EXAMENSARBETE Korrelation mellan grafithalt i termiska analysprover och färdig produkt hos vitjärn och segjärn Patrik Hortin 2016 Högskoleexamen Bergsskoletekniker metall- och verkstadsindustri Luleå tekniska universitet Institutionen för teknikvetenskap och matematik
Korrelation mellan grafithalt i termiska analysprover och färdig produkt hos vitjärn och segjärn Författare: Patrik Hortin, Bergsskolan LTU Examinator: Jörgen Andersson, Bergsskolan LTU Handledare: Thomas Rasmussen, Åkers Sweden AB 2015-05-28
EXAMENSARBETE Grundnivå 2 Metall- och Verkstadsindustri Program Reg nr Omfattning Metall- och Verkstadsindustri 120 hp B0009T 7.5 hp Namn Datum Patrik Hortin 2015-05-28 Handledare Jörgen Andersson Företag/Institution Åkers Sweden AB Examinator Jörgen Andersson Kontaktperson vid företaget/institutionen Thomas Rasmussen Titel Korrelation mellan grafithalt i termiska analysprover och färdig produkt hos vitjärn och segjärn Nyckelord Vitjärn, Segjärn, Adaptive Thermal Analysis, ATAS, Sammanfattning: Mätningar av grafit har studerats från termiska vitjärnsprover där data från termisk analys har jämförts emot mängd grafit uppmätt med ljusmikroskop. Data från termisk analys ger slumpartade utslag och är ej lämplig till att mäta mängden grafit i vitjärn eftersom halterna av grafit i vitjärn är för låga. Provtagningen till termisk analys måste ske vid likvärdiga temperaturer för att ge användbar data. Provtagning från termiska segjärnsprover har jämförts mot tapprover från färdiga valsar. Resultatet indikerar att de termiska proverna har en mindre mängd grafit än de färdiga valsarna. Det beror på att de termiska proverna svalnar snabbare än färdiga valsar som är större och kräver längre svalning.
DEGREE PROJECT Metal and Engineering technology Programme Reg number Scope Metal and Engineering technology, 120 hp B0009T 7.5 hp Name Date Patrik Hortin 2015-05-28 Supervisor Jörgen Andersson Examiner Jörgen Andersson Company/Institution Uddeholms AB Supervisor at the company/institution Thomas Rasmussen Titel Correlation between graphite content in thermal analysis samples and finished product of white and nodular cast iron Key words White Cats Iron, Nodular Cast Iron, Adaptive Thermal Analysis, ATAS Summary: Measurements of graphite have been studied for thermal white cast iron samples, where data from thermal analysis has been compared to graphite contents measured in light optical microscope. Data from the thermal analysis gives random outcome and is therefore not suitable as a measurement of graphite content in white cast iron. The reason for this is the low amount of graphite in white cast iron. Furthermore, the sampling for the thermal analysis must be performed at comparable temperatures in order to provide usable data. Sampling from thermal analysis for nodular cast iron has been compared to samples taken from the rollpin on finished rolls. The result indicates that the thermal analysis samples have a lower amount of graphite compared to the finished rolls. The reason for this is that the thermal analysis samples cool faster than the finished rolls, which are larger and demand longer cooling time.
Sammanfattning Mätningar av grafit har studerats från termiska vitjärnsprover där data från termisk analys har jämförts emot mängd grafit uppmätt med ljusmikroskop. Data från termisk analys ger slumpartade utslag och är ej lämplig till att mäta mängden grafit i vitjärn eftersom halterna av grafit i vitjärn är för låga. Provtagningen till termisk analys måste ske vid likvärdiga temperaturer för att ge användbar data. Provtagning från termiska segjärnsprover har jämförts mot tapprover från färdiga valsar. Resultatet indikerar att de termiska proverna har en mindre mängd grafit än de färdiga valsarna. Det beror på att de termiska proverna svalnar snabbare än färdiga valsar som är större och kräver längre svalning.
Abstract Graphite has been studied from thermal analysis white iron samples where thermal analysis melt samples has been compared to the amount of measured graphite from optical microscope. The data from thermal analysis shows up as random results and cannot be used to measure the amount of graphite in white iron. Because of the low levels of graphite in white iron thermal analysis is not suitable for this type of iron. The process of taking samples for thermal analysis must be done at similar temperatures so the user can receive trustworthy data. Thermal samples from ductile iron have been compared to samples from the rollneck from finished rolls. The result shows that the samples from thermal analysis have less graphite than the samples from the finished product. This is the result of that the thermal samples are smaller and decrease in temperature faster than the rolls itself because of their bigger size.
Innehållsförteckning Introduktion... 1 1.0 Inledning... 1 1.1 Syfte... 1 1.2 Mål... 1 1.3 Avgränsningar... 1 Metod... 2 2. Material översikt... 2 2.1 Olika typer av gjutjärn... 2 2.2 Grafit och kärnbildning... 3 2.3 Provtagning: Hur den genomförs... 3 2.4 Från smälta till termisk analys... 4 2.5 Ljusmikroskopering... 4 2.6 ATAS Metstar... 4 2.7 Termisk analys... 5 2.7 Preparering av prover... 7 2.8 Tapprover... 7 Resultat... 8 3.1 Kurvor från ATAS... 9 3.2 Resultat från mätning av grafithalt med ljusmikroskop... 10 3.3 Diagram... 13 4.0 Diskussion och slutsatser... 15 4.0 Vitjärnsproverna... 16 4.2 Framtida försök... 16 4.3 Urmac Segjärn... 17 4.4 Framtida försök... 17 Källor:... 17
Introduktion 1.0 Inledning Examensarbetet är ett samarbete mellan Åkers AB och Bergsskolan i Filipstad. Bergsskolan är en högskola inom LTU, Luleå Tekniska universitet. Bergskolan har utbildningar på tre och två år som ingenjörer och tekniker inom Berg och Metall. Åkers AB är världsledande företag inom produktion av gjutna och smidda valsar. Vid Åkers styckebruk produceras enbart gjutna valsar. Valsarna gjuts antingen i centrifugalmaskiner eller genom statisk gjutning. Efter gjutning bearbetas valsarna genom svarvning, slipning och värmebehandling. 1.1 Syfte Examensjobbets syfte är att jämföra mängden grafithalt i termiska prover. Proverna är från vitjärn och segjärn. Segjärns prover ska också jämföras mot en färdig vals. Vitjärnsproverna jämförs med termisk analysdata. Båda järntypernas mängd med grafit jämförs med resultatet från ljusmikroskoperingen och data från termiska prover. 1.2 Mål Åkers Sweden AB är intresserade av en förbättrad kontroll av mängden grafit i vitjärn och segjärn samt hur den relaterar emot den färdiga produkten. Målet med rapporten är att ge företaget en kalibrering av ATAS så att de får en förbättrad kontroll över mängden grafit i vitjärn och segjärn, genom analys av data från ljusmikroskop, ATAS och tapprover. 1.3 Avgränsningar Analysen kommer att grundas på 16 prover på vitjärn från Åkers Indefinite Chill, IC, kvalitét och 6 segjärnsprover från HSS kvalitén Åkers producerar. Data som kommer studeras: mängd grafit från tapprover och termiska prover. 1
Metod 2. Material översikt IC valsmaterial IC är ett etablerat valsmaterial som har balans mellan hög slitstyrka och god varmsprickresistens. Den hårda järnkarbiden, M3C, ger slitstyrkan och grafiten antas ge en god värmeledningsförmåga och viss smörjande effekt under valsningen. Valsmaterialet används uteslutande i bredbandsverkens slutsträckas senare par, eftersom IC materialet har goda oxidationsegenskaper. Från IC valsarna kommer proverna vara från vitjärns smälta som sen blir till valsens hylsa, den del av valsen som kommer i kontakt med materialet som ska valsas [1] URMAC valsmaterial High Speed Steels, HSS, eller snabbstål är en annan kvalité som även är ämnat för bredbandsvalsar. Kan även användas till varmvalsning av profiler. Valsarna har mikrostruktur som består av bainitisk/martensitisk matris samt M7C3, M2C karbider och små, jämt fördelande MC karbider. Från HSS valsarna så kommer proverna från segjärns smälta, vilket blir till valsens kärna. [2] 2.1 Olika typer av gjutjärn Gråjärn Strukturen består av fjällformig grafit i en ferritisk, ferrit-perlitisk eller perlitisk grundmassa. Grafiten kan pga. olika faktorer anta olika fördelning och storlek. De mekaniska egenskaperna hos gråjärn kan varieras genom variation av kolekvivalenten. En sänkt kolekvivalent ger ökad hållfasthet genom minskad inverkan av grafitfjällens anvisningsverkan. Gråjärn har mycket god maskinbearbetbarhet genom grafitfjällens spånbrytande effekt. [3][4] Segjärn Strukturen består av kulformig grafit i en ferritisk, ferrit-perlitisk eller perlitisk grundmassa. Den speciella kulformen hos grafiten får man genom en tillsats av magnesium i intervallet 0.03-0.06%. Mekaniska egenskaperna varieras genom variation i grundmassan, ökad perlit innebär ökad hållfasthet och hårdhet men sänkt seghet. Grafitfasen ger genom sin kulform inte så stor anvisningsverkan som fjällgrafit. Segjärn har oftast högre hållfasthet och seghet än gråjärn. Grundmassans struktur och även då hållfastheten varieras i gjuttillståndet med tillsats av koppar eller mangan som gynnar bildningen av perlit. Genom värmebehandling kan man även få fram olika strukturer. [5][6] 2
Vitjärn Kolet förekommer som karbider. Materialet erhåller ett vitt stelnande, antingen genom tillsats av karbidstabiliserande ämnen, vanligtvis krom, eller att järnet ges låg kol och kiselhalt. Vid legeringstillsats ligger cementiten inbäddad i en grundmassa som redan i gjuttillståndet utgörs av martensit. Både karbiderna och martensiten bidrar till att ge vitjärnsgods hög hårdhet och hög nötningsbeständighet, men också hög sprödhet. Används främst till slitdelar dvs. valsens yta som kommer i kontakt med valsämnet. [7][8] 2.2 Grafit och kärnbildning För att kärnbilda grafit så ympas smältan i skänken. Tillsättningarna är legeringar på mellan 0.5-1.0 viktprocent. Vanligtvis används FeSi. Att enbart tillsätta kisel eller FeSi har ingen större effekt på kärnbildningen därför att FeSi fungerar som bärare för andra element så som Aluminium. Andra ämnen förekommer även: P, Ni, Cu är alla grafitstabiliserande precis som aluminium, och är beroende av Ferrokisel för att få kärnbildningseffekten. För att få sfäroidiserad grafit måste Mg tillsättas. Vid snabb kylning har kolet mindre tid på sig att diffundera till grafit vilket innebär att ett termiskt analysprov kan ha en varierande mängd grafit emot en färdig produkt som har mycket längre svalningstid. [9] 2.3 Provtagning: Hur den genomförs Efter att gjutledaren godkänt analysen på en smälta efter resultat från spektrometer tas prov för termisk analys ur ugnen. I Adaptive Thermal Analysis, ATAS, knappar gjutaren in legeringskod för smältan och valsnummer provet kommer ifrån för att senare kunna identifieras. Proverna markeras bas respektive final om provet kommer från ugnen eller skänken. Basproverna tas från smältan i ugnen före ympning. Gjutaren använder en keramisk skopa som doppas i ugnen eller skänken och sen häller upp smältan i en kopp. Slutproverna tas först när smältan är ympad och redo för att gjutas, och tas därmed från skänken istället för ur ugnen. Slutproverna hälls upp i samma typ av kopp som för basproverna. Efter att ett prov har tappats upp i ett termoelement eller kopp så får provet luftkylas ner till 500 C. Därefter kyls provet i vatten till rumstemperatur. ATAS ska även vara färdig med själva analysen innan provet avlägsnas från gränssnittet så att själva data registreringen inte avbryts Skulle provtagningskoppen inte bli helt fylld eller bedöms ej tillförlitlig pga. av slagg i provet eller onormalt resultat i ATAS ska nytt prov tas. Provet hälls upp i rumstemperatur. 3
2.4 Från smälta till termisk analys Prover tas från smältan innan tappning i början av processen och precis innan gjutning. Provet tas genom att smälta hälls upp i keramik koppar med termoelement i botten som är kopplade till en dator som har mätningsprogrammet ATAS installerat. När smältan kommer i kontakt med termoelementet börjar den svalna och till slut stelna. Programmet ritar en kurva från hur smältan stelnar och identifierar typ av gjutjärn. Svalningskurvor och data finns under resultat. När proverna har svalnat så ska de kylas i vatten tills de är kalla nog att hanteras. Provet placeras i en provpåse med valsens produktnummer och en märkning på om det är ett prov från bas eller final. Det kan användas dagligen i produktion för att optimera processer som ympning och magnesium behandling. 2.5 Ljusmikroskopering För att kunna mäta halten grafit i proverna används ljusmikroskop. När ett prov är preparerat efter slipning och polering är nästa steg att studera resultatet i mikroskopet. Vid varje nytt prov kalibreras mikroskopets tröskelinställning. Detta innebär att mikroskopet filtrerar bort allt annat förutom de mörkaste partierna, som i det här fallet innebär grafit. När detta pågår kan man justera tröskeln för vad som ska räknas med till den mörka ytan. Justeringen av tröskelvärdet är grundläggande för att få registrera halten av grafit i olika prover med samma precision. Vid större avvikelser från data bör provet slipas om från 800K och poleras igen. Problem som kan kontaminera mätvärdena kan vara rester från diamantpasta, dammpartiklar eller vatten som lägger sig i porerna i provet. Vid mätning så tas 10 punkter ut från ytan. Kanterna undviks då de kan vara ojämnt slipade där. Mitten delen undviks om det är porer där eller större hål som förekommer bland proverna. När ljusmikroskopet mäter grafit så måste ytan vara fri från objekt som skulle kunna tänkas registreras i mätningen för att erhålla så korrekt mätning som möjligt. 2.6 ATAS Metstar Är en förkortning på Adaptive Thermal Analysis System, ATAS, och är ett metallurgiskt processkontrollsystem för gjutjärn. Adaptive eller anpassningsbart innebär att programmet går att anpassa efter olika gjuterier och gjutjärns typer t.ex. vitjärn, segjärn och gråjärn. ATAS är ett verktyg som använder termisk analys för att övervaka och kontrollera smältprocesser och behandlingar av smältan. Det används även inom forskning och utveckling. ATAS Metstar Verifier är grundkärnan i programmet och använder sig av svalningskurvor som genereras från proverna som tas från en smälta. Den grundläggande funktionen visar när och hur upplöst kol i gjutjärnet utfälls till grafit. En svalningskurva kan anses vara som ett metallurgiskt fingeravtryck från smältan. En smälta som visar liknande fingeravtryck från en föregående smälta och med samma sammansättning kommer även att uppföra sig likvärdigt. Programmet utvärderar svalningskurvorna genom att känna igen och identifiera mönster. 4
Data från ATAS Termisk analys baseras på observation av smältor som stelnar i standardiserade provkoppar. När en fas som austenit utfälls släpps värme ut och svalningskurvan planar tillfälligt ut. Detta möjliggör identifikationen av t.ex. likvidustemperatur eller eutektiska temperaturer. Data kan användas för att fastställa kolekvivalenten. Svalningskurvorna utvärderas dels genom ackumulerade tröskelvärden och genom fördefinierade värden. Det är även möjligt att definiera egna regler och rekommendationer för att få en mer specifik anpassning av de gjutjärn som används. I början används ATAS till kvalitetsförsäkring vid smältning och vid olika behandlingar av smältan; det krävs 10 prover av en legering för att uppdatera legeringsdatabasen. När de föregående proverna är registrerade kan programmet användas till att analysera för eller slutprover av smältan. Att kontrollera termiska egenskaper är mer effektivt än att enbart se på en legerings kemiska analys. Två smältor med identiska kemiska analyser kan uppföra sig med variering samtidigt som två smältor med identiska termiska egenskaper kommer även att uppföra sig identiskt när de gjuts. 2.7 Termisk analys Gjutjärns legeringar är komplexa legeringar inom gjutning. Genom att begränsa sig till att enbart studera en legerings analys så begränsas data till vilka legeringsämnen och deras respektive halter.. Med termisk analys är det möjligt att få ut information om grundläggande egenskaper som kärnbildning, inlösning av gaser och mängden slagger i smältan. Ett gjuteri skulle kunna uppleva att de får perfekt gjutning vid ett tillfälle och senare uppleva problem med en smälta med identisk sammansättning, gjuttemperatur och samma tid för att hälla upp smältan. Situation kan uppstå och bero på variationer vid smältning och förbehandlingsprocessen. Tidigare fanns det ingen metod för att mäta detta, men är nu fullt möjligt med ATAS. Fördelar Möjligheten till att reducera eller eliminera gjutningsdefekter Förbättra fysiska egenskaper t.ex. grafitens form Undvika oväntade metallurgiska problem Möjliggör Förbättrar och kontrollerar den metallurgiska kvalitén av gjutjärnet från ugn till skänk. Kvalitetskontroll på inkommande chargeringar och legeringar. Välja optimala legeringar och mängder till behandling och ympning 5
GRF2 och GRF3 De värden som ATAS tar fram genom analys av data, benämns GRF1, GRF 2 och GRF 3. Dessa båda värden används för att mäta mängden grafit. GRF1 värdet är sällan registrerade på de termiska proverna och kommer därför att ej studeras i den här rapporten. GRF2 tar hänsyn till värmespridningen efter fullständigt stelnande, dvs vid TS (Solidustemperatur) och mot lägre temperaturer. Ett lågt GRF2 värde indikerar hög värmeledning och hög utfällning av grafit vid stelning. Högt värde indikerar tendenser till mikrokrympningar och underkylda grafitformer. GRF 3 är ett försök att analysera vad som händer precis innan TS; hur grafiten och/eller andra möjliga faser skiljs ut. TS spelar en viktig roll för att kunna få ut data med samma förutsättningar. Om provtagning sker vid för låg temperatur så kan det orsaka defekter som krympningar i provet. [10] Figur 1 översikt på var i svalningskurvan som GRF2 och GRF3 beräknas ifrån. 6
2.7 Preparering av prover Provet kapas med en slipkap ca 2 cm från botten där termoelementet har haft kontakt med gränssnittet. Det är viktigt att ytan efter kapningen är plan, därför planslipas alla prover. Är provet ojämnt så kommer vissa delar av ytan att inte poleras och slipas korrekt, vilket resulterar till mindre yta att mäta mängden grafit på. Provet planslipas först i bottnen för att den ska kunna ligga stadigt på magnetbordet och sen planslipas provytan. Kanterna på proverna slipas ner för att förhindra att de skarpa kanterna river upp slippappret vid slipning och polering. Provet slipas från 120K, 240K, 320K, 500K, 800K med våtslip. När slipningen är klar poleras provet med diamantpasta först på 7my och sen 1my. Efter polering sköljs provet med etanol och torkas med varm luft. Efter torkning är provet redo för ljusmikroskopering. 50x Förstoring används vid mätning av grafit. Vid varje prov kalibreras tröskelvärdet för att mäta grafiten. Tio områden på provets yta används för att få ett genomsnitt av mängden grafit. Mängden grafit som uppmätts vid ljusmikroskopiering jämförs emot data från ATAS. Detta gäller för vitjärnprover uttagna som bas och final prover. För segjärn från URMAC-valsar jämförs mängden grafit uppmätt vid ljusmikroskopering emot tapp-prover. Tapp-proverna är tagna från den färdiga valsens tapp, vilket innebär valsens topp- eller bottendel. 2.8 Tapp-prover Prover tas ut från den färdiga valsens tapp. Valsen har sina tappar längst ut på sidorna av valsen och är av segjärn. När valsen är färdig i produktion kan proverna tas och prepareras som de termiska proverna med slipning och polering. Tapprover ger ett tillfälle att kunna mäta mängden grafit vid slutet av produktionen och jämföra de emot smältproverna. 7
Resultat Här följer en sammanställning och översikt av termer och förutsättningar för försöken. Tabell 1 Data från ATAS och mätningar från ljusmikroskop Översikt Valsnr. Valsens unika produktionsnummer Kvalitet. Vilken typ av vals, IC eller URMAC Kod. Vilken legeringstyp. Koden beskriver om det är vitjärn eller gråjärn. 21 är gråjärn. Övriga fyrsiffriga koder är vitjärnslegeringar. Provtyp. Bas prov tas från ugn innan ympning och final provet tas från skänk innan gjutning TL. Likvidius temperatur TES. Temperaturen där eutektiskreaktion startar TS. Solidus temperatur. Vid denna temperatur har smältan börjat stelna. GRF2. Grafit faktor 2. Ett lågt värde är lika med hög värmeledningsförmåga vilket är ett tecken på hög halt grafit. GRF3. Grafit faktor 3. Ett lågt värde indikerar högre nodularitet. Max temp: Temperatur när provet hälls upp i koppen. Mängd grafit kp: genomsnittliga mängden grafit mätt i ljusmikroskop från bas och final prover. Nodularitet tapp: Den volymetriska proportionen av sfäriodiserad eller nodular grafit Grafit tapp: Mängden uppmätt grafit från valsens tapprov, av segjärn. Mätt i ljusmikroskop 8
3.1 Kurvor från ATAS För varje termiskt prov som hälls upp i en kopp så genereras en kurva som visar svalningshastighet, maxtemperatur, typ av gjutjärn och svalningstid. Samtliga diagram finns som bilagor. Kurvorna i sig själva innehåller inte mycket data. ATAS registrerar dock all övrig data, som kan exporteras ut i excel format. Figur 11: Svalningskurva från ATAS. Kurvan visar hur smältan svalnar i provkoppen och hur lång tid det tar. Kurvan är från 604697 och är ett basprov. Svalningshastighet kan observeras på den högra axeln. Resterande diagram finns med som bilagor 9
3.2 Resultat från mätning av grafithalt med ljusmikroskop Information som publiceras från ljusmikroskop är mängden grafit uppmätt från 10 olika ytor. Denna information finns sammanfattad i form av diagram. Tre exempel på diagram följer i figur 3,4 och 5 nedanför, resterande finns med som bilagor. Figur 2: Bild från ljusmikroskop 50x förstoring. Bilden visar mängd grafit från vals 604697. Vitjärn. 10
Figur 3: Bild från ljusmikroskop 50x förstoring. Bilden visar mängd grafit från 605342 URMAC. Segjärn 11
Figur 4: Fjällgrafit från vals 606363 HSS. Segjärns prov. 12
3.3 Diagram Diagram med samtliga bas och final prover från IC och deras uppmätta mängd grafit. All data från diagrammet är från vitjärn, och är uppmätta med ljusmikroskop. Mängd grafit % 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 606276B 606276F 604697B Uppmätt mängd grafit från prover 604697F 604698B 604698F 605288B 605288F 605289B 605289F 606039F 606039B 606041B 606041F 606042B 605342F Figur 5: Diagram med samtliga bas och final prover från IC och deras uppmätta mängd grafit. All data från diagrammet är från vitjärn och är uppmätta med ljusmikroskop. 200 180 606276F 604697F GRF2 från ATAS 605289B 606041B 606041F 605342F 160 140 606039F 120 100 80 60 606276B 604697B 604698B 605288B 604698F 605288F 605289F 606039B 606042B Figur 6: Data från vitjärns prover från IC. Grafit faktor 2, inverterad värme ledningsförmåga i solid form. Ett lågt värde är lika med hög värmeledningsförmåga vilket indikerar hög halt av grafit 13
GRF3 från ATAS 60 55 50 45 606276F 604697F 604698F 605288F 605289B 606041B 606039F 606039B 606041F 606042B 605342F 40 35 606276B 604697B 604698B 605288B 605289F 30 Figur 7: GRF3 värde från termiska IC vitjärns prover. Ett lågt värde indikerar hög nodularitet 1450 Max temp vid provtagning 604698B 1400 606276B 604697B 1350 604697F 1300 606276F 1250 1200 604698F 606039B 605288B 605289B 605288F 605289F 606039F 606041B 606041F 606042B 605342F Figur 8: Max temperatur som är registrerat då proverna hälls upp. Vitjärnsprover från IC. Tabell 2: Tabell med GRF2 och mängd grafit från ljusmikroskopering. Vitjärn IC. 14
Valsnr mängd grafit GRF2 606276B 1,36 110 606276F 1,46 180 604697B 0,595 105 604697F 0,185 180 604698B 1,27 88 604698F 1,96 87 605288B 0,437 118 605288F 2,82 110 605289B 0,701 180 605289F 0,27 66 606039B 0,395 115 606039F 2,44 147 606041B 0,399 180 606041F 1,04 180 606042B 0,722 131 605342F 1,81 180 14 12 URMAC - Segjärn NODULARITET % 10 8 6 4 GRAFIT % 2 0 Grafit tapprov % grafit ljusmikroskop % Figur 9: Jämförelse från URMAC prover mellan grafit och nodularitet 4.0 Diskussion och slutsatser 15
4.0 Vitjärnsproverna Max-värdet från ATAS GRF 2 är 180 och högsta värdet uppmätt i ljusmikroskop är 2.82% grafit bland vitjärnsproverna. Ett högt värde från GRF2 ATAS ska enligt ATAS manualen indikera ett lågt värde av grafit. Studeras de tre högsta uppmätta mängderna grafit från ljusmikroskop, 2,82 %(605288F), 2,44 %(606039F), 1.81 %(605342F) och betraktar deras motsvarande GRF2 värden, 110, 147, 180 så framstår ATAS värdena ej överens med värdena från ljusmikroskop. Studeras de tre lägsta värdena 0,185 %, 0,27 % och 0,399 % med motsvarande ATAS värden: 180, 66, 180 så stämmer 0,185 % och 0,399 % överens med ATAS om att det är låga värden av grafit. Dock så ger ATAS ett värde på 66 vilket är lägsta registrerade värdet ATAS registrerat vilket borde indikera ett högt värde på mängd grafit. Anledningen till att GRF2 värdena ej relaterar till grafitmängden antas att de är för små mängder grafit för att ATAS ska kunna ge ut användbara resultat. ATAS bör registrera höga GRF2 värden för samtliga vitjärnsprover med tanke på att samtliga prover har en låg procentsats grafit i sig dock så är resultaten mer slumpartade. Problematiken med att studera vitjärns prover är att vitjärn innehåller väldigt låg mängd grafit. Kolet finns istället kemiskt bundet som cementit. Ingen data från färdiga valsar har tagits fram för vitjärns prover, vilket innebär att det inte finns grafithalter att jämföra med. GRF3 värdet kan användas till att mäta nodulariteten i termiska prover. Vitjärn har så låg halt grafit och små partiklar att programmet inte kan ge relevanta utslag. Det innebär att GRF2 och GRF3 värdena inte är lämpliga att studera i samband med vitjärn. 4.2 Framtida försök För att få relevant data så bör grafiten mätas från smältan och vid den färdiga valsen, och den data skulle kunna jämföras emot GRF2 värden för att se om någon som helst relation uppstår. Vilket innebär att de termiska proverna tas vid rätt temperatur. Provtagningen från smältor måste utföras så att de inte har börjat stelna redan i skopan. Om proverna börjar stelna redan i skopan innan upphällning så kommer svalningskurvan att variera och data blir mer slumpartad. Studier av karbider, likvidus temperaturer och nodularitet kan även vara intressanta parametrar att undersöka eventuella relationer mellan och observera vilken värden termisk analys registrerar korrekt för vitjärn och jämföras mot prover från färdiga valsar. Försök med att hitta ett system för att kalibrera ATAS och ta fram en metod för kalibreringsprover kan vara ett framtida försök av intresse. 16
4.3 Urmac Segjärn Provresultaten skiljer sig ifrån vitjärnsproverna då jämförelsen sker emot den färdiga valsen istället för data från termisk analys. Det som kan observeras är att mängden grafit är lite mindre i proverna från ljusmikroskop. Detta är eftersom de proverna som tas som smältprov till termisk analys svalnar betydligt snabbare än den färdiga valsen. Med snabbare svalning har kolet mindre tid på sig att samlas till grafit. Det innebär att svalningshastigheten har en mindre effekt på mängden grafit som bildas. Detta förklarar de små skillnader man ser hos de termiska proverna som visar en mindre skillnad i grafithalt emot de färdiga valsarnas tapprover. 4.4 Framtida försök Ett prov utmärker sig bland segjärnsproverna med låg grafithalt. Detta är för att provet har ej sfäroidiserad grafit utan har istället fjällgrafit, se bild nummer tre i rapporten från ljusmikroskopieringen, vals: 606363. Provet utmärker sig även vid tapprovet med låg halt grafit på 5.66%. Fenomenet kan vara av intresse för framtida studier att undersöka om det finns relationer mellan termiska prover som visar fjällgrafit emot tapprover med lägra halter grafit samt om resultatet går att återskapa. Eftersom Magnesium behövs för att skapa den sfäroidiserade grafiten kan det vara av intresse att studera ympningen med Mg i processen. Källor: [1] M. Andersson; R. Finnström; T. Nylén. Volume 31, Issue 5 (01 October 2004) Introduction of enhanced indefinite chill and high speed steel rolls in European hot strip mills. Sida 383-385. ISSN: 0301-9233 17
[2] M. Andersson; R. Finnström; T. Nylén. Volume 31, Issue 5 (01 October 2004) Introduction of enhanced indefinite chill and high speed steel rolls in European hot strip mills. Sida 385-388. ISSN: 0301-9233. [3] Elliot, Roy Ph. D. 1988. Cast iron technology. Sida 11-13. ISBN 0-408-01512-8 [4] Fredriksson Hasse, Åkerlind Ulla. The casting processes of metals and alloys. 2003. Sida 6-26-27. [4] Jacqueline LECOMTE-BECKERS. Jerome TCHOUFANG TCHUINDJANG. Eric PIRARD. Jean-Pierre BREYER. 2002. PHYSICAL METALLURGY OF A HSS MATERIAL FOR HOT ROLLING MILL ROLLS. Sida 1-2. [5] Philip A. Schweitzer, P.E. 2003 Metallic Materials: Physical, Mechanical, and Corrosion Properties. Sida 72-73. ISBN 978-0-8247-0878-8 [6] Zeytin, Havva. "Effect of Boron and Heat Treatment on Mechanical Properties of White Cast Iron for Mining Application". Journal of Iron and Steel Research, International 18. sida 31 39 [7] Elliot, Roy Ph. D. 1988. Cast iron technology. Sida 75-80. ISBN 0-408-01512-8 [8] William Fortune Smith, Javad Hashemi. 2006. Foundations of Materials Science and Engineering. Sida 432. [9] Elliot, Roy Ph. D. 1988. Cast iron technology. Sida 13-15. ISBN 0-408-01512-8 [10] Användarmanualen från Novacast för ATAS metstar, se bilagor för kopia 18