预测凝固中的铸铁的显微组织的方法技术

通过研究盛有熔融铸铁试样的试样容器中的传热，就能对该熔融铸铁试样将凝固形成的显微组织进行精确的预测。此方法还非常适于通过使用计算机而实现高度的自动化。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于预测显微组织的改进方法，某些铸铁熔体是将按这种组织凝固的。本专利技术还涉及实施此方法的设备。WO92/06809(其内容经参照已收入本文中)描述一种测定用WO86/01755的方法获得的冷却曲线的特殊方法。按照此文献，在覆有消耗有效形态的组织变质剂的材料的试样容器中实施热分析。这种材料可包含Si、Mn、Fe、K和Na的氧化物。在位于容器壁附近的特定的温度响应装置所记录的冷却曲线中的一个较早出现的平台表明由于与该覆层的相互作用，已形成片状石墨。于是就可利用校准数据确定是否需要向熔体中添加组织变质剂，以便获得致密石墨铸铁。在大型铸造厂中铸造致密石墨铸铁时，能够实现精确而可靠的对铸件显微组织的预测是极为重要的。尽管实际上已形成一些片状石墨，但有时难以解释的冷却曲线作为CGI被接受了。为提高测定冷却曲线的精确性，因而需要测定冷却曲线的替代方法，该方法可以补偿与冷却曲线的正常形态间的偏差。专利技术简述现已证明，通过研究盛有熔融铸铁试样的试样容器中的传热，就可对熔融铸铁样品将凝固形成的显微组织实施精确的预测。这种方法对于以计算机实施的自动化也是极为适宜的。定义本文所述的术语“冷却曲线”是指代表作为时间函数的温度的图形，该图形是以WO86/01755及WO92/06809中所述方式记录的。本文所用的术语“生热曲线”指的是展示作为时间函数的，产生于熔融铸铁特定区域中的热的图形。出于本专利技术的目的，本文中的生热曲线分别针对位于熔融铸铁试样中心的区域(A区)进行测定及对位于熔融铸铁试样周边区域(B区)进行测定的。下文将进一步描述测定生热曲线的方法。本文所述的“试样容器”指的是一种小的盛放试样的容器，当用于热分析时，它盛满了熔融金属的试样。然后以一种适宜的方式，在凝固过程中记录熔融金属的温度。最好按WO86/01755，WO92/06809，WO91/13176(其内容经参照已结合在本文中)，WO96/23206(其内容经参照已结合于本文中)或PCT/SE98/02122中所述的方式设计试样容器。本文所述的“取样装置”指的是这样的装置它包括装有至少2个用于热分析的温度响应器的试样容器，所述响应器打算在分析过程中被浸没在正在凝固的金属试样中，并且该装置还包括将把金属液充于试样容器中的装置。最好以WO96/23206的图2或PCT/SE 98/02122中所述的方式在试样容器中装设所述的传感器。本文所述的“组织变质剂”指的是影响熔融铸铁中石墨形态的化合物。可在Mg和稀土金属，如Ce或这些化合物的混合物中选择适用的化合物。熔融铸铁水中各种变质剂浓度间的关系已在上述的文件WO92/06809和WO86/01755中讨论过了。本文所述的术语“CGI”指的是致密石墨铸铁。本文所述的术语“SGI”指的是球墨铸铁。附图现参照附图陈述本专利技术。附图说明图1是可用于本专利技术的试样容器的示意图。在这种试样容器中，热沿各个方向均匀传播。因此盛在这种试样容器中的熔融铸铁试样可被认为是一种正在凝固的球体。在此图中，该正在凝固的球被分成2个区，A和B。半径r1和r2分别指的是A和B区的平均半径。图2描绘了CGI的冷却曲线及相应的生热曲线。在图2-7中，采用如下的简称TA＝中心记录的冷却曲线；TB＝周边记录的冷却曲线；PA＝在中心生成的热；PB＝在周边生成的热。图3记载了低球化率的CGI的冷却曲线及相应的生热曲线。在测量过程中，由于与容器壁覆层的反应，在试样容器中形成片状石墨。图4记载了高碳当量含量的铸铁的冷却曲线及相应的生热曲线。图5记载了接近共晶的铸铁的冷却曲线及相应的生热曲线。图6记载了共晶的或过共晶铸铁的冷却曲线及相应的生热曲线。图7记载了片状石墨灰铸铁的冷却曲线及相应的生热曲线。图8是本专利技术的控制产生致密石墨铸铁的设备的示意图。对本专利技术的详细描述如上所述，本专利技术涉及通过测量试样中的放热来对特定的熔融的铸铁试样将要凝固形成的显微组织作预测。本专利技术尤其是涉及确定2个试样区(一个在试样中心的中心区，一个包围该中心区的试样周边区)和周围环境之间的传热。通过对于代表作为时间函数热导数的曲线的研究，就可能实现精确的预测。下述关系式可说明任何均匀单元的热平衡Q储存＝Q生成+Q入-Q出(1)其中Q储存是因材料的热容而贮存的热量，Q生成是该材料本体生成的热量，Q入是从周围传入此材料中的热，而Q出是从该试样本体传往其周围的热。当实施本专利技术时，采用SE9704411-9中所公开的试样容器是有利的。在这种试样容器中，该容器中的试样内的传热在所有方向上是大致相同的。现在描述盛在试样容器中的熔融铸铁的中心(图1之A区)和较偏于周边的部位(图1之B区)之间的传热。由于A区位于这种正在凝固的球体的中心，所以没有热传入该区，因而Q入等于0。适当代换上述关系式(1)，给出下面的式子CpmAdTA/dt＝QgenA+0-4πke (2)其中Cp是单位质量的热容量、mA是A区的质量、dTA/dt是单位时间中A区的温度变化，Ke是该材料的有效传热系数而(1/r1-1/r2)-1是平均的传热距离。半径r1和r2在图1中定义。TA和TB分别是A和B区的温度。从式(2)我们可以分离出在A区的生热项，并算出该区中平均总的产生的热QgenA＝CpmAdTA/dt+4πke(3)在式(3)中，除dTA/dt和(TA－TB)之外，其它的变量是常数，因此可将式(3)化简为QgenA＝k1dTA/dt+k2(TA-TB)(4)其中K1和K2是常数。因而可从在熔融铸铁试样的中心和周边记录的一组冷却曲线算出与A区相应的生热曲线。B区的热平衡与A区的热平衡相似，但热既(从A区)传入该区，又从其中传出(传至周围环境)。因此关系(1)中的Q入项不等于0。在式(1)中作适当的代换得出以下式CpmBdTB/dt＝QgenB+4πke- (5)其中除按式(2)和(3)定义的各变量之外，h是对传热至周围环境的对流热损失，TS是环境温度，εABσ是Stefan-Boltzmann幅射定律中的适当的常数。致于最后一项，我们可以假设总的辐射热损失和对流热损失间的比是不变的C＝εAB/h(6)因而我们可以导出B区的生热项QgenB为QgenB＝CpmBdTB/dt-4πke+h (7)在上式(7)中，除dTB/dt，(TA-TB)及TB外，所有的变量均不变。因而可将式(7)化简为QgenB＝k3dTB/dt-k4(TA-TB)+k5TB+k6TB4-k7(8)通过将式(4)和(8)使用在以WO86/01755和WO92/06809的方式记录的冷却曲线上，我们就可确定相应的生热曲线。图2A-6A公开了不同类型的冷却曲线而图2B-6B公开了相应的生热曲线。如上所述，这些计算是以热沿所有方向被均匀传递的状态为基础进行的。本
的普通技术人员当然可以确定与其它传热条件相对应的其它方程式。与相应的冷却曲线相比，不同类型的生热曲线之间有较大的区别。就CGI(图2)而言，代表在B区中放热的曲线包括2个明显的峰，一个较小，一个较大，而低球比率的CGI(图3)的放热是如此之大，以致这2个峰难以区分开。这也适用于与高碳当量铸铁相关的曲线(图4)。主要的奥氏体峰在A区曲线是明显可见的。在代表接近共晶铸铁的生热曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产ＣＧＩ铸件或任选地生产ＳＧＩ铸件的方法，它需要一个取样装置、至少２个记录冷却曲线的装置、及将组织变质剂加于将由其产生所述铸件的熔融铸铁的装置，所述方法包括如下步骤： ａ）提供将由其生产所述铸件的熔融铸铁的试样，再将所述试样加于试样容器中； ｂ）同时在距该试样容器中心的距离ｒ↓［１］和ｒ↓［２］等处记录至少２条冷却曲线； ｃ）用得自ｂ）中的信息确定至少２条生热曲线； ｄ）将得自ｃ）中的所述生热曲线与事先确定的代表组织变质剂已知浓度的生热曲线对比，该事先确定的生热曲线是以与步骤ａ）、ｂ）和ｃ）相同的条件确定的； ｅ）根据于步骤ｄ）中所作的对比确定欲加于该熔体中的组织变质剂的量； ｆ）使所述的添加组织变质剂的装置以一修正量将该变质剂加于熔体中，及 ｇ）以本身公知的方式实施铸造作业。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P普皮拉，C安德森，
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]