production of single-piece castings where certain parts contain compact graphite iron and other gray cast iron |
| DE69603830T DE69603830T2 (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | MANUFACTURING METHOD OF CASTING PIECES IN ONE PIECE, WITH CONTROLLED VARIATION OF BALL GRAPHITE AND GRAY CAST IRON |
| CZ972430A CZ243097A3 (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | Process for producing castings cast as one whole with a possibility of controlled changes of compacted graphitic cast iron and cast iron |
| CN96191821A CN1173837A (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | Method of mfg. cast products which are cast in a sinle-piece having controlled variations of compacted graphite iron and grey cast iron |
| CA002211804A CA2211804A1 (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | A method of manufacturing cast products which are cast in a single-piece having controlled variations of compacted graphite iron and grey cast iron |
| EP96902525A EP0806996B1 (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | A method of manufacturing cast products which are cast in a single-piece having controlled variations of compacted graphite iron and grey cast iron |
| PCT/SE1996/000003 WO1996024451A1 (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | A method of manufacturing cast products which are cast in a single-piece having controlled variations of compacted graphite iron and grey cast iron |
| RU97114953/02A RU2153004C2 (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | Method for making cast products in the form of one part |
| KR1019970705424A KR100417049B1 (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | A Method of Manufacturing Cast Products Which Are Cast in a Single-Piece Having Controlled Variations of Compacted Graphite Iron and Grey Cast Iron |
| AU46805/96A AU4680596A (en) | 1995-02-07 | 1996-01-04 | A method of manufacturing cast products which are cast in a single-piece having controlled variations of compacted graphite iron and grey cast iron |
| ZA96262A ZA96262B (en) | 1995-02-07 | 1996-01-12 | A method of manufacturing cast products which are cast in a single-piece having controlled variations of compacted graphite iron and grey cast iron |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9500432A SE504136C2 (en) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | Process for the production of single-piece castings where certain parts contain compact graphite iron and other gray cast iron |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE9500432D0 SE9500432D0 (en) | 1995-02-07 |
| SE9500432L SE9500432L (en) | 1996-08-08 |
| SE504136C2 true SE504136C2 (en) | 1996-11-18 |
Family
ID=20397113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE9500432A SE504136C2 (en) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | Process for the production of single-piece castings where certain parts contain compact graphite iron and other gray cast iron |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0806996B1 (en) |
| KR (1) | KR100417049B1 (en) |
| CN (1) | CN1173837A (en) |
| AU (1) | AU4680596A (en) |
| CA (1) | CA2211804A1 (en) |
| CZ (1) | CZ243097A3 (en) |
| DE (1) | DE69603830T2 (en) |
| RU (1) | RU2153004C2 (en) |
| SE (1) | SE504136C2 (en) |
| WO (1) | WO1996024451A1 (en) |
| ZA (1) | ZA96262B (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6021581A (en) * | 1998-06-22 | 2000-02-08 | Voith Sulzer Paper Technology North America, Inc. | Method of drying a paper web in a paper-making machine at speeds greater than 6000 feet per minute |
| DE19942780A1 (en) * | 1999-09-08 | 2001-03-15 | Bruehl Eisenwerk | Cylinder head for a piston internal combustion engine |
| JP4076438B2 (en) * | 2002-12-27 | 2008-04-16 | 株式会社キリウ | Evaluation method and evaluation system of graphite structure in gray cast iron |
| DE10342582B4 (en) * | 2003-05-06 | 2010-09-16 | Halberg-Guss Gmbh | Production of a gradient workpiece by layer casting |
| US8726974B2 (en) | 2010-01-29 | 2014-05-20 | Caterpillar Inc. | In-situ graphite shape control for iron castings |
| US10054140B2 (en) | 2016-02-12 | 2018-08-21 | Crystaphase Products, Inc. | Use of treating elements to facilitate flow in vessels |
| CN109115672B (en) * | 2018-11-06 | 2021-01-01 | 苏交科集团股份有限公司 | Method for evaluating permeability of asphalt pavement regeneration seal material |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE501003C2 (en) * | 1990-10-15 | 1994-10-17 | Sintercast Ab | Process for the production of iron |
| SE470092B (en) * | 1992-04-09 | 1993-11-08 | Sintercast Ltd | Process for making castings with homogeneous graphite structure |
| DE4308614A1 (en) * | 1993-03-18 | 1994-09-22 | Fritz Winter Eisengieserei Ohg | Method for producing workpieces made of cast iron, and hollow castings produced accordingly |
-
1995
- 1995-02-07 SE SE9500432A patent/SE504136C2/en not_active IP Right Cessation
-
1996
- 1996-01-04 EP EP96902525A patent/EP0806996B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-01-04 RU RU97114953/02A patent/RU2153004C2/en active
- 1996-01-04 CA CA002211804A patent/CA2211804A1/en not_active Abandoned
- 1996-01-04 CZ CZ972430A patent/CZ243097A3/en unknown
- 1996-01-04 WO PCT/SE1996/000003 patent/WO1996024451A1/en active IP Right Grant
- 1996-01-04 KR KR1019970705424A patent/KR100417049B1/en not_active IP Right Cessation
- 1996-01-04 AU AU46805/96A patent/AU4680596A/en not_active Abandoned
- 1996-01-04 CN CN96191821A patent/CN1173837A/en active Pending
- 1996-01-04 DE DE69603830T patent/DE69603830T2/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-01-12 ZA ZA96262A patent/ZA96262B/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE9500432L (en) | 1996-08-08 |
| CZ243097A3 (en) | 1998-07-15 |
| DE69603830T2 (en) | 2000-03-09 |
| KR19980702029A (en) | 1998-07-15 |
| AU4680596A (en) | 1996-08-27 |
| EP0806996A1 (en) | 1997-11-19 |
| DE69603830D1 (en) | 1999-09-23 |
| ZA96262B (en) | 1996-08-01 |
| WO1996024451A1 (en) | 1996-08-15 |
| EP0806996B1 (en) | 1999-08-18 |
| SE9500432D0 (en) | 1995-02-07 |
| CN1173837A (en) | 1998-02-18 |
| CA2211804A1 (en) | 1996-08-15 |
| RU2153004C2 (en) | 2000-07-20 |
| KR100417049B1 (en) | 2004-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI76939C (en) | FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV GJUTEN AV GJUTJAERN SOM INNEHAOLLER STRUKTURMODIFIERANDE TILLSATSER. | |
| CN100572785C (en) | Internal combustion engine component and manufacture method thereof | |
| EP2518174B1 (en) | Cgi cast iron and a production method for the same | |
| Rashidi et al. | The effects of solidification on the microstructure and mechanical properties of modified ductile Ni-resist iron with a high manganese content | |
| SE504136C2 (en) | Process for the production of single-piece castings where certain parts contain compact graphite iron and other gray cast iron | |
| CN106238688B (en) | A kind of casting method of piston type casting | |
| KR20090086222A (en) | New thermal analysis device | |
| CN106756453B (en) | A kind of thick and large section gray cast iron cylinder jacket organizational controls method | |
| CN107290271A (en) | The method that magnesia carbon brick anti-erosion experiment is carried out using small intermediate frequency stove | |
| JP2000508061A (en) | Manufacturing method of cast iron | |
| KR100493178B1 (en) | Method for judging the properties of molten cast iron | |
| JPS5825844A (en) | Production of cast iron engine block | |
| Fraś et al. | The transition from gray to white cast iron during solidification: Part II. Experimental verification | |
| CN108515149B (en) | A kind of thin-walled heat-resistant steel exhaust manifold casting method | |
| Fraś et al. | Eutectic cell and nodule count in grey and nodular cast irons | |
| NL2030335B1 (en) | Low - temperature impact - resistant high - strenght as - cast nodular cast iron and production method thereof | |
| JPH11501580A (en) | Method of producing a cast product that is a casting having a controlled variation of CV graphite cast iron and gray cast iron in a single body | |
| SU1035085A1 (en) | Cast iron | |
| Fras et al. | Eutectic cell and nodule count in cast irons | |
| WO2024011299A1 (en) | High mechanical strength and high thermal conductivity vermicular cast iron alloy, high mechanical strength and high thermal conductivity vermicular cast iron alloy manufacturing process, and internal combustion engine part | |
| RU2003098C1 (en) | Method of obtaining preset mechanical properties of iron castings | |
| CN116219280A (en) | Centrifugal composite high-nickel-chromium roller sleeve and casting method thereof | |
| JPS61202768A (en) | Production of sleeveless cylinder block | |
| Yu et al. | Effects of Processing and Designing Variables on Formation of Shrinkage Cavities in GC150 Gray Cast Iron | |
| SU985053A1 (en) | Method of producing cast iron with ball-shaped graphite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 9500432-1 Format of ref document f/p: F |