DE69716110T2

DE69716110T2 - Verfahren zum beurteilen der eigenschaften von geschmolzenem gusseisen

Info

Publication number: DE69716110T2
Application number: DE69716110T
Authority: DE
Inventors: Bertil Hollinger; Sten Shao
Original assignee: SinterCast AB
Current assignee: SinterCast AB
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: KR100493178B1; CN1189743C; EP0941471A1; CZ288665B6; CZ169899A3; JP2001507791A; JP4135986B2; KR20000057381A; EP0941471B1; DE69716110D1; CN1240025A; WO1998025133A1; BR9713843A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Vorhersagen der Mikrostruktur, mit welcher ein bestimmtes Gusseisen erstarren wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens.

Hintergrund der Erfindung

WO86/01755 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Gusseisen mit Vermikulargraphit unter Verwendung einer thermischen Analyse. Eine Probe wird aus einem Bad aus geschmolzenem Gusseisen entnommen und diese Probe wird während 0,5 bis 10 Minuten erstarren gelassen. Die Temperatur wird gleichzeitig anhand zweier auf Temperatur ansprechender Mittel aufgezeichnet, von welchen eines im Zentrum der Probe und das andere in unmittelbarer Nähe der Gefäßwand angeordnet ist. Sogenannte Abkühlungskurven, welche Temperatur als eine Funktion der Zeit darstellen, werden für jedes der beiden auf Temperatur ansprechenden Mitteln aufgezeichnet. Gemäß diesem Dokument ist es dann möglich, die erforderliche Menge an strukturmodifizierenden Agenzien, welche zu der Schmelze zugegeben werden muss, um die gewünschte Mikrostruktur zu erhalten, zu bestimmen.
WO92/06809 beschreibt ein spezifisches Verfahren zum Beurteilen der durch das Verfahren von WO86/01755 erhaltenen Abkühlungskurven. Gemäß diesem Dokument wird eine thermische Analyse in einem Probengefäß, das mit einem die aktive Form des strukturmodifizierenden Mittels verbrauchenden Material beschichtet ist, durchgeführt. Dieses Material kann Oxide von Si, Mn, Fe, K und Na umfassen. Ein früh auftretendes Plateau in der Abkühlungskurve (welches aufgrund der Beschichtung oft nahe der Gefäßwand gefunden wird) bedeutet, dass Lamellargraphitkristalle nahe dem die Kurve aufzeichnenden, auf Temperatur ansprechenden Mittel ausgefällt worden sind. Eine auf dem Gebiet der Technik bewanderte Person kann durch Studieren der Kurven und durch Verwenden von Kalibrierungsdaten feststellen, ob ein strukturmodifizierendes Agens zu der Schmelze hinzugegeben werden muss, um Gusseisen mit Vermikulargraphit zu erhalten.
WO92/06810 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Gusseisen mit Kugelgraphit, wobei eine thermische Analyse in einem Probengefäß, das mit demselben Material wie in WO92/06809 beschichtet ist, durchgeführt wird.
Daher ist bekannt, wie man unter Verwendung von thermischen Analyses und beschichteten Probengefäßen vorhersagen kann, in welcher Form eine bestimmte Gusseisenschmelze erstarren wird. Jedoch ist diese Vorhersage für niedrige Konzentrationen an strukturmodifizierendem Agens nahe der Grenze zwischen Grauguss und Gusseisen mit Vermikulargraphit schwer auszuführen. Jedoch ist es oft wünschenswert, mit Gusseisenschmelzen zu arbeiten, welche eine minimale Menge an strukturmodifizierenden Agenzien enthalten. Daher besteht ein Bedarf an Vorhersagungsverfahren, welche auch in diesem Konzentrationsbereich genaue und leicht auslegbare Ergebnisse liefern.
EP 0 327 237 offenbart ein Verfahren zum Prüfen des Magnesiumgehalts einer Schmelze im Zusammenhang mit der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit. Eine geschmolzene Probe von mit Magnesium behandeltem Eisen wird in ein Probengefäß eingeführt, welches Zusatzstoffe aus Tellur und entweder Schwefel oder Selen enthält. Die Probe wird dann abkühlen gelassen und die Temperatur wird kontinuierlich überwacht.
Ein Grundgedanke bei dem Verfahren von EP 0 327 237 ist das Entfernen des gesamten aktiven Magnesiums aus der Probe, bevor die thermische Analyse ausgeführt wird. Dann kann die Schmelze mit einem graphitischen oder carbidischen Halteeffekt erstarren.
Der Grund für das Zugeben von Schwefel oder Selen zusammen mit Tellur liegt darin, dass in der Anwesenheit von Magnesium Tellur allein nicht verhindern kann, dass das Eisen mit einer graphitischen eutektischen Struktur erstarrt. Daher ist die Zugabe von Selen oder Schwefel gerade ausreichend, um einen vorher bestimmten Schwellenprozentsatz an Magnesium vollständig zu neutralisieren. Wenn der Magnesiumgehalt über dem Schwellenprozentsatz liegt, erstarrt die Schmelze als graphitisches Eisen.
EP 327 237 deutet auch darauf hin, dass das Verfahren modifiziert werden kann, um den Magnesiumgehalt von Gusseisen mit Vermikulargraphit zu steuern. In diesem Fall besagt das Dokument, dass zwei separate thermische Analysen mit unterschiedlichen Mengen an zugegebenem Schwefel benötigt werden.
GB 2,300,916 betrifft ein Verfahren zum Beurteilen der Eigenschaften von geschmolzenem Gusseisen durch Verwenden von drei Probengefäßen und Aufzeichnen von Abkühlungskurven, wobei ein Becher Tellur enthält, der zweite frei von Zusatzstoffen ist und der dritte Ferrosilicium als Zusatzstoff aufweist. Bei dem zweiten Becher wird die Differenz zwischen den höchsten und niedrigsten eutektischen Temperaturen gemessen. Eine lokale maximale Temperatur in dem Tellur-Becher wird mit den eutektischen Temperaturen für die anderen Becher verglichen. Die vorhergesagten Gusseisentypen umfassen die Lamellargraphit-Typen A bis E.
EP 0 138 499 offenbart ein Flüssigmetall-Probenentnahmegerät mit Tellur als Zusatzstoff.
GB 2,283,325 offenbart ein Verfahren für die thermische Analyse von geschmolzenem Gusseisen. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Erhalten einer ersten Abkühlungskurve des geschmolzenen Gusseisens unter Verwendung eines reinen Bechers; b) Erhalten einer zweiten Abkühlungskurve des geschmolzenen Gusseisens unter Verwendung eines zweiten Bechers, in welchem kleine Mengen (z. B. 0,5 bis 0,3 Gew.-%) Tellur enthalten sind; und c) Vergleichen der ersten Abkühlungskurve mit der zweiten Abkühlungskurve. Die beiden Kurven werden nur in Bezug auf Rekaleszenz verglichen. Eine Rekaleszenz von über null betrifft Gusseisen mit Vermikulargraphit (CGI) oder Gusseisen mit Kugelgraphit (SGI). Ein solcher Vergleich ist dann befriedigend, wenn es wünschenswert ist, während der Herstellung von SGI oder CGI zu prüfen, ob strukturmodifizierendes Agens vor dem Gießen zugegeben worden ist oder nicht. Jedoch ist das VerFahren im Grenzbereich zwischen CGI und Grauguss nicht genau genug. Bei der Herstellung von CGI und der Durchführung einer thermischen Analyse gemäß diesem in GB 2,283,325 offenbarten ungenauen Verfahren besteht die große Gefahr, dass aufgrund einer etwas zu niedrigen Konzentration von strukturmodifzierendem Agens in dem geschmolzenen Gusseisen in dem Gießling örtlich eine stellenweise Bildung von Lamellargraphit auftritt. Da das Vorliegen von Lamellargraphitstellen in der Mikrostruktur die Zugfestigkeit und Elastizitätsmodule des Eisens um 20 bis 50% verringert, ist dies ein ernstes Problem.

Zusammenfassung der Erfindung

Nun hat sich gezeigt, dass unerwartet gute Vorhersagen bezüglich der Mikrostruktur, mit welcher eine bestimmte Gusseisenschmelze erstarren wird, durch Ausführen eines Verfahrens wie in Anspruch 1 definiert gemacht werden können.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, dass leicht auslegbare Ergebnisse erhalten werden, wenn eine thermische Analyse einer Probe eines geschmolzenen Gusseisens, welches mit einer geeigneten Menge wenigstens einer das strukturmodifizierende Agens neutralisierenden Substanz behandelt worden ist, wobei diese Substanz Tellur ist, durchgeführt wird. Daher erfordert das erfindungsgemäße Verfahren kein hochqualifiziertes Personal und ist sehr gut für die Automatisierung durch Computer geeignet.
Der Begriff "Abkühlungskurve" in der hier verwendeten Bedeutung bezeichnet Graphen, welche die Temperatur als eine Funktion der Zeit während des Erstarrens einer Gusseisenschmelze darstellt.
Der Begriff "Probengefäß" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet einen Probenbehälter, welcher bei der Verwendung für eine thermische Analyse mit einer Probe geschmolzenen Metalls gefüllt wird. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls wird dann auf geeignete Weise aufgezeichnet.
Der Begriff "strukturmodifizierendes Agens" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet ein Mittel, welches die Mikrostruktur von Gusseisen beeinflusst, wobei das Mittel Tellur ist.
Der Begriff "Tellur-Becher" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet ein Probengefäß, welches mit Tellur beschichtet ist oder einen Tellur-Blob enthält. Der Tellur-Becher kann auch herkömmliche Impfmittel enthalten.
Der Begriff "FeSi-Becher" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet ein Probengefäß, welches mit FeSi beschichtet ist oder einen FeSi-Blob enthält. Der FeSi-Becher kann auch herkömmliche Impfmittel enthalten.
Der Begriff "reiner Becher" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet ein Probengefäß ohne jegliche Beschichtung oder mit einer inerten Beschichtung.
Der Begriff "Probenentnahmevorrichtung" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet eine Vorrichtung, die ein Probengefäß, welches mit mindestens einem Sensor für die thermische Analyse ausgestattet ist, wobei der/die Sensor(en) dafür vorgesehen ist/sind, während der Analyse in die erstarrende Metallprobe eingetaucht zu werden, sowie ein Mittel zum Füllen des Probengefäßes mit geschmolzenem Metall umfasst.
Der Begriff "neutralisierendes Mittel" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet ein Mittel, welches die aktive Form des strukturmodifizierenden Agens neutralisiert und Tellur umfasst.
Der Begriff "CGI" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet Gusseisen mit Vermikulargraphit.
Der Begriff "SGI" oder "SG" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet Gusseisen mit Kugelgraphit.
Die Begriffe "Lamellargraphitstellen" "und "stellenweise auftretend" wie in dieser Anmeldung offenbart betreffen Graphitlamellen, welche aufgrund einer ungenügenden Menge an strukturmodifizierendem Agens örtlich in einer CGI-Mikrostruktur ausgebildet werden können.
Der Begriff "behandelte Eisenprobe" wie in dieser Anmeldung offenbart bezeichnet eine Gusseisenprobe in einem Probengefäß, wobei das Gefäß ein die Zusammensetzung der Probe beeinflussendes Mittel enthalten oder nicht enthalten kann. So weist beispielsweise eine behandelte Eisenprobe in einem Tellur-Becher im Vergleich mit der Schmelze, aus welcher die Probe ursprünglich entnommen wurde, einen verringerten Gehalt an aktivem Magnesium auf.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei:
Fig. 1 die Grundsätze für das Zuweisen von Namen für die Variablen in der vorliegenden Anmeldung definiert;
Fig. 2 kurz die Auswirkung eines "Erweiterns" der Skala für die thermische Analyse durch Behandeln einer Gusseisenprobe mit Tellur als neutralisierendem Mittel umreisst;
Fig. 3 zeigt, welchem Gusseisentyp die gemessene Abkühlungskurve tatsächlich entspricht, wenn eine thermische Analyse einer behandelten Eisenprobe in einem Tellur-Becher durchgeführt wird;
Fig. 4A Abkühlungskurven darstellt, welche CGI, SGI, Gusseisen mit stellenweise auftretendem Lamellargraphit und Grauguss entsprechen, wobei diese Kurven in dem Zentrum eines reinen Bechers aufgezeichnet worden sind;
Fig. 4B Abkühlungskurven zeigt, welche in einem Tellur-Becher unter denselben Bedingungen und für dieselbe Charge geschmolzenen Gusseisens wie in Fig. 4A aufgezeichnet worden sind;
Fig. 5A, 5B beide Fließdiagramme bezüglich der Auslegung der durch thermische Analyse erhaltenen Kurven wie in Fig. 3 beispielhaft gezeigt darstellen. Fig. 5A betrifft einen Tellur-Becher und Fig. 5B, welche das erfindungsgemäße Verfahren betrifft, betrifft ein aus einem Tellur-Becher, einem reinen Becher und einem FeSi-Becher bestehendes Set;
Fig. 6A, 6B Beispiele für Probengefäße, die bei dem vorliegenden Verfahren verwendet werden können, zeigen;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Steuern der Herstellung von Gusseisen mit Vermikulargraphit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 ein Schliffbild ist, welches einen CGI-Gießling zeigt, welcher unzureichend mit Magnesium behandelt worden ist und, daher isolierte Lamellargraphitstellen aufweist; und
Fig. 9 ein Diagramm ist, welches die Zugbeanspruchung und 0,2% Streckspannung von 85-100%igem perlitischem Gusseisen als eine Funktion des Kugelbildungsgrades und der Temperatur zeigt.
Zuvor ist das Problem bezüglich der Lamellargraphitstellen und der Weise, wie solche Stellen die Qualität eines CGI-Gießlings beeinträchtigen können, kurz erwähnt worden. Unter einem praktischen Gesichtspunkt planen Motorenbauer die Wanddicke auf der Grundlage der inhärenten Festigkeit und Steifigkeit des ausgewählten Materials. Wenn sie beim Design mit CGI arbeiten, berechnen sie Dimensionen auf der Grundlage einer Mindestzugfestigkeit von 400 MPa. Wenn das Gießverfahren jedoch außer Kontrolle ist und die Gießlinge Lamellargraphitstellen aufweisen, kann die Festigkeit des Materials um 20 bis 50% verringert sein (siehe Fig. 9). Die Gussdimensionen (auf der Grundlage von gutem CGI berechnet) sind dann nicht stark genug, um der Arbeitsbelastung zu widerstehen. Die Wände bekommen Risse und der Motor versagt im Betrieb. Das Endergebnis ist eine extrem kostspielige Schadensersatzpflicht gegenüber dem Kunden. Daher ist klar, dass Lamellargraphitstellen in CGI-Gießlingen vermieden werden müssen.
Herkömmlicherweise haben sich Metallurgen auf drei Typen von Gusseisen bezogen: Grauguss (Gusseisen mit Lamellargraphit); CGI; und duktiles Gusseisen mit Kugelgraphit. Wenn jedoch CGI mit einer ungenügenden Menge an gestaltmodifizierendem Agens (Magnesium) hergestellt wird, kann sich eine intermediäre stellenweise auftretende Lamellargraphitstruktur bilden. Das Zentrum der eutektischen Zellen enthält Lamellargraphit, während der Umfangsbereich der eutektischen Zellen Vermikulargraphitpartikel aufweist. Überraschenderweise (siehe Fig. 8) ist gezeigt worden, dass isolierte Lamellargraphitstellen bei der Bestimmung der Festigkeit des Materials vorherrschen. Selbst ein geringer Anteil (10 bis 20%) an Lamellargraphitstellen hat den Verlust von 20 bis 50% der mechanischen Festigkeit zur Folge. Es ist daher nicht ausreichend, einfach zwischen CGI und Grauguss zu unterscheiden; das Messverfahren muss eine ausreichende Auflösung zum Erkennen des Beginns der Bildung von isolierten Lamellargraphitstellen in einem Material mit überwiegendem Vermikulargraphitanteil aufweisen.
Daher zielt die vorliegende Erfindung auf eine thermische Analyse zum Vorhersagen der Mikrostruktur, mit welcher eine bestimmte Gusseisenschmelze erstarren wird. Die thermische Analyse wird ausgeführt, indem geschmolzenes Gusseisen zu einer ein neutralisierendes Agens, d. h. Tellur, enthaltendes Probengefäß gegeben wird, wonach die Temperatur während des Erstarrungsprozesses aufgezeichnet wird. Gegebenenfalls können auch Becher mit anderen Beschichtungen wie etwa FeSi oder völlig inerte Becher (reine Becher) zusammen mit dem Tellur-Becher verwendet werden.
Die Fig. 6A und 6B zeigen zwei Beispiele für Probengefäße, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das Probengefäß (7) in Fig. 6A enthält einen Tellur-Blob (8), welcher sich in dem geschmolzenen Gusseisen (9) auflöst. Die Temperatur wird während des Erstarrens durch ein auf Temperatur ansprechendes Mittel (1) wie etwa einem Thermoelement überwacht. Fig. 6B offenbart ein komplexeres Gefäß, welches in drei Kammern (4, 5, 6) unterteilt ist. Eine Kammer (4) ist mit Tellur beschichtet, eine andere (5) ist mit FeSi beschichtet und die letzte Kammer (6) ist gar nicht beschichtet. Auf Temperatur ansprechende Mittel (1, 2, 3) sind in allen drei Kammern angeordnet. Beide Becher können normale Sandbecher, keramische Becher sein oder aus beschichtetem Stahl oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sein.
Der Grundgedanke hinter der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Bei einem Vorhersagungsverfahren des Stands der Technik werden Abkühlungskurven aufgezeichnet, die Gusseisentypen entsprechen, welche im Bereich von SGI bis Grauguss vom Typ A liegen. Bei dem vorliegenden Verfahren wird der Gehalt an strukturmodifizierendem Mittel durch Zugeben einer bestimmten Menge an neutralisierendem Mittel verringert. Daher werden Abkühlungskurven aufgezeichnet, die Gusseisentypen entsprechen, welche im Bereich von CGI bis weißem Eisen liegen, anstelle von Kurven, welche die tatsächliche Zusammensetzung der Probe darstellen.
Die Fig. 4A und 4B repräsentieren den Anstieg der Empfindlichkeit, welcher durch Ausführen der vorliegenden Erfindung erzielt wird. Fig. 4A zeigt vier Abkühlungskurven, welche CGI, SGI, Gusseisen mit Lamellargraphit und Grauguss entsprechen. Es wurde kein neutralisierendes Agens zugegeben. Die vier Kurven können voneinander unterschieden werden, doch nichtsdestoweniger folgen sie in ihrem Verlauf einander ziemlich eng. Fig. 4B zeigt entsprechende Kurven nach dem Zugeben einer vorher bestimmten Menge eines neutralisierenden Mittels. In Fig. 4A liegen alle eutektischen Plateaus innerhalb des Temperaturbereichs von 1140 bis 1150ºC. Im Gegensatz dazu liegen die maximalen Wachstumstemperaturen während der eutektischen Reaktion in Fig. 4B innerhalb des Temperaturbereichs von 1115 bis 1165ºC. Aus der Figur ist ersichtlich, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich mit dem Stand der Technik eine weit höhere Genauigkeit erzielt wird.
Die zuvor erwähnte vorher bestimmte Menge an neutralisierendem Mittel muss für das Verändern von Grauguss zu weißem Eisen wirkungsvoll sein. Tellur ist das neutralisierende Mittel und die erforderliche Menge an Tellur in dem Probengefäß beträgt mindestens 0,01 (Gew.)%, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 (Gew.)% des Gewichts der Gusseisenprobe.
Aufgrund der maximalen eutektischen Wachstumstemperatur und Rekaleszenz können Ergebnisse von behandelten Eisenproben grob in vier Kategorien eingeteilt werden. Grenzen zwischen den Kategorien werden für die verschiedenen Gießereien kalibriert. Das Folgende ist ein Beispiel für Kriterien für eine bestimmte Gießerei.
Eine in einem Tellur-Becher behandelte Eisenprobe enthält eine niedrigere Konzentration an aktivem Magnesium als ein entsprechendes unbehandeltes geschmolzenes Gusseisen. Das Ergebnis dieser Behandlung ist daher, dass die thermische Analyse in einem Konzentrationsbereich durchgeführt wird, wo im Vergleich mit dem ursprünglichen Konzentrationsbereich eindeutigere Ergebnisse erhalten werden.
Eine in einem Tellur-Becher aufgezeichnete Abkühlungskurve kann daher sehr klar zeigen, ob das Eisen eine für das Erstarren als CGI ausreichende Menge an strukturmodifizierendem Agens enthält. Sie kann auch zeigen, ob das Gusseisen mit zuviel strukturmodifizierendem Agens behandelt wurde oder nicht.
Das vorliegende Verfahren umfasst auch andere Schritte für die thermische Analyse, welche in anderen Arten von Probengefäßen, d. h. einem FeSi-Becher und einem reinen Becher, durchgeführt werden.
Eine thermische Analyse in einem FeSi-Becher sowie in einem reinen Becher liefert Informationen bezüglich sowohl des Impfgrades als auch des wirklichen Zustands des Gusseisens. Durch Bestimmen der höchsten und niedrigsten eutektischen Temperatur und der maximalen Steigung der Abkühlungskurven kann der Impfgrad berechnet werden. Wenn die niedrigste eutektische Temperatur der FeSi-Kurve viel höher ist als die niedrigste eutektische Temperatur der reinen Kurve, liegt der Impfgrad weit unter der Sättigung und Impfmittel sollten zugegeben werden. Das Gusseisen hat den Sättigungsgrad erreicht, wenn die beiden Temperaturen ungefähr dieselben sind. Wenn das Gusseisen überbehandelt wurde, weist die Abkühlungskurve von dem FeSi-Becher eine geringe Rekaleszenz und eine niedrige maximale Steigung auf.
Der reine Becher misst den tatsächlichen Zustand von Eisen und zeigt den Modifizierungs- und Impfgrad. In einem bestimmten Bereich (zusammen mit den beiden anderen Bechern geprüft) deuten eine hohe Rekaleszenz (niedrige minimale eutektische Temperatur und hohe maximale eutektische Temperatur) und eine hohe maximale Steigung auf ein gutes CGI hin, während eine niedrigere Rekaleszenz und eine geringere Steigung anzeigen, dass das Gusseisen mit zuviel strukturmodifizierendem Agens und/oder Impfmitteln behandelt wurde.
Daher zeigt eine thermische Analyse in einem Tellur-Becher, ob das geschmolzene Eisen als Grauguss, Lamellargraphitgusseisen, CGI oder SGI erstarren wird. Analysen mit dem FeSi-Becher und dem reinen Becher und die Vergleiche aller drei Abkühlungskurven erlauben eine feine und genaue Bestimmung sowohl des Impf- als auch des Strukturmodifizierungszustands.
Fig. 5A umreisst ein Beispiel bezüglich der Auslegung der Abkühlungskurven, die erhalten werden, wenn eine thermische Analyse unter Verwendung eines Telfur- Bechers durchgeführt wird. Der erste Schritt umfasst das Bestimmen der maximalen eutektischen Temperatur, Te, der Tellur-Becher-Kurve. Wenn sie niedriger als 1130ºC ist, wird das Gusseisen als Grauguss erstarren. Magnesium muss zugegeben werden. Wenn die maximale eutektische Temperatur zwischen 1130ºC und 1150ºC liegt, kann das Gusseisen als Lamellargraphitstellen enthaltendes CGI erstarren. Eine kleine Menge Magnesium muss zugegeben werden. Wenn die maximale eutektische Temperatur der Tellur-Kurve höher als 1155ºC ist, wird die Probe als CGI erstarren. Andernfalls wird sie als SGI erstarren.
Fig. 5B, welche das erfindungsgemäße Verfahren betrifft, umreisst die Auslegung der Abkühlungskurven, welche erhalten werden, wenn die thermische Analyse in einem drei verschiedene Becher, nämlich den Tellur-Becher, den reinen Becher und den FeSi-Becher, umfassenden Set durchgeführt wird. Der erste Schritt umfasst das Bestimmen der maximalen eutektischen Temperatur, Te, der Tellur-Becher-Kurve. Wenn sie niedriger als 1130ºC ist, kann das Gusseisen als Grauguss erstarren. Magnesium muss zugegeben werden.
Wenn die maximale eutektische Temperatur zwischen 1130ºC und 1150ºC liegt, wird das Gusseisen als Lamellargraphitstellen enthaltendes CGI erstarren. Mehr Information wird durch Messen der Steigungen der Rekaleszenz der in dem reinen Becher und dem FeSi-Becher aufgezeichneten Abkühlungskurven, Tno(slope) und TFesi(slope), erhalten. Wenn Tno(slope) > 0,85ºC/s und TFSi(siope) > 0,45ºC/s ist, besteht eine verringerte Gefahr der Bildung von Lamellargraphitstellen, und demgemäß muss eine geringere Menge Magnesium zugegeben werden.
Wenn die maximale eutektische Temperatur der Tellur-Kurve höher als 1150ºC ist, wird die Probe entweder als CGI oder SGI erstarren. Um zwischen CGI und SG zu unterscheiden wird die Rekaleszenz der Abkühlungskurve in dem Tellur- Becher, ΔTe, bestimmt. Wenn dieser Wert weniger als 0,5ºC beträgt, werden die entsprechenden Rekaleszenzwerte für den reinen Becher und den FeSi-Becher bestimmt. Wenn ΔTno > 6ºC und ΔTFesi > 3,5ºC sind, wird das Gusseisen als SG mit einem geringeren Kugelbildungsgrad erstarren. Andernfalls erstarrt das Gusseisen als SG.
Wenn ΔTe größer als 0,5ºC ist, werden die Minima der in dem FeSi-Becher und dem reinen Becher aufgezeichneten Abkühlungskurven bestimmt. Wenn die Differenz zwischen dem niedrigsten Wert der FeSi-Kurve und der reiner-Becher- Kurve mehr als 3ºC beträgt, ist die Gusseisenschmelze nicht ausreichend geimpft.
Schließlich werden die Rekaleszenz und die Steigung der Rekaleszenz der reiner- Becher-Kurve betrachtet. Wenn ΔTno > 10ºC und Tno(slope) > 1ºC/s sind, wird das Gusseisen als CGI erstarren. Wenn ΔTno in dem Bereich von 5 bis 10ºC liegt und Tno(slope) in dem Bereich von 0,8 bis 1ºC/s liegt, wird das Gusseisen als CGI mit hohem Kugelbildungsgrad erstarren. Andernfalls wird das Gusseisen als SG erstarren.
Die folgenden Abkürzungen sind in den Fig. 5A und 58 zu finden:
Tno = in dem reinen Becher gemessene eutektische Temperatur
Te = in dem Tellur-Becher gemessene eutektische Temperatur
TFeSi = in dem FeSi-Becher gemessene eutektische Temperatur
Te(max) = Maximum der Tellur-Becher-Kurve
TFeSi(max) = Maximum der FeSi-Becher-Kurve
Tno(max) = Maximum der reiner-Becher-Kurve
Te(min) = Minimum der Tellur-Becher-Kurve
ΔTe = Rekaleszenz der Tellur-Becher-Kurve
Te(slope) = Steigung der Rekaleszenz der Tellur-Becher-Kurve
Tno(slope) = Steigung der Rekaleszenz der reiner-Becher-Kurve
TFesi(slope) = Steigung der Rekaleszenz der FeSi-Becher-Kurve
ΔT = Rekaleszenz der reiner-Becher-Kurve
ΔTFe, ΔTFeSi = Rekaleszenz des FeSi-Bechers
TFesi(min) = Minimum der FeSi-Becher-Kurve
Tno(min) = Minimum der reiner-Becher-Kurve
Kat. 1 = Grauguss
Kat. 2 = Gusseisen mit Lamellargraphit
Kat. 3 = CGI
Kat. 4 = CGI mit hohem Kugelbildungsgrad, SG
Das Verfahren wird vorzugsweise unter Verwendung eines computergesteuerten Systems durchgeführt, insbesondere dann, wenn eine große Anzahl an Messungen durchgeführt werden muss. Ein solches computergesteuertes System ist in Fig. 7 umrissen. Während der Messung einer bestimmten Probe senden die drei auf Temperatur ansprechenden Mittel 8, 10, 12 Signale zu einem Computermittel 14, um (eine) Abkühlungskurve(n) zu erzeugen. Der Computer hat Zugriff auf Kalibrierungsdaten in einem ROM-Speichermittel 16 und berechnet die Menge an strukturmodifizierenden Agenzien und/oder Impfmitteln, welche zu der Schmelze zugegeben werden muss. Diese Menge wird einem Mittel 18 zum Verabreichen von strukturmodifizierendem Agens und/oder Impfmittel zu der zu korrigierenden Schmelze 20 gemeldet, wodurch die Schmelze mit einer geeigneten Menge solcher Agenzien versorgt wird. Die Probenentnahmevorrichtung 22 umfasst einen Tellur-Becher. Eine Probenentnahmevorrichtung 24 umfasst einen FeSi-Becher und eine Probenentnahmevorrichtung 26 umfasst einen reinen Becher.

Claims

1. Verfahren zur Vorhersage, ob die Mikrostruktur, mit welcher eine bestimmte, Magnesium enthaltende Gusseisenschmelze erstarren wird, Kugelgraphitguss, Gusseisen mit Vermikulargraphit, Gusseisen mit stellenweise auftretendem Lamellargraphit oder Grauguss ist, umfassend die Schritte:

a) Berechnung der Menge A an Tellur für das ausgewählte Gießverfahren, wobei die Menge A ausreichend ist, um die Konzentration von aktivem Magnesium in einer Probenmenge W einer Gusseisenschmelze, die als Grauguss erstarren würde, zu einer Konzentration von aktivem Magnesium in einer Probenmenge W einer Gusseisenschmelze, die als weißes Gusseisen erstarren würde, zu reduzieren;

b) Entnahme einer Probenmenge W von der Gusseisenschmelze, deren Mikrostruktur vorherzusagen ist;

c) Zugabe der in Schritt b) entnommenen Probenmenge W in ein erstes Probengefäß, welches eine Menge A an Tellur enthält, und folgend Aufzeichnung einer Abkühlungskurve in dem Zentrum der Probe;

d) Zugabe einer Probe der Gusseisenschmelze, deren Mikrostruktur vorherzusagen ist, in ein zweites Probengefäß, welches mit FeSi beschichtet ist oder einen FeSi-Blob enthält, und Aufzeichnung einer Abkühlungskurve in dem Zentrum der Probe;

e) Zugabe einer Probe der Gusseisenschmelze, deren Mikrostruktur vorherzusagen ist, in ein drittes Probengefäß, ohne jegliche Beschichtung oder mit einer inerten Beschichtung, und Aufzeichnung einer Abkühlungskurve in dem Zentrum der Probe;

f) Bestimmung der folgenden Parameter der in den Schritten c), d) und

e) erhaltenen Abkühlungskurven:

(i) die Rekaleszenz der in Schritt e) aufgezeichneten Abkühlungskurve (ΔTno);

(ii) die Rekaleszenz der in Schritt c) aufgezeichneten Abkühlungskurve (ΔTe);

(iii) die Rekaleszenz der in Schritt d) aufgezeichneten Abkühlungskurve (ΔTFeSi);

(iv) die maximale eutektische Temperatur der in Schritt d) aufgezeichneten Abkühlungskurve (TFeSi(max));

(v) die maximale eutektische Temperatur der in Schritt e) aufgezeichneten Abkühlungskurve (Tno(max));

(vi) die maximale eutektische Temperatur Te(max) der in Schritt c) aufgezeichneten Abkühlungskurve;

(vii) die Temperatur des lokalen Minimums der in Schritt c) aufgezeichneten Abkühlungskurve (Te(min));

(viii) die Temperatur des lokalen Minimums der in Schritt e) aufgezeichneten Abkühlungskurve (Tno(min));

(ix) die Temperatur des lokalen Minimums der in Schritt d) aufgezeichneten Abkühlungskurve (TFeSi(min));

(x) die Steigung der Rekaleszenz der in Schritt e) aufgezeichneten Abkühlungskurve (Tno(slope));

(xi) die Steigung der Rekaleszenz der in Schritt c) aufgezeichneten Abkühlungskurve (Te(slope));

(xii) die Steigung der Rekaleszenz der in Schritt d) aufgezeichneten Abkühlungskurve (TFeSi(slope)); und

g) Vorhersage, ob die Mikrostruktur, mit welcher eine bestimmte Gusseisenschmelze erstarren wird, Kugelgraphitguss, Gusseisen mit Vermikulargraphit, Gusseisen mit stellenweise auftretendem Lamellargraphit oder Grauguss ist, unter Verwendung der in Schritt f) erhaltenen Daten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Probengefäß eine Menge an Tellur enthält, welcher wenigstens 0,01 Gew.-% der Gusseisenprobe entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Probengefäß eine Menge an Tellur enthält, welcher 0,05 bis 0,2 Gew.-% der Gusseisenprobe entspricht.

4. Verfahren zur Herstellung eines Gießlings aus Gusseisen mit Vermikulargraphit, umfassend die Schritte:

a) Durchführung des Vorhersage-Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3;

b) Verwendung der in Schritt a) erhaltenen Daten zur Berechnung der Menge von aus der Magnesiumgruppe oder den seltenen Erden auszuwählenden strukturmodifizierendem Agens, welche zu der Schmelze zu geben ist, um Gusseisen mit Vermikulargraphit zu erhalten;

c) Zugabe der in Schritt b) errechneten Menge zur Gusseisenschmelze; und

d) Durchführung des Gießvorgangs in einer an sich bekannten Weise.