生產(chǎn)含有蠕蟲狀石墨的鑄鐵的方法及鑄鐵件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生產(chǎn)鑄鐵，尤其是含有蠕蟲狀石墨的鑄鐵的方法，其包括以下步驟：生產(chǎn)熔體；確定所述熔體的硫含量并確定所述熔體的普通溫度相關(guān)的氧活性；分離熔體的兩部分作為第一測試熔體和第二測試熔體；并確定兩個測試熔體各自冷卻曲線的至少兩個點，并添加通過孕育劑方程確定的、基于冷卻曲線上已確定點的量的孕育劑。所述方法用于提高從熔體形成蠕墨鑄鐵（GJV）的可靠性。因此，本發(fā)明特別地給出了一種相應(yīng)地改善的生產(chǎn)方法。
【專利說明】生產(chǎn)含有蠕蟲狀石墨的鑄鐵的方法及鑄鐵件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生產(chǎn)鑄鐵的方法及通過所述方法生產(chǎn)的鑄件。
【背景技術(shù)】 [0002]鑄件和含有蠕蟲狀石墨的鑄鐵是已知的現(xiàn)有技術(shù)，并用于(除其他之外)生產(chǎn)燃機，例如用于曲柄箱。含有蠕蟲狀石墨的鑄鐵，在德文中縮寫為“GJV”，在英文中縮寫為“CGI”(compacted graphite iron,螺墨鑄鐵),并標(biāo)準(zhǔn)化于IS016112中。所述標(biāo)準(zhǔn)指定鑄鐵結(jié)構(gòu)的石墨相包括最大量為20%的球狀石墨，而其余的石墨應(yīng)具有蠕蟲形狀。
[0003]為從鑄鐵熔體中獲得蠕蟲狀石墨，向熔體中添加額外的元素，尤其是鎂(Mg)。其他的選擇是用鑭(La)和鈰(Ce)。問題是，典型地，向熔體中提供氧與硫(即使在前面大量脫硫之后)，它們與加入的鎂反應(yīng)，因此，引起石墨的蠕蟲狀或球狀構(gòu)型的未反應(yīng)的鎂的量降低了。
[0004]傳統(tǒng)地，為了確定所需鎂的量，要相對精確地測量熔體中的硫含量。但是，不是經(jīng)?？紤]氧，因此，會發(fā)生加料錯誤?？紤]氧的改進(jìn)的方法在普通溫度下，通過振動槍(Vibrationslanze)測定氧活性，使得可以考慮鎂被氧結(jié)合的作用。因此，所測得的氧含量針對的是一個具體的普通溫度，例如1420°C。于是，使用了一個事實，即當(dāng)向熔體中加入鎂時，氧活性下降，而游離鎂的含量得以進(jìn)一步提升。這樣，鎂的劑量能夠通過氧活性推出，具體來說針對1420°C。
[0005]但是，已經(jīng)體現(xiàn)出來的是由此提高的鎂的劑量不總是足夠可靠地生產(chǎn)CGI。一個原因是將額外的合金加入了熔體，例如，用于抑制碳化鐵(Fe3C)生成的孕育體。
[0006]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氧活性測定的特征為平衡2Mg+ O2^ 2MgO。但是，此式不能捕捉到生成結(jié)構(gòu)時足夠精確的條件。
[0007]另外，為提供標(biāo)準(zhǔn)ISO 16112對CGI強制規(guī)定的石墨構(gòu)型，使用樣本熔體及它們冷卻曲線通常不是很可靠。尤其，簡單的冷卻曲線(在含一個腔室和一個熱敏元件的坩堝中對樣本熔體的簡單熱分析)關(guān)于形成的石墨形態(tài)的指示十分少。在這方面，進(jìn)一步改進(jìn)了分析方法(在含一個腔室和兩個熱敏元件的坩堝中對樣本熔體的熱分析)，但是，沒有充分地考慮熔體批次對單個選定的孕育劑(在坩堝中沒有孕育劑)的反應(yīng)性質(zhì)，這導(dǎo)致在此方法中孕育劑的劑量有很大的不確定性。
[0008]因為孕育劑對很多熔體批次的作用的長期差異，通過測量氧活性或通過熱分析不可能保持根據(jù)ISO 16112的球狀石墨部分的限制。但是，這對CGI結(jié)構(gòu)形成和安全生產(chǎn)特別重要。孕育劑的不同化學(xué)組合物通過核的形成影響石墨形成。因此，已知的是，例如大部分情況下將Mn與S —起(作為MnS)提供作為石墨層狀構(gòu)型的核，而在蠕蟲狀及球狀構(gòu)型中，發(fā)現(xiàn)大部分情況下MgS為核。但是，盡管氧活性相同，也有可能提供不同數(shù)目的核和成核速率。因此，從已知氧活性不能夠直接得出孕育劑在較長的生產(chǎn)期間內(nèi)對不同熔體進(jìn)料的效力的結(jié)論。
[0009]對很多熔體進(jìn)料而言,核量(Keimhaushalt)的變化越來越重要，并導(dǎo)致在鑄造組件時孕育劑添加量的不準(zhǔn)確。這些不同反過來使無孕育劑的測試坩堝中獲得的冷卻曲線不再可行。特征曲線各點一致，使得根據(jù)已知的現(xiàn)有技術(shù)，回歸曲線不再能預(yù)測組件中的結(jié)構(gòu)形成。但是，測量窗口必須維持適合加工。
[0010]從U.S.5，758，706中得知了一種確定用于生成鑄鐵的孕育劑的用量的方法，其中，在特定的時間間隔下周期性地從熔體中取樣，并從冷卻曲線中確定碳當(dāng)量。當(dāng)通過預(yù)先確定的值或其他值從已知值推導(dǎo)出碳當(dāng)量和/或樣本的結(jié)構(gòu)性質(zhì)時，則或者相應(yīng)地修改熔體的碳當(dāng)量，或者向熔體中加入結(jié)構(gòu)改性劑或孕育劑。U.S.5，758，706的方法很復(fù)雜，這也導(dǎo)致結(jié)果的不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的一個目標(biāo)是提高從熔體形成CGI的可靠性；具體來說本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種相應(yīng)地改進(jìn)的生產(chǎn)方法。
[0012]所述目標(biāo)通過權(quán)利要求1所述方法得以實現(xiàn)。
[0013]具體來說，所述目標(biāo)通過生產(chǎn)鑄鐵，尤其是含有蠕蟲狀石墨的鑄鐵的方法得以實現(xiàn)，包括以下步驟:生產(chǎn)熔體；確定熔體的硫含量并針對普通溫度(a0普通溫度(Normaltemperature))確定熔體的氧活性；并基于熔體的硫含量及針對普通溫度的熔體普通溫度的氧活性確定應(yīng)添加的一種結(jié)構(gòu)改性劑的量或應(yīng)添加的多種結(jié)構(gòu)改性劑的量；分離熔體的兩部分(其優(yōu)選在一個或多個坩堝中冷卻)作為第一和第二樣本熔體。在樣本熔體冷卻期間，溫度測量設(shè)備測量每條冷卻曲線的至少兩點。這樣，對于第一及第二樣本熔體，冷卻曲線上各個分別的點能夠區(qū)分開。最終，根據(jù)孕育劑方程(Impfmittelformel)，添加作為冷卻曲線的已確定點的函數(shù)的孕育劑量(Impfmittelmenge)的孕育劑(Impfmittels)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同時提供對多個參數(shù)的反應(yīng)時能夠優(yōu)化鑄鐵的質(zhì)量。這些參數(shù)具體為硫含量、熔體的普通溫度相關(guān)的氧活性及熔體的冷卻性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，通過添加一種或多種結(jié)構(gòu)改性劑提供對所述的前兩個參數(shù)的作用，而后面的參數(shù)促使孕育劑的添加。通過對最重要各參數(shù)的反應(yīng)的組合，獲得了比現(xiàn)有技術(shù)可靠地改進(jìn)的結(jié)果。
[0014]通過在坩堝中使用孕育劑，關(guān)于核量的信息變得更可靠，而能被評估的部分比已知方法大幅擴展。
[0015]優(yōu)選地，提供額外步驟以確定作為熔體的另一個顯著參數(shù)的硫活性。
[0016]因此，所述新方法用于表征所述平衡
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)鑄鐵，尤其是含有蠕蟲狀石墨的鑄鐵的方法，包含步驟: 生產(chǎn)熔體； 確定所述熔體的硫含量并確定所述熔體的普通溫度相關(guān)的氧活性，并基于所述熔體的硫含量及所述熔體的普通溫度相關(guān)的氧活性確定單種結(jié)構(gòu)改性劑的添加量或多種結(jié)構(gòu)改性劑的添加量； 分離所述熔體的兩部分作為第一測試熔體和第二測試熔體，并確定兩個測試熔體各自冷卻曲線的至少兩個點；和 根據(jù)孕育劑方程添加作為所述冷卻曲線的已確定點的函數(shù)的量的孕育劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含步驟: 確定所述熔體的硫活性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包含步驟: 稱取試劑量的結(jié)構(gòu)改性劑，所述試劑量是基于硫含量方程的硫含量和/或硫活性的函數(shù)和/或基于氧活性方程的普通溫度相關(guān)的氧活性的函數(shù)，并添加所述試劑量。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中使用準(zhǔn)單組分脫氧劑作為結(jié)構(gòu)改性劑，尤其在包括Fe及Mg的物質(zhì)和/或包括Cu及Mg和/或Mg的物質(zhì)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中使用多組分脫氧劑作為結(jié)構(gòu)改性劑，尤其是FeMgSi基合金。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中直接和/或通過使用振動槍測量所述熔體的普通溫度相關(guān)的氧活性。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中在獲取冷卻曲線的各點之前，向第一測試熔體和第二測試熔體添加不同量的孕育劑，尤其是只向第一測試熔體添加孕育劑，使得第一測試熔體被孕育，而第二測試熔體未被孕育。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中第一測試熔體的冷卻曲線的第一個點對應(yīng)所述冷卻曲線的液體溫度和/或第一測試熔體的冷卻曲線的第二個點位于第一轉(zhuǎn)折點，其中所謂第一轉(zhuǎn)折點在冷卻曲線的以時間為基礎(chǔ)的局部最小值之前，及經(jīng)過液體溫度之后。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中第二測試熔體的冷卻曲線的第一個點對應(yīng)所述冷卻曲線的液體溫度和/或第二測試熔體的冷卻曲線的第二個點位于冷卻曲線的以時間為基礎(chǔ)的在液體溫度之后的第二轉(zhuǎn)折點處。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法， 其中，孕育劑方程包括至少兩個控制系數(shù)，優(yōu)選四個控制系數(shù)， 其中，具體來說控制系數(shù)是與每個獲得點相關(guān)的。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項，特別是根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述控制系數(shù)具體是基于樣本熔體而經(jīng)驗地確定的。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其中經(jīng)驗地確定所述硫含量方程式和/或氧活性方程式。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的方法，其進(jìn)一步包括步驟: 分離熔體的第三部分作為第三測試熔體； 從所述第三測試熔體中生產(chǎn)薄板；對所述薄板進(jìn)行楔壓測試，并基于強度方程式將楔壓強度重新計算為拉伸強度。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項，特別是根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中具體地基于樣本熔體經(jīng)驗地確定強度方程式。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求1至14中的任一項的方法制得的鑄鐵件。
【文檔編號】C21C1/08GK103635595SQ201180071921
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月22日
【發(fā)明者】D·拉德布拉赫 申請人:諾伊哈爾貝里格斯有限責(zé)任公司