SE506802C2 - Förfarande för framställning av kompaktgrafitjärn innefattande ett termiskt analyssteg - Google Patents

Description

15 20 25 30 506 802 Sammandrag av uppfinningen Nu har det visat sig att man genom användning av åtminstone tre temperaturkänsliga organ i stället för två och genom användning av provkärl där en del av innerytan är belagd med ett skikt av en substans som sänker koncentrationen av löst atomert magnesium, och resten av innerytan är belagd med en inert eller icke-reaktiv sub- stans (oxider av aluminiun och zirkonium), eller att provkärlet sig själv är icke-reak- tivt (kvarts eller stål), är det möjligt att ytterligare öka noggrannheten av struktur- förutsägelserna vid stelningen av det smälta gjutjärriet. Alternativt kan två olika provkärl, där det ena är belagt med ett reaktivt skikt och det andra väsentligen är inert eller icke reaktivt eller belagt med en inert eller icke-reaktiv substans, kan ock- så användas i detta förfarande. Lämpliga temperaturkänsliga organ är terrnoelement eller pyrometriska organ.

Ett prov av det smälta gjutjäm som skall analyseras tas och hålls i nämnda provkärl, vilket delvis är belagt med reaktiva och icke-reaktiva beläggningar. Åtminstone ett av de temperaturkänsliga organen placeras i centrum av provkärlet, åtminstone ett organ i närheten av innerytan på vilken en reaktiv beläggning har pålagts, och åt- minstone ett organ nära den inneryta på vilken en icke-reaktiv beläggning har på- lagts. Var och en av nämnda temperaturkäsnliga organ används därefter for att re- gistrera temperaturen hos smältan under stelningsprocessen som funktion av tiden.

De erhållna kurvoma utvärderas därefier för att bestämma konfigurationen av det stelnade gjutjärnsprovet.

Detaljerad beskrivning av denna uppfinning Denna uppfinning kommer att beskrivas mer i detalj med hänvisning till ñgurema, i vilka Fig 1 avslöjar typiska svalningskurvor som erhållas genom utnyttjande av förfaran- det enligt WO86/01755; 10 15 20 25 30 5Û6 802 3 Fig 2 illustrerar ett diagram som visar procent nodularitet som funktion av procent magnesium. I detta diagram mosvarar 0 % nodularitet ett fullständigt kompakt gra- fitjärn (CGI), medan lOO % motsvarar fullständigt segjärn (SGI); slutligen hänför sig värdena under O % nodularitet till gråjäin. I själva verket motsvarar 0 % nodu- laritet 100 % kompaktgrafitjäm och botten av denna axel motsvarar 100 % gråjärn; Fig 3 visar svalningskurvor som erhållits enligt denna uppfinning; Fig 4 avslöjar exempel på ett provkärl som utrustats med tre terrnoelement som kan användas i förfarandet enligt denna uppfinning.

Som tidigare nämnts utnyttjar förfarandet för att förutsäga i vilket konfigurationen smält gjutjäni kommer att stelna enligt WO86/0l755 två tennoelement, ett placerat i i centrum av provkärlet och det andra nära kärlets vägg. Dessa två terinoelement ger två helt olika svalningskurvor vilket illustreras i fig l.

Beskrivningen av nyckelpunkter på dessa kurvor görs noggrant i WO86/01755. Ett andra övervägande som bör göras vid tolkning av svalningskurvoma lärs ut i WO92/O6809. I detta fall fórbnikar en reaktiv beläggning av provkärlets vägg mag- nesium från smältan och görs så att regionen nära väggen stelnar som gråjäin. Den inneboende värme som frigörs genom utfállningen och tillväxten av gråjäms grafit- fiäll förorsakar en ”inflektion” i den normala väggsvalningskurvan. Övergången mellan gråjäm och kompaktgrafitjäm ”CGI) och väggkurvans inflektionspunkt il- lustreras i fig 2 resp 3.

Som redan nämnts visar fig 2 mängden segjäm (SGI) respektive grått gjutjärn som fusion av magnesiurnhalten (strukturmodifierande substans). Om smältsammansätt- ningen befinner sig vid punkt a resulterar minskningen vid väggen på 0,003 % mag- nesium som lärs ut i WO92/06809 i att smältan nära väggen från sammansättning enligt punkt B vilket fortfarande ligger i CGI-platån och därför inte utgör någon' in- flektionspunkt av väggkurvan (som i fig 1). Om emellertid den ursprungliga smält- 10 15 20 25 30 506 802 4 sammansättningen befinner sig vid punkt C, kommer samma minskning vid väggen med 0,003 % Mg att resultera i bildning av gråjärn (punkt D) i regionen nära väg- gen.

Det har visat sig att alla mätpunkter som omnämnts i WO86/0l755 och W092/06809 är punkter som ger väsentlig information. En av de datapunkter som benämns i WO86/01755 är minimumtemperaturen på väggkurvan före den eutek- tiska rekalescensen, här benämnd TV. I närvaro av en väggreaktion som framkallar på fjällgrafitbildning förändras emellertid minimumtemperaturen på väggkurvan eller så ”maskeras” den genom den inneboende värme som frigörs under fjällbild- ningen.

Fig 4b illustrerar ett exempel på tre svalningskurvor som mâtts samtidigt under kon- * trollerade förhållanden, från samma prov av smält kompaktgrañtjäm (SGI) med och utan väggreaktion. För att säkerställa en väggreaktion såsom den beskrivs i WO92/06809 belades en provkopp med en 3 % svavellösning medan den andra provkoppen belades med en mindre reaktiv beläggning. De tre svalningskurvoma beskrivs mer i detalj, enligt benärrmingen i fig 4b såsom följer: Ta 3% Terrnoelementet i centrum från en provkopp med en vägg beläggning innehållande 3 % svavel.

Tb 3% Tennoelementet vid väggen från en provkopp innehållande väggbeläggning med 3 % svavel.

Tb 1% Väggtermoelement från en provkopp innehållande vägg- beläggning med 1 % svavel.

Fig 3 visar tydligt en svalningskurva för ett normalt centralt placerat termoelement och två olika väggsvalningskurvor. Väggtennoelementet nära den 3:%-iga svavelbe- läggningen har en typiskt tydlig väggreaktion som initieras vid punkt A (ungefär 60 sekunder eller ll43°C) och fortsätter till punkt B (ungefär 100 sekunder, ll44°C).

Det slutgiltiga resultatet av denna ”ändring” av kurvan är att minimumtemperaturen 10 15 20 25 30 5 506 802 på väggkurvan ligger ungefär 2,5 ggr högre i närvaro av en väggreaktion. Detta är mycket viktigt ur produktionssynpunkt efiersom en skillnad på 2,5°C i uppmätt un- derkylning kan motsvara ett behov av :t 0,5 kg ympsubstans per ton för att undvika antingen ett överskott av nodularitet (- 0,5 kg per ton) eller karbidbildning (+ 0,5 kg/ton) enligt WO86/01755.

Användning av tre temperaturkänsliga organ på ovannämnda sätt ger en oförutsedd fördel. Först och främst gör denna uppfinning det möjligt att samla upp två helt oli- ka typer av informationer. WO86/01755 visar på vikten av att samtidigt kontrollera magnesiumhalten och halten av ympsubstans i det smälta jämet för att det skall förbli inom det specifika CGI-ornrådet. Denna uppfinning är inte bara möjlig genom noggrann mätning av båda värdena (ympningseffektivitet och närhet till gråjäni) utan det gör det även möjligt att ha en extremt reaktiv beläggning (innehållande sva- i vel snarare än reducerbara oxider såsom i WO92/06809) utan att kompromissa med förmågan att mäta ympningseffektiviteten. Detta gör det exempelvis möjligt att, när man skall gjuta komponenter med en lång hällningstid (små gjutgods) eller en lång stelningstid (stora gjutgods), använda av en mycket reaktiv beläggning fór att simu- lera minskningen av magnesium, vilket tidigare inte var möjligt i förfarandet enligt WO92/06809 beroende på en motverkande effekt på mätningen av kärnbildande förmåga.

Fig 4 avslöjar ett provkärl som kan användas i förfarandet enligt uppfinningen. ln- nerväggen av en degel (8) är delvis belagt med I en reaktiv beläggning (10) innehållande 0 - 5 % svavel, 0 - 10% oxider av kisel, mangan eller jäm, eller 0 - 0,5 % av oxider av kalium och natrium; och II en relativt inert beläggning (9) såsom aluminiumoxid eller zirko- niumoxid.

Tre temioelement ( l,2,3) placerade på ett sådant sätt att ett (1) befinner sig i mitten av degeln (8), ett (2) befinner sig i närheten av den reaktiva beläggningen (2) och 506 802 6 åtminstone ett (3) i närheten av den relativt inerta beläggningen (9), är fixerade i en keramisk plugg (5) och befinner sig inuti ett kartongrör (6).

Claims (8)

10 15 20 25 30 7 506 802 Patentkrav

1. l. Förfarande för framställning av gjutjärnsgods innehållande grafitkristaller i kom- pakt form, och omfattande kontroll och korrektion av sammansättningen hos en gjutjämssmälta, där förfarandet omfattar framställning av en gjutjämssmälta och tillsats av ett struktunnodifierande medel och ett kärnbildande medel till smältan i mängder som enligt erfarenhet är precis tillräckliga för att ge fullständigt kompakt- grafitjäm vid direkt stelning, kännetecknat av att ett prov tas i a) ett provkärl i vilket innerväggen delvis är belagd med ett material som sänker koncentrationen av löst elementärt magnesium med åtminstone 0,003 % eller mot- svarande halt av någon arman modifierande substans i smältan i närheten av den del av väggen, och delvis belagd med en relativt inert beläggning som inte påverkar i halten av löst elementärt magnesium i smältan; elleri b) två provkärl där innerväggen av ett av kärlen delvis är belagd med ett material som sänker koncentrationen av löst-elementärt magnesium med åtminstone 0,003% eller motsvarande halt av något annat modifierande medel i smältan i närheten av den av väggen, och det andra kärlet är delvis belagt med en relativt inert beläggning som inte påverkar halten löst elementärt magnesium i smältan; och genom användning av åtminstone tre temperaturkänsliga organ, av vilka åtminstone ett är placerat i centrum av kärlet/kärlen åtminstone ett är placerat nära den belägg- ning som påverkar halten löst elementärt magnesium, och åtminstone ett är placerat nära den inerta beläggningen, varefter man låter nämnda temperaturkänsliga organ nå termisk jämvikt med smältan registrera temperaturema som mäts av de tempera- turkänsliga organen, utvärdera smältans kännetecken från den registrerade kurvan på ett i sig känt sätt, och korrigera mängden ympsubstans och/eller kämbildande sub- stans och magnesiumhalt eller halten av nämnda andra modifierande medel så att kompaktgrañtkiistaller bildas under hela den hällnings- och stelningstid som behövs i giuteriprocessen. m 15 20 25 30 506 802

2. Förfarande enligt krav l, kännetecknat av att ett provkärl, i vilket innerväggen delvis är belagd med ett material som sänker koncentrationen löst elementärt mag- nesium med åtminstone 0,003 % eller en motsvarande halt av någon annan modifie- rande substans i smältan i närheten av den del av väggen, och delvis är belagd med en inert beläggning som inte påverkar halten löst elementärt magnesium i smältan, används.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att två provkärl i vilka innerväggen av ett av kärlen delvis är belagd med ett material som sänker koncentrationen löst ele- mentärt magnesium med åtminstone 0,003 % eller motsvarande halt av någon annan modifierande substans i smältan i närheten av den del av väggen, och det andra kär- let delvis är belagt med en inert beläggning som inte påverkar halten löst elementärt i magnesium i smältan används.

4. Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att provkärlen fylls på samtidigt.

5. Förfarande enligt något av krav 1-3, kännetecknat av att beläggningen som på- verkar halten löst elementärt magnesium omfattar 0 - 5% svavel, 0 - 10% kisel-man- gan- eller järnoxid och/eller 0 - 0,5% oxider av kalium och natrium.

6. Förfarande enligt krav 5, kännetecknat av att den beläggning som påverkar halten löst elementärt magnesium omfattar 3 - 5% svavel.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det tempera- turkänsliga organen är termoelement.

8. Förfarande enligt något av krav 1 - 6, kännetecknat av att det temperaturkänsli- ga organen är organ för utförande av pyrometriska mätningar.