用于确定添加到铸铁熔体中孕育剂的量的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定在具体铸造过程中向铸铁熔体中添加的孕育剂的量的方法，其包括以下步骤：-提供第一样品容器(1)和第二样品容器(2)，各个样品容器具有连接至分析设备(5)的热电偶(3，4)；-在每个样品容器(1，2)中注入一定量的熔融铁；记录在第一样品容器(1)中的铁在凝固期间的第一冷却曲线和第二样品容器(2)中的铁在凝固期间的第二冷却曲线；其特征在于，在其中的一个样品容器中，在注入熔融铁之前，在其中放置预定量的孕育剂，该量代表具体铸造过程中孕育剂的饱和水平，在具体铸造过程中向熔体中添加的孕育剂的量基于在第一冷却曲线上的最低共晶温度(TElow)和在第二冷却曲线上的最低共晶温度(TElow)的差值来确定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
根据随附权利要求I的前序部分，本专利技术涉及一种用于确定添加到铸铁熔体中的孕育剂的量的方法。
技术介绍
铸铁是常用于货车的部件的结构材料。例如用于发动机组、汽缸盖、汽缸套、主轴承盖和弹簧垫架。由于大部分的铸件不经过后续的热处理或塑性加工来改变它们的微观结构或修复它们内部的缺陷，它们的特性在铸造阶段已被大部分地确定。固相结构，也就是初始相(奥氏体)和共晶结构(奥氏体和石墨)的量和形貌，因而对铸件的特性极其重要。这些相/结构的量可以通过所谓的热分析确定，其基于样品从熔体凝固的过程中记录的冷却曲线。例如，在SE516136、SE515206和W097355184中描述的热分析。已知的使用热分析检查铸铁中相和结构的方式是基于熔融铁的液相线温度，gp，熔体开始凝固的温度。基于测量的液相线的温度与预定值的差别的多少，可以通过例如添加碳改变成品铸件的结构。然而，该已知方法没有提供内部结构成核或长大的准确的测量方法，只是仅仅提供了初始相和共晶相各自的量的大约估计。另一种已知的实践是添加孕育剂来控制铁内部结构的成核，但根据现有的方法发现很难确定孕育剂的最佳的添加量。因此，铁内部结构的成核对其特性影响很大，尤其是它的缺陷发生率和它的强度。对于成品铸件的最终特性，共晶相的结构特别的重要。然而，现有已知的方法没有提供这种相的结构的好的测量方法，这会导致强度问题并报废。因而本专利技术的目的是提出一种方法，其可靠地确定添加到铸铁熔体中的孕育剂的量，解决了上述问题或至少将它们降低到最小值。
技术实现思路
本专利技术的目的通过用于确定在具体铸造过程中添加到铸铁熔体中的孕育剂的量的方法得以实现，其包括以下步骤-提供第一样品容器(sampleholder)和第二样品容器,各个样品容器具有连接至分析设备的热电偶；-在每个样品容器中注入一定量的熔融铁；记录在第一样品容器中的铁的凝固期间的第一冷却曲线和第二样品容器中的铁的凝固期间的第二冷却曲线；其特征在于，在其中的一个样品容器中，在注入熔融铁之前，在其中放置预定量的孕育剂，该量代表该具体铸造过程中孕育剂的饱和水平(saturation level),在该具体铸造过程中向熔体中添加的孕育剂的量基于在第一冷却曲线上的最低共晶温度(TElw)和在第二冷却曲线上的最低共晶温度(TE1ot)的差值来确定。该方法精确地控制铸造过程，结果成品铸件的质量只产生轻微的变化，由于在铸造、加工和组装过程中较少的报废及更小的事故风险，因而节约了成本。根据另一种可选实施方案，用于铸造过程的孕育剂的预定量是基于具体铸造过程中的多个铸铁熔体中孕育剂的饱和程度的平均值。根据另一种可选实施方案，用于铸造过程的孕育剂的预定量是从具体铸造过程中的多个铸铁熔体中孕育剂的饱和水平中选择的值。在孕育剂含有硅的情形中，后者对共晶温度的影响有利地基于预定关系从孕育样品中计算得出。在具体铸造过程中，如果需要，孕育剂的添加量可以使熔体过度孕育或孕育不足。本方法优选涉及确定片状石墨类型铁的结构。 附图说明图I :Fe_C相图的一部分图2 :铸铁熔体的冷却曲线图3 :根据本专利技术的方法进行实验的实验设备图4:图表中示出了经过孕育和没有经过孕育的铸铁熔体样品各自的共晶温度TElow的差别ο
技术实现思路
下面通过介绍专利技术的理论
技术介绍
进行描述。熔体的凝固涉及团聚原子的小的固体核的激发，此后熔体将围绕所述核凝固。这些核的形成，也就是成核，由熔体中的总能量控制。体系，例如金属熔体中，尽量具有尽可能低的内能。具有较低内能的物质，其是在固态还是在液态取决于它的温度。熔体中形成固相必须形成一定的容积，在其中原子被以一种能量节约的方式安排。同时，在固相和液相之间形成表面原子。表面中的原子被压入到非正常占据的位置，并且需要能量使它们到达该处。当熔体凝固成固体时，假设其发生在凝固温度Tm以下，单位体积自由能Gv降低，表面能Y增加。体系的总内能的变化可通过方程式AG=A GvV+ Y A描述，其中Λ Gv是能量的总变化，V是物体的体积，A是物体的表面积。成核只在其引起系统的总内能降低时发生，即，使得AG为负值。由于表面能阻止相变，即使当温度低于其凝固点时熔体仍保持液态。这称为熔体过冷。温度低于凝固点越多，相变的驱动力越大。当温度下降很多，使得单位体积能量的减少大于形成表面需要的能量时发生成核。对于均质熔体，这种过冷可以达到几百度，但正常情况下明显较小。发生成核需要的过冷度的多少是熔体中成核难易的指标，也就是已知的熔体的成核势(nucleation potential)。铸铁的凝固模式可通过Fe-C相图进行描述，如在图I中，纵轴为温度，横轴为碳的重量百分含量。图I显示了与铸铁相关区域的碳含量，即不超过5%。相图中的线划分了铸铁在不同的温度和碳含量时的各相。相图显示了液相线I和代表共晶温度2的线。这两条线对于预测铸件产品的结构很重要。在液相线温度，奥氏体(也称为Y铁)析出。在共晶温度，碳也从剩余的熔体中开始析出。根据其结构，碳以石墨的形式析出，这对材料的特性有很大的影响。在从完全的熔融态至固态的冷却过程中，在Fe-C相图中熔体经历了不同的相。图2示意性地描绘了铸铁的凝固曲线。在1200°C曲线的平稳段“a”指示了熔体的液相线温度。在此，奥氏体开始在熔体中形成。当温度低于1150°C时，在“b”开始共晶凝固，其是熔体的最低共晶温度TE1ot。共晶凝固通过熔体中温度略微升高表示。当温度恢复平稳下降时，区域“C”，全部熔体已经变为固体形式。开始共晶析出需要的过冷度的大小，也就是TE1ot,被发现是熔体成核势的良好的指标。小的过冷度意味着好的成核势。在共晶凝固期间达到高的成核势是很重要的，因为在凝固期间这会引起石墨的均匀析出。对于铸件的好的机械特性，石墨的均匀析出是必要的，因为在凝固期间石墨体积的增加抵消奥氏体体积的减小。可通过以孕育剂的形式添加成核点而控制成核势。添加孕育剂提高了共晶凝固发生的温度。换句话说，共晶凝固开始需要的熔体过冷度更小。确定熔体中添加孕育剂的最佳的含量是很重要的。添加太少的孕育剂可能会引起不均匀或不够多的石墨析出，最坏的情形，引起形成碳化物，称为白口凝固(whitesolidification)。添加过多的孕育剂导致高的生产费用并还在铸造产品结构中引起缺陷，例如，由于石墨的膨胀。如上所述，有利的是在冷却曲线的“b”点、共晶的最小值确定熔体的成核势。这是因为在共晶凝固期间的过冷度直接影响铸件的最终结构。专利技术人通过测量发现，在具有孕育剂时铸铁熔体会变得“饱和”。这意味着在添加孕育剂的过程中，共晶凝固的温度在一定水平停止升高，即使添加更多的孕育剂也停止升高。因而，这种“饱和水平”代表着熔体的TE1ot的绝对极限，其是在熔体中可被实现的最高的共晶温度，即，最小的过冷度。以下详细描述根据本专利技术的方法，这种关系很重要，因为其得到用于铸铁熔体中多高的共晶温度能被实现的固定水平。因而，可以比较在未孕育的熔体中的成核势与稳定的参考值。下面详细描述本专利技术的方法。步骤I作为第一步，制造铸铁熔体，其通过熔化起始材料制成，例如废料、返回料、生铁和加工废料。监控熔体的组成和温度并可进行任何必要的调节。步骤2作为第二步，提供热分析实验装置。实验装置(参见图3)包括两个样品杯I和2，例如砂杯，每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·文纳斯泰因，T·比约克林德，F·维尔贝弗斯，
申请(专利权)人：斯堪尼亚商用车有限公司，
类型：
国别省市：