SE515846C2 - Förfarande för bedömning av egenskaperna hos smält gjutjärn - Google Patents

Description

25 30 35 515 846 I ett järn-kol-jämviktsdiagram är det bekräftat att en eutektisk temperatur för grafit (stabiliserat eutektikums temperatur) är 1153°C och en eutektisk temperatur för cementít är 1147°C.

Emellertid visar var och en av dessa temperaturer en ideal så- dan, men dessa temperaturer används inte för bedömning av egenskaperna hos smält gjutjärn.

Det är inom teknikens område redan välkänt att dessa eutektiska temperaturer förändras av kisel- och krom- (Cr) innehåll i gjut- järn. Om kiselinnehållet i gjutjärn ökas, kommer en eutektisk temperatur för grafit att ökas och en eutektisk temperatur för cementít att minskas, och à andra sidan kommer den eutektiska temperaturen för cementít att ökas om krominnehållet i gjutjärnet ökas.

Därefter, vid mätning av en stelningskurva för smält gjutjärn, har vi studerat för att bedöma egenskaperna hos gjutjärn enligt de eutektiska, grafiteutektiska och cementiteutektiska temperaturer- na hos smältgjutjärn.

Hos tidigare teknik finns ett förfarande för fastställande av egen- skaper hos gjutjärn genom utnyttjande av en kylningskurva för detta, vid vilket förfarande tellur (Te) tillsätts till smält gjutjärn för att därigenom bringa detta att stelna i form av cementiteutekti- kumomvandling, samt kol- (C) och kisel- (Si) innehåll i gjutjärn mäts vart och ett genom användande av en kylningskurva för smält gjutjärn utifrån kylningskurvan för cementiteutektikumom- vandfing.

Enligt det ovannämnda förfarandet, i det fallet att samtliga ke- miska komponenter i det smälta gjutjärnet, förutom kol och kisel inkluderande spårelement, ej har förändrats, kan kol- och kisel- innehållet i smält gjutjärn erhållas med hjälp av förfarandet för mätning av den eutektiska temperaturen för cementít hos detta.

Om de kemiska komponenterna i smält gjutjärn emellertid är nå- got förändrade, är det mycket svårt att bedöma kol- och kiselin- 10 15 20 25 30 35 515 846 nehàllet, eftersom den eutektiska temperaturen för cementit kommer att förändras tillsammans med förändringen av kompo- nenterna i det smälta gjutjärnet.

Vid förfarandet för mätning av den eutektiska temperaturen för cementit hos smält gjutjärn erhålls en kolekvivalent (CE = C + 1/3 Si) utifrån en primärkristalltemperatur hos detta, och därefter erhålls kiselinnehållet utifrån den eutektiska temperaturen för cementit och därför är det omöjligt att analysera innehållet av mangan (Mn) i smält gjutjärn.

Eftersom egenskaperna hos gjutjärn beror av komponenterna och kylningshastigheten, även om komponenterna är desamma, mäts antalet eutektiska celler, krympning, styrka och hårdhet hos gjutjärn vanligtvis genom flera tester efter att det smälta gjutjär- net har stelnat.

Med hänsyn till vad som ovan sa-gts är det ett huvudsyfte med uppfinningen att tillhandahålla ett förfarande för bedömning av egenskaperna hos smält gjutjärn innan detta hålls i en gjutform.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett förfarande för bedömning av egenskaperna hos smält gjutjärn genom att beakta förändringen av en eutektisk temperatur för cementit, eutektisk temperatur för grafit och eutektikumstelnings- temperatur hos smält gjutjärn.

Enligt uppfinningen består förfarandet för bedömning av egen- skaperna hos smält gjutjärn i användande av tre provkärl för ut- förande av termisk analys på smält gjutjärn, under tillsats av till- satsmedel för att gynna bildning av vitt gjutjärn i det första prov- kärlet samt ihällning av smält gjutjärn i det första provkärlet för mätning av den eutektiska temperaturen för cementit (TEC), mätning av eutektikumstelningstemperatur hos smält gjutjärn som hälls i det andra provkärlet utan tillsats av något tillsatsme- del till detta, mätning av eutektisk temperatur för grafit (TEG) . . ~ . m 10 15 20 25 30 35 - . « . .- hos smält gjutjärn som hälls i ett tredje provkärl, i vilket grafiti- seringsmedel finns tillsatt, samt inspektering av förhållandet mellan den ovan nämnda eutektiska temperaturen för cementit (TEC) och den eutektiska temperaturen för grafit (TEG) med hänsyn till förändringen av den ovan nämnda eutektikumtempe- raturen hos det smälta gjutjärnet.

Enligt uppfinningen finns ungefär 0,2 till 1,0 viktprocenttellur (Te) i det första provkärlet som tillsatsmedel för att gynna bild- ning av vitt gjutjärn. Det är möjligt att byta ut selen (Se), vismut (Bi) och krom (Cr) mot ungefär 50 viktprocent av tellur som skall tillsättas. l detta fall, om kiselinnehållet i grafitiseringsmedlet är mindre än 30 viktprocent, kommer grafitiseringsförmàgan att avsevärt minska. Om à andra sidan kiselinnehållet i grafitiseringsmedlet är större än 97 viktprocent, kommer grafitiseringsförmàgan att minska. Fastän kol är en effektiv substans för grafitisering av smält gjutjärn, kommer grafitiseringsförmàgan att minskas om kolinnehållet i grafitiseringsmedlet är mindre än 30 viktprocent.

KORT BESKR|VNlNG AV RITNlNGARNA Uppfinningen illustreras på exemplifierande sätt i de bifogade ritningarna, vilka utgör del av denna ansökan och på vilka: Fig1 visar en schematisk illustrering av tre provkärl och en apparatur för plottning av en kylningskurva, vilka utför uppfinningen; Fig 2 är ett diagram som förklarar en kylningskurva för smält gjutjärn som erhållits medelst de i Fig 1 visade provkär- len och apparaturen; Fig 3 är ett diagram som visar ett förhållande för en tempera- turdifferens (AT) mellan den högsta eutektiska tempera- turen (TEM) och den lägsta eutektiska underkylnings- 10 15 20 25 30 35 5.15 846 1 » | . | - . - | n temperaturen (TES) på grund av variation av innehållet av krom (Cr) i smält gjutjärn samt vitdjupet; är ett diagram som visar ett förhållande hos en tempera- turdifferens (AT) mellan den lägsta eutektiska underkyl- ningstemperaturen (TES) och den eutektiska tempera- turen för cementit (TEC) på grund av variation av inne- hållet av krom (Cr) i smält gjutjärn samt vitdjupet; är ett diagram som visar ett förhållande för AT1/T3 på grund av variation av krom i smält gjutjärn och vitdjupet; är ett mikroskopfoto som visar den gjutjärnsstruktur som bildats utifrån smält gjutjärn med ett ATi/ATS-värde av 0,73 och som hälls i det andra provkärlet, i vilket inget tillsatsmedel tillförts; är ett mikroskopfoto som visar den gjutjärnsstruktur som bildats utifrån smält gjutjärn med ett AT1/AT3-värde av 0,56 och som hälls i det andra provkärlet, i vilket inget tillsatsmedel tillförts; är ett mikroskopfoto som visar den gjutjärnsstruktur som bildats utifrån smält gjutjärn med ett AT1/AT3-värde av 0,25 och som hälls i det andra provkärlet, i vilket ej något tillsatsmedel är tillfört; och är ett mikroskopfoto som visar den gjutjärnsstruktur som bildats utifrån smält gjutjärn med ett ATl/ATS-värde av 0,10 och som hälls i det andra provkärlet, i vilket ej något tillsatsmedel är tillfört.

Fig 4 Fig 5 Fig 6 Fig 7 Fig 8 Fig 9 DETALJERAD BESKRIVNING Uppfinningen skall nu förklaras mer i detalj med hänvisning till ritningarna.

Såsom visas i Fig 1 är tre provkärl, dvs de första, andra och tredje kärlen 1, 2 och 3, vilka har ett konventionellt termoelement 4, vart och ett förbundna med en kylningskurveregistreringsan- ordning 7, såsom en konventionell CE-meter. 10 15 20 25 30 35 5,15 846 - , 1 . u» Som ett av tillsatsmedlen för strukturmodifiering är en liten kvantitet av tellur (Te) placerad i det första kärlet 1, medan det andra kärlet 2 är fritt från tillsatsmedlet och 75 viktprocent av ferrokisel 6 är placerat i det tredje kärlet 3.

De följande fem proverna av smält gjutjärn innefattande kol (C), kisel (Si), magnesium (Mn) och krom (Cr) bereddes: Prov I: 3,1% kol (C), 1,6% kisel (Si), 0,75% mangan (Mn) och 0,12% krom (Cr); Prov ll: 3,1% C, 1,6% Si, 0,75% Mn och 0,37% Cr; Prov lll: 3,1% C, 1,6% Si, 0,75% Mn samt 0,63% Cr; Prov IV: 3,1% C, 1,6% Si, 0,75% Mn och 0,91% Cr; Prov V: 3,1% C, 1,6% Si, 0,75% Min och 1,38% Cr.

Genom användning av en konventionell CE-meter och provkärlen 1, 2 och 3 samt apparaturen 7 hos uppfinningen mäts svalningen hos vart och ett av proverna I - V och förhållandet mellan vitdju- pet och kylningskurvan hos vart och ett av proven undersöks för vart och ett av dessa.

Den kylningskurva som erhålls utifrån de prover som hälls i det andra provkärlet 2, i vilket ej någon tillsats förekommer, visas som en streckad linje 9 i Fig 2.

Hos denna kylningskurva 9 är temperaturdifferensen (AT) mellan den högsta eutektiska stelningstemperaturen (TEM) och den lägsta eutektiska underkylningstemperaturen (TES) hos smält gjutjärn konventionell och vanligtvis bedöms det som att denna temperaturdifferens (AT) är relaterad till vitdjupet. 10 15 20 25 30 35 515 846 . . - - m Enligt den l Fig 2 visade kylningskurvan 9 kan temperaturskillna- den (AT) mellan den högsta eutektiska stelningstemperaturen (TEM) och den lägsta eutektiska underkylningstemperaturen (TES) hos vart och ett av proverna l- V plottas såsom visas i Fig 3. Från Fig 3 kan noteras att det ej förekommer någon rela- tion mellan temperaturdifferensen (AT) och vitdjupet.

En kylningskurva 10 i Fig 2 visar den eutektiska temperaturen för cementit (TEC), vilken är erhållen utifrån den smälta av gjutjärn som hälls i det första provkärlet 1, i vilket tellur (Te) hälls.

I Fig 2 är temperaturdifferensen mellan den lägsta eutektiska underkylningstemperaturen (TES) i kylningskurvan 8 och den eutektiska temperaturen för cementit (TEC) i kylningskurvan 10 angiven med AT1.

Temperaturdifferensen (AT1) och_ vitdjupet hos vart och ett av proverna l - V kan plottas såsom visas i Fig 4.

Av Fig 4 kommer det att framgå att då innehållet av krom i vart och ett av proverna föreligger i samma mängd, temperaturdiffe- rensen (AT1) mellan den lägsta eutektiska underkylningstempe- raturen (TES) har en definitiv relation till vitdjupet, men om inne- hållet av krom i det smälta gjutjärnet förändras så kommer för- hållandet mellan temperaturdifferensen (T1) och vitdjupet att försämras.

Dessutom kommer det utifrån kylningskurvorna som erhålls från provkärlen 1, 2 och 3 att noteras att i enlighet med förhållandet mellan temperaturdifferensen (AT3) mellan den eutektiska tem- peraturen för grafit (TEG) och den eutektiska temperaturen för cementit (TEC) och temperaturdifferensen (AT1) mellan den lägsta eutektiska underkylningstemperaturen (TES) och den eu- tektiska temperaturen för cementit (TEG) (AT1/AT3)-värden har en nära relation med varandra. 10 15 20 25 515846 Fig 5 visar ett förhållande mellan det vitdjup som erhålls genom användning av ett kylningsteststycke och (AT1/AT3)-värden.

Om innehållet av krom i det smälta gjutjärnet förändras, kommer förhållandet mellan temperaturdifferensen (AT1) mellan den lägsta eutektiska underkylningstemperaturen (TES) och den eu- tektiska temperaturen för cementit (TEC) och vitdjupet ej att vara i gott tillstånd, men genom att använda den ovannämnda relatio- nen (AT1/AT3) så kommer förhållandet mellan denna och vitdju- pet att förbättras.

Som ett resultat av undersökning av den struktur hos gjutjärn som erhållits från det tredje provkärlet 3, i vilket 75% ferrokisel är placerat, är all typ av grafit av typen A.

Följaktligen, såsom framgår av Fig 6, 7 och 8, skall det att note- ras att det föreligger en signifikant relation bland AT1/AT3-vär- den, typerna av grafit samt fördelningen av grafit i gjutjärnet.

På de ritningar som illustrerar mikrostruktur hos gjutjärn visar Fig 6 den struktur som har ett AT1/AT3-värde av 0,73, visar Fig 7 den struktur som har ett ATl/ATS-värde av 0,56, visar Fig 8 den struktur som har ett AT1/AT3-värde av 0,25 och visar Fig 9 den struktur som har ett AT1/AT3-värde av 0,10.

Egenskaperna hos dessa strukturer, svalningstid, AT1/AT3- värde, typ av grafit, styrka, hårdhet, krympning, innehåll av kar- bid och antal av eutektiska celler visas i Tabell l. 10 15 20 25 30 35 515 846 ., vi: 9 TabeHl Svalning AT1/AT3 Typ av Styrka Hàrdhet Krympning Karbid Antal Qfaflï eutektiska celler (minut) (N/mm2) (HB) (%) (/cm2) ) 0 0,73 A 311 201 Ja 0 145 5 0,56 E 290 201 Nej 0 125 15 0,25 D 248 223 Nej 0,1 95 25 0,10 D 277 235 Nej 1,2 81 Utifrån den i Fig 6 till 9 visade mikrostrukturen kommer det att vara möjligt att inse att om AT1/.AT3-värdena är närmare 1 så kommer i gjutjärnet fördelad grafit att vara av A-typ, och om å andra sidan AT1/AT3-värdena är närmare 0, är grafiten ej uni- formt fördelad i gjutjärnet.

Dessutom framgår det av Fig 6 till 9 och den ovan visade tabel- len 1 att om typen av grafit minskar, så minskas gjutjärnets styr- ka samt antalet av eutektiska celler i detta. l det fallet att AT1/AT3-värdet är 0,25, kommer gjutjärnshärdhe- ten att vara ökad på grund av att en liten kvantitet av karbid bil- das däri, och i det fallet där T1/T3-värdet är 0,10 bekräftas exis- tensen av karbid i strukturen.

Utifrån det föregående finner man att AT1/AT3-värdet och antalet av eutektiska celler är nära relaterade till varandra.

Som konsekvens av det ovanstående, även om AT1/AT3-värdena väljs genom utnyttjande av temperaturdifferensen (AT2) mellan ~ l i » m 'IO 15 20 515846 t» .u 10 den högsta eutektiska stelningstemperaturen (TEM) och den eu- tektiska temperaturen för cementit (TEC), är det inte nödvändigt att beakta relationen mellan de två så länge som den högsta eutektiska stelningstemperaturen inte är samma som den eutek- tiska temperaturen för grafit (TEG). Positionen hos den högsta eutektiska stelningstemperaturen (TEM) mellan den eutektiska temperaturen för cementit (TEC) och den eutektiska temperatu- ren för grafit (TEG) kan beskrivas genom arean hos sidan för den eutektiska temperaturen för cementit (TEC) och arean hos sidan för den eutektiska temperaturen för grafit (TEG).

Dessutom är det möjligt att bedöma egenskaperna hos det smälta gjutjärnet genom att granska primärkristalliseringstempe- raturen (Tr), kolekvivalenten, temperaturdifferensen (AT) mellan den högsta eutektiska temperaturen (TEM) och den lägsta eu- tektiska underkylningstemperaturen (TES), samt relationen mel- Ian temperaturen och tiden vid _det eutektiska stelnandet hos smält gjutjärn.

Såsom fastslagits tidigare kan egenskaperna hos smält gjutjärn bedömas före ihällning av detta i en gjutform genom gjutnings- testet. . : : v | v

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 515 846 11 Patentkrav

1. Förfarande för fastställande av strukturen hos gjutjärn, inne- fattande stegen: (a) mätning av eutektisk temperatur för cementit (TEC) hos smält gjutjärn som hällts i ett första provkärl, i vilket ett medel som motverkar grafitbildning hålls; (b) mätning av en eutektisk stelningstemperatur hos smält gjut- järn som hälls i ett andra provkärl, vilket är fritt fràn tillsatsme- del; (c) mätning av eutektisk temperatur för grafit (TEG) hos smält gjutjärn som hälls i ett tredje provkärl, i vilket ett grafitiserings- medel finns; (d) analysering av kvoten ( AT1/AT3) mellan en temperaturskill- nad ( AT1), vilken är skillnaden mellan den lägsta eutektiska un- derkylningstemperaturen (TES) och den eutektiska temperaturen för cementit (TEC), och en temperaturskillnad (ATS), vilken är skillnaden mellan den eutektiska temperaturen för grafit (TEG) och den eutektiska temperaturen för cementit (TEC).

2. Förfarande enligt krav 1, vid vilket det smälta gjutjärnet sam- tidigt hälls i vart och ett av de första, andra och tredje provkär- len.

3. Förfarande enligt krav 1, vid vilket medlet som motverkar gra- fitbildning är valt från den klass som består av tellur, selen, vis- mut och krom. d

4. Förfarande enligt krav 1, vid vilket grafitiseringsmedlet inne- håller omkring 30 till 97 viktprocent kisel. 515 846 K , . - | | . ø - I - ~ »- 12

5. Förfarande enligt krav 1, vid vilket grafitiseringsmedlet inne- håller omkring 30 viktprocent kol.