SE511655C2 - Anordning jämte förfarande för termisk analys av metallsmältor - Google Patents

Description

511 655 2 pens centrum där smältan är flytande under ganska lång tid. Önskvärt är att parallellt kunna följa temperaturen vid provkoppens yta och genom att jämföra skeendet i dess centrum och yta kunna göra en mer detaljerad analys av provet.

Provkoppar med ett termoelement placerat i centrum och ett annat vid ytan är sedan tidigare kända. Således beskriver den schweiziska patentskriften 626 450 en degel upptagande en smälta, varvid ett termoelement är anordnat i smältan och ett annat i eller vid degelväggen. I andra kända exempel har cylindriska eller kubiska provkoppar använts, varvid termoelementet vid ytan är placerat 1-3 mm från väggen. Ett problem är att ett litet fel vid placeringen av det perifera termoelementet gör att mät- ningsresultatet blir tveksamt.

Föreliggande uppfinning avser att lösa dessa problem och åstadkomma en anordning och ett förfarande för ter- misk analys av metallsmältor som har en hög reproducer- barhet och ger en hög upplösning. Därvid har anordningen respektive förfarandet erhållit de kännetecken, som anges i patentkraven l resp 4.

I anordningen enligt uppfinningen har den sfäriska kaviteten en upptill ansluten cylindrisk kanal och en nedtill ansluten cylindrisk del.

Genom att kaviteten är sfärisk kommer stelnandet att ske koncentriskt, vilket gör att impulserna fràn stelnan- det till det centralt placerade termoelementet blir mycket tydligare än vid nu kända cylindriska eller ku- biska utformningar. Genom anordnandet av en cylindrisk påfyllnadskanal, där smältan har en kortare stelningstid än i den sfäriska kaviteten, blir inverkan av fluktuatio- w ner i värmeavgàng fràn överytan pga emissionsförändringar vid strålning eliminerade. Vidare elimineras variationer pga olika fyllnadsgrad, eftersom det förutsättes att ka- nalen alltid är fylld efter gjutning av en provkropp. 1| 10 15 20 25 30 35 511 655 3 Genom att det undre termoelementet placerats vid övergången mellan den sfäriska kaviteten och den undre cylindriska delen kan placeringen variera något utan att detta blir kritiskt för reproducerbarheten. Avsikten med den undre cylindriska delen är att den där befintliga smältan skall stelna relativt snabbt och före smältan i den sfäriska kaviteten. Därigenom sker värmeledning i fast fas genom den undre delen och under större delen av stelnandet i den sfäriska kaviteten. Det undre termoele- mentet kan därför indirekt registrera legeringens värme- ledningsförmåga i halvfast till fast fas.

Detta är användbart särskilt vid provning av gjut- järnslegeringar där kol utskiljs i form av grafit med hög värmeledningsförmága under stelnandet. Grafiten kan ut- skiljas i olika former vilka påverkar legeringens gjut- barhet och fysikaliska egenskaper. Utskiljs grafiten i form av sfärer benämns legeringen segjärn. Utskiljs gra- fiten i form av nästen med tunna grafitfjäll benämns legeringen grått gjutjärn eller fjällgrafitiskt gjutjärn.

Värmeledningsförmågan i ett fjällgrafitiskt gjutjärn kan vara upp till 25% högre än om grafiten utskiljts i form av sfärer. En mellanform är s k kompaktgrafitjärn, vilket utmärks av att grafiten utskiljts i form av rundade ”knubbiga” stavliknande former. Värmeledningsförmàgan kan därför användas för att analysera grafitformen.

Enligt föreliggande uppfinning kan ett indirekt mått på värmeledningsförmàgan åstadkommas genom att mäta tem- peraturskillnaden mellan det centralt placerade termo- elementet och det perifert vid övergången mellan den sfä- riska kaviteten och den cylindriska delen placerade ter- moelementet i den sfäriska kaviteten. Enligt en föredra- gen utföringsform av uppfinningen registreras temperatur- skillnaden när legeringens solidustemperatur uppnåtts vid det centralt placerade termoelementet.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med hänvis- ning till bifogade ritning, på vilken fig 1 är en vy sedd framifrån av en föredragen utföringsform av anordningen 10 15 20 25 30 35 511 655 4 enligt uppfinningen, fig 2 är ett snitt taget längs lin- jen II-II i fig l och fig 3 visar temperaturförloppen för det perifert placerade termoelementet och det centralt placerade termoelementet.

Med hänvisning åter till fig 1 och fig 2 visas en anordning omfattande en form l bestående av två halvor av eldfast material. Formhalvorna hålls lämpligen samman under gjutningen av provkroppen medelst en icke visad hållare. Anordningen har vidare en sfärisk kavitet 2 med ett däri centralt placerat termoelement 3. Detta termo- element sträcker sig således genom kavitetens centrala parti. En gjutskål 4 för ihällning av smälta är anordnad och denna gjutskål övergår i en cylindrisk kanal 5, som i sin tur ansluter till den sfäriska kaviteten 2. En cylindrisk del 7 är ansluten till kavitetens undre parti och ett andra termoelement 6 är anordnat vid övergången mellan kaviteten 2 och den cylindriska delen 7. Enligt denna visade föredragna utföringsform är termoelementens kalla lödställen 8 positionerade utmed provkoppens längd- axel, varvid det ena termoelementet, såsom ovan nämnts, sträcker sig genom den sfäriska kavitetens 2 centrala parti och det andra termoelementet 6 skär provkoppens längdaxel pà ett litet avstånd ovanför gränsytan mellan kaviteten 2 och den cylindriska delen 7. Detta avstånd är generellt av storleksordningen 0-2 mm.

Som icke begränsande exempel pà dimensioner kan följande nämnas. Formens utvändiga mått höjd=ll0 mm, bredd=6O mm och tjocklek per halva 40 mm. Gjutskàlens 4 övre diameter=4O mm och höjd=2O mm. Förbindelsekanalens 5 diameter=20 mm och höjd=25 mm. Den sfäriska kavitetens diameter=4O mm och den undre cylindriska delens diame- ter=l6 mm och höjd=l5 mm. Termoelementen 3 och 6 består på känt sätt av krom-alumel utvändigt täckta med ett rör av högren kvarts. Termoelementen är via kompensationsled- ning pà känt sätt anslutna till en analog/digital omvand- lare. Vid analys av en smälta fylls anordningen med en smälta via en gjutskopa. Gjuttemperaturen för gjutjärns- 10 15 20 25 511 655 5 legeringar bör vara inom intervallet 1240-l350°C. Tempe- raturen registreras företrädesvis en gång per sekund.

Efter ca 250 sekunder har smältan stelnat. Tid/tempera- tur-data analyseras företrädesvis med hjälp av ett dator- program.

Typiska svalningskurvor framgår av fig 3. Kurva nr 9 visar temperaturförloppen för det perifert placerade ele- mentet och kurva 10 för det centralt placerade. Tidpunk- ten för solidustemperaturen vid det centralt placerade elementet 3 definieras för detta ändamål som minimipunk- ten för första derivatan av tid/temperaturkurvan. An- ledningen till att denna tidpunkt valts är att det är först när stelning inträffat som skillnader i värmeled- ningsförmàga blir tydliga. För att kunna prediktera gjut- egenskaper m m är det viktigt att kunna få ett mått på värmeledningsförmågan vid så hög temperatur som möjligt.

Vid denna tidpunkt beräknas skillnaden ll i temperatur mellan termoelementen. Temperaturskillnaden för smältor av grått gjutjärn uppgår normalt till ca 90°C och för segjärnslegeringar som har lägre värmeledningsförmåga till ca 120°C. Temperaturskillnaden är tillräckligt stor för att inte enbart kunna klassificera typ av gjutjärn utan även kunna ge information om t ex nodultal för seg- järnslegeringar och andel vermikulär grafit för kompakt- grafitlegeringar.

Claims (4)

10 15 20 25 511 655 PATENTKRAV

1. l. Anordning för termisk analys av metallsmältor innefattande två termoelement, k ä n n e t e c k n a d av att den omfattar en form (l) med en sfärisk kavitet (2), varvid det ena termoelementet (3) är placerat så att det sträcker sig genom kavitetens (2) centrala parti, en cylindrisk kanal (5) som ansluter till kaviteten (2) samt en cylindrisk del (7) som ansluter till kavitetens (2) undre parti, varvid det andra termoelementet (6) är pla- cerat vid övergången mellan kaviteten (2) och den cylind- riska delen (7).

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a d av att kanalens (5) diameter är 30-50% av den sfäriska kavitetens (2) diameter och att dess längd är minst 50% av den sfäriska kavitetens diameter.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att den cylindriska delen (7) har en diameter av 30-40% av den sfäriska kavitetens diameter och att dess längd är större än 50% av dess diameter.

4. Förfarande för termisk analys av metallsmältor medelst anordningen enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att temperaturdifferensen (ll) i temperatur/- tidkurvan för det centralt placerade termoelementet och det undre perifert placerade elementet när solidustempe- raturen bestämd medelst det centralt placerade termoele- mentet (3) uppnåtts används som ett mått på värmeled- ningsförmàgan. i: