确定要加到铸铁中的变质剂的量的方法技术

本发明专利技术提供了评价在近共晶铸铁熔体中记录的冷却曲线的可能性。通过确定作为时间函数在试样中部熔体中产生的纯热量评价上述曲线。该信息随后用来鉴定中部记录的冷却曲线部分，该冷却曲线部分可用作确定必须加入的结构变质剂的量以制造致密石墨铸铁和／或球形石墨铸铁，和鉴定所述曲线与形成初生奥氏体相关的部分。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进的预测微观结构的方法，其中有成分中碳当量接近铁-碳相图中的共晶点的铸铁熔体将凝固。本专利技术也涉及实施该方法的装置。WO86/01755(结合作为对比文件)公开了一种使用热分析制造致密石墨铸铁的方法。从铸铁熔池中取出一试样，该试样允许在0.5-10分钟内凝固。温度被两个对温度敏感的装置同时记录，一个对温度敏感的装置安排在试样的中部，而另一个在容器壁的附近。代表作为时间函数的铸铁熔体的试样温度的冷却曲线对这两个对温度敏感的装置记录下来。按照该文件，可以确定必须加到铸铁熔体中以便得到要求的微观结构的结构变质剂的量。但是在该文件中公开的冷却曲线比较均匀和没有公开变化。为了精确确定在铸铁试样中的石墨微观结构，一般的热分析技术(如WO86/01755公开的那种)要求冷却曲线，其中由奥氏体生成造成的第一热驻点是与共晶凝固的开始引起的热释放有区别地分开。但是有时得到的冷却曲线没有这种有区别的分开的热驻点。直到现在，还不可以使用与近共晶铸铁相应的冷却曲线监视石墨的成长。WO93/20965教导其中石墨在铁之前成核的过共晶熔体不提供当温度与液相线相交时的有区别的平直段。这清楚地归因于石墨结晶有一个比铁较低的潜热释放。通过把少量的低碳铁放在熔体中，低碳铁部分地局部地熔解，而试样仍然是熔融的。当试样冷却时，由于有较低的碳当量(CE)，包住钉的残余的固体部分的比较纯的铁开始凝固。最后，当试样体积冷却低于液相线，钉的残余的固体的体积、周围的低CE和钉的熔化部分开始凝固，和激发在相反的情况下是过共晶熔体中的凝固。结果是有奥氏体平直部分显示在冷却曲线上。WO93/20965也陈述在Tδ和Tmax之间的温差可用来建立与碳当量的关系。但是WO93/20965涉及过共晶熔体，也就是其中碳当量如此高使得从主凝固得到的热释放不与冷却曲线的最小值(WO93/20965的图2(a)的阴影区)重合的熔体。因此，主凝固和奥氏体凝固是分开的。上述对比文件中没有一篇讨论关于对铸铁熔体进行热分析以便确定近共晶的熔体的碳当量。另外，WO93/20965建议对有高达4.7％的碳当量的熔体进行测量。达到这种高值是不利的，因此会有石墨的浮动和石墨形状的变性。类似地，WO93/20965的方法是不利的，因为要求过分加入低碳钢或铁到试样容器中，因此导致更高的成本和更花费劳动力的方法。本专利技术提供了评价在近共晶铸铁熔体中记录的冷却曲线的可能性。通过测定作为时间函数的在熔体试样中部产生的纯热量可评价这些曲线。随后使用该信息识别中部记录的冷却曲线部分，该部分可用作确定必须加到熔体的结构变质剂的量以产生致密石墨铸铁、和/或球形石墨铸铁和识别曲线上与形成初生奥氏体连系的部分的基础。一些术语的定义如下这里用的术语“冷却曲线”涉及作为时间函数的温度的曲线图，该图以WO86/01755，WO92/06809的方式记录。这里用的术语“发热曲线”涉及在熔融铸铁的一定区域产生的热量的曲线图。为了本专利技术的目的，这里的所有的发热曲线对位于熔融铸铁试样的中心区域测定。该区一般涉及A区。这里公开的术语“试样容器”涉及小的试样容器。当用在热分析时，试样容器装有熔融金属的试样。随后在凝固中温度用合适的方法记录下来，优选地，试样容器用WO86/01755、WO92/06809、WO91/13176(结合作为参考)和WO96/23206(结合作为参考)公开的方式设计。这里所公开的术语“取样装置”涉及一种装置，包括一个试样容器，装有至少两个用于热分析的对温度敏感的装置，所述的对温度敏感的装置在分析中浸在凝固的金属试样中，和一个充填熔融金属试样的装置。该试样容器优选地装有在WO96/23206中公开的方式的所述的传感器。这里公开的术语“结构变质剂”涉及影响在熔融铸铁中的石墨的形态的化合物。合适的化合物可从镁和稀土金属(如铈)的化合物或这些化合物的混合物中选出。在熔融铸铁中的变质剂的浓度和凝固的铸铁中的石墨形态之间的关系已在上述文件WO92/06809和WO86/01755中公开。这里用的术语“CGI”涉及致密石墨铸铁。这里用的术语“SGI”涉及球形石墨铸铁。下面参照附图说明本专利技术，附图中图1A-4A公开了冷却曲线。一根连续的线涉及在熔体中心的温度、和一般虚线涉及接近试样容器壁的温度。图1B-4B示出与图1A-4A的冷却曲线相应的A区发热区域。图1涉及常态的亚共晶铸铁和图2-3示出近共晶铸铁的曲线，包括碳当量的增加值，图4公开了涉及亚共晶铸铁的曲线。图5是控制按照本专利技术的致密石墨或球形石墨铸铁的生产的装置的示意图。图6是试样容器的示意图，其中热是沿所有方向近似均匀地传送。在测量中，试样容器装着熔化铸铁。熔化铸铁可认为是冷冻的球。A区涉及在熔化铸铁的中心的球，和B区涉及包着A区的熔化铸铁。半径r1和r2分别为A区和B区的平均半径。如上所述，本专利技术涉及改进的解释在近共晶铸铁熔体中冷却曲线的方法。冷却曲线的一个重要方面是中部记录的冷却曲线的再辉峰的最大斜率。在图1A、2A、3A中该值标为α。在与近共晶铸铁熔体相当的冷却曲线中，转折点(图中标为tp)位于接近α，和正确地测定斜率是很难的。在图2A、3A中可发现这种曲线的实例。但是，已经证明如果计算与熔化铸铁中心区(A区)相应的发热曲线则可以相当简化在α处的最大曲率的测定。这种发热曲线使可能确定在中部记录的冷却曲线的tp的位置，和检查它是否影响再辉峰的斜率。任何均匀元件的热平衡符合下式Qstored＝Qgenerated+Qin-Qout……(1)式中Qstored是被材料的热容量储存的热量；Qgenerated是材料容积产生的热量；Qin是从周围转入材料的热量；Qout是从材料转到周围的热量。在实施本专利技术时，优选地用如SE 9704411-9中公开的试样容器。在这种试样容器中，容器中的试样的传热沿所有方向近似同样的。下面说明包含在试样容器中的熔化铸铁的中心部分(图6，A区)和更周边的部分(图6，B区)之间的热传递由于A区位于熔化铸铁试样的中部，和该区可看出一个冻球，没有热量传入该区和Qin等于零。在上面公式(1)中的近似替换得到下列等式CpmAdTA/dt＝QgenA+0-4πke…… (2)式中Cp是每单位质量的热容量；mA是A区的质量；dTA/dt是每单位时A区的温度变化；QgenA是A区产生的热量；ke是材料的有效传热系数；(1/r1-1/r2)-1是对于热传递的平均距离。其中半径r1和r2在图6中限定，TA和TB分别是A区和B区的温度。从公式(2)我们可以离析出发热这一项，和计算在A区的平均体积发热QgenA＝CpmAdTA/dt+4πke…… (3)在公式(3)中，除了dTA/dt和(TA-TB)，其它变量是常数。因此等式(3)可简化为QgenA＝K1dTA/dt+K2(TA-TB)……(4)式中K1和K2为常数。因此可以从在熔化铸铁的中部和周边部分记录的一套冷却曲线计算热释放曲线。如上所述，这些计算是基于热是沿所有方向均匀传递的情形。当然本专业技术人员也可以计算相应于其它热传递条件的其它公式。如前面所述，某些铸铁熔体的碳当量影响其相应的冷却曲线和热释放曲线的形状。根据碳当量，这种冷却曲线和发热曲线可分类为下面四种模式的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定必须加到一定的铸铁中的结构变质剂的量的方法，加入这种变质剂是为了从有一个亚共晶或近共晶成分的熔融铸铁得到致密石墨铸铁或球形石墨铸铁，该方法要求一个取样装置，包括一个试样容器、作为时间的函数监督在所述的试样容器中部和接近壁处的温度，和把变质剂加到熔融铸铁中的装置，所述的方法包括下列步骤： ａ．按照在试样容器中部记录的冷却曲线第一次导数的最大值α的函数，对选定的铸造方法，校准必须加到亚共晶铸铁中的结构变质剂的量以便得到致密石墨铸铁或球形石墨铸铁； ｂ．使用一个取样装置取出一个熔融铸铁的试样； ｃ．使所述的试样在试样容器中凝固，在凝固过程中记录在试样容器中部及试样容器壁处的冷却曲线； ｄ．确定指示在试样的中部产生的热作为时间的函数的发热曲线，其中应用： ｉ．热平衡公式： Ｑ↓［ｓｔｏｒｅｄ］＝Ｑ↓［ｇｅｎｅｒａｔｅｄ］＋Ｑ↓［ｉｎ］－Ｑ↓［ｏｕｔ］ 式中：Ｑ↓［ｓｔｏｒｅｄ］－被材料热容量储存的热量； Ｑ↓［ｇｅｎｅｒａｔｅｄ］－材料容积产生的热量； Ｑ↓［ｉｎ］－从周围转入材料的热量； Ｑ↓［ｏｕｔ］－从材料转到周围的热量， ｉｉ．在步骤ｃ中记录的冷却曲线； ｅ．鉴定在步骤ｄ中得到的发热曲线上可能的局部最大点ｔ↓［ｐ］的位置，其中最大点相应于步骤ｃ中得到的中部记录的冷却曲线的奥氏体生成点，和控制是否有该奥氏体生成点影响中部记录的冷却曲线的最大斜率值的危险；和 ｆ．如果ｔ↓［ｐ］已经确定，和如果没有最大的第一次导数值α被奥氏体生成点影响的危险，使用该值α和在步骤ａ中得到的校准数据计算必须加到熔体的结构变质剂的量（Ｖａ）。 ｇ．如果ｔ↓［ｐ］已经确定，和如果ｔ↓［ｐ］－ｔ↓［α］小于门槛值ｔ↓［ｔｖ］，鉴定一个时间ｔ↓［α１］（ｔ↓［α１］＞ｔ↓［α］），在该时间中部记录的曲线第二次导数为零，确定第一次导数值α↓［１］，和使用该值α↓［１］和在步骤ａ中得到的校准数据计算必须加到一定的铸铁熔体中的结构变质剂的量。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：康尼安德松，帕特里克波佩拉日，汤姆施罗德，
申请(专利权)人：新特卡斯特有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]