(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄溶湯の組成を調整および補正する必要がある密集形態の黒鉛結晶を含有する種類の鋳鉄鋳物の製造に関する方法であって、
該方法は、鋳鉄溶湯を準備し、この溶湯に組織改良材としてのマグネシウムおよび造核剤を経験上、直接凝固したときに完全なＣＶ黒鉛鋳鉄を得るに十分なだけの量で添加することを含み、
溶湯のサンプルはサンプル容器に採取され、該サンプル容器はその内壁の一部が、その近傍の溶湯中の溶融した組織改良材としてのマグネシウムの濃度を少なくとも０．００３％低下させるような物質でコーティングされ、他の一部が、溶湯中の溶解した組織改良材としてのマグネシウムのレベルに影響を及ぼさない、比較的不活性な物質でコーティングされており、
該方法はさらに、温度感応性手段によって指示された温度を記録することと、こうして記録された冷却曲線から知られている方法によって溶湯の特性を評価することと、鋳造工程において必要とされる注湯および凝縮の全時間を通じて密集した黒鉛結晶が形成されるように造核剤および組織改良材としてのマグネシウムの含量を補正することとを含む方法において、
少なくとも３個の温度感応性手段を用い、そのうちの少なくとも１個が容器の中心に配置され、少なくとも１個が溶解した組織改良材としてのマグネシウムのレベルに影響するコーティング層に近接して配置され、少なくとも１個が不活性のコーティング層に近接して配置され、かつ前記温度感応性手段を溶湯と熱的平衡に至らせることを特徴とする鋳鉄鋳物の製造方法。
【請求項２】
鋳鉄溶湯の組成を調整および補正する必要がある密集形態の黒鉛結晶を含有する種類の鋳鉄鋳物の製造に関する方法であって、
該方法は、鋳鉄溶湯を準備し、この溶湯に組織改良材としてのマグネシウムおよび造核剤を経験上、直接凝固したときに完全なＣＶ黒鉛鋳鉄を与えるのに十分なだけの量で添加することと、溶湯のサンプルを採取することと、温度感応性手段によって指示された温度を記録することと、こうして記録された冷却曲線から知られている方法によって溶湯の特性を評価することと、鋳造工程において必要とされる注湯および凝縮の全時間を通じて密集した黒鉛結晶が形成されるよう造核剤および組織改良材としてのマグネシウム含量を補正することと、からなる方法において、
採取されたサンプルは２個のサンプル容器に注がれ、そのうちの１個の容器はその内壁の一部が、その近傍の溶湯において、溶解した組織改良材としてのマグネシウムを少なくとも０．００３％を低下させるような物質でコーティングされ、他の容器は溶湯中の溶解した組織改良材としてのマグネシウムのレベルに影響を及ぼさない比較的不活性な物質で部分的にコーティングされ、少なくとも３個の温度感応性手段を用い、そのうちの少なくとも１個が容器の中心に配置され、少なくとも１個が溶解した組織改良材としてのマグネシウムのレベルに影響するコーティング層に近接して配置され、少なくとも１個が不活性のコーティング層に近接して配置され、かつ前記温度感応性手段を溶湯と熱的平衡に至らせることを特徴とする鋳鉄鋳物の製造方法。
【請求項３】
溶解した組織改良材としてのマグネシウムのレベルに影響するコーティング層が５％までの硫黄、１０％までのシリコン、マンガン、または鉄の酸化物、または０．５％までのカリウムまたはナトリウムの酸化物からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の鋳鉄鋳物の製造方法。
【請求項４】
温度感応性手段が熱電対であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の鋳鉄鋳物の製造方法。
【請求項５】
温度感応性手段が高温測定法を実施する手段であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の鋳鉄鋳物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
鋳造業においては、特定の合金溶湯が、どのような構造をとって凝固するかを判定できることが望ましい。このような判定を実施する一つの方法は溶湯の熱分析を行うことである。少量の合金溶湯のサンプルが採取され、凝固するにまかせられる。この過程中に、時間の関数として温度が測定される。次いで、得られた冷却曲線と、その時間導関数を参照曲線と比較することによって、構造が判定される。このような熱分析の方法は例えばＷＯ８６／０１７５５、ＷＯ９１／１３１７６、およびＷＯ９２／０６８０９に開示されている。
上述した方法において、金属溶湯のサンプルはサンプル容器を金属溶湯の中に沈めることによって採取され、その後、サンプルは凝固するにまかせられる。熱分析は温度感応性の手段、通常は２個の熱電対を用いて行われる。前記手段のうちの１個は容器の中心に置かれ、他の１個は容器壁の近傍に置かれる。
ＷＯ９２／０６８０９による方法においては、内面を反応性を有する壁でコーティングしたサンプル容器が用いられる。反応性コーティング層はシリコン、マンガン、鉄および／またはナトリウムの酸化物からなり、サンプルとして採取された鉄の中の活性マグネシウムと反応して、サンプル容器の壁際の領域における活性マグネシウムのレベルを低下させる。
ＷＯ９２／０６８０９によるコーティングされたサンプル容器を用いることによって、ＷＯ８６／０１７５５に代表される技術状況に比較して、より正確な凝固構造の予測を行うことができる。とりわけ、壁の近傍の領域におけるマグネシウムの消費は、鋳造期間中のマグネシウムの自然の損失をシミュレートして、マグネシウム損失に対する予測的な警告を与える。このような特徴が、ＣＶ黒鉛鋳鉄の信頼性ある製造に欠くことができないものである一方、さらに精度を高めることが非常に重要である。
発明の概要
２個の代わりに少なくとも３個の、温度感応性の手段を用いることにより、かつ内面の一部が、溶解した元素マグネシウムの濃度を低くする物質でコーティングされ、内面の残りの一部が不活性な、あるいは反応性のない物質（例えばアルミナおよびジルコンの酸化物）でコーティングされているか、あるいはサンプル容器自身が非反応性である（石英または鋼）ようなサンプル容器を用いることによって、溶融鋳鉄の凝固構造予測の精度をさらに高めることが可能であることが、今や明らかになった。別法として、１個の容器が反応性の層でコーティングされ、他の１個が実質的に不活性または非反応性であるか、または不活性または非反応性の物質でコーティングされているような、別々の２個のサンプル容器が、本発明の方法に用いられてもよい。適当な温度感応性手段は熱電対または高温測定法的手段である。
分析されるべき溶融鋳鉄のサンプルが採取され、前記の、部分的に反応性および非反応性のコーティング層でコーティングされたサンプル容器に注がれる。少なくとも１個の温度感応性手段はサンプル容器の中心に置かれ、少なくとも１個の手段は反応性のコーティングが施された内面の近傍に置かれ、少なくとも１個の手段は非反応性のコーティングが施された内面の近傍に置かれる。次いで、各々の前記温度感応性手段は、凝固過程に亙って溶湯の温度を、時間の関数として記録するのに用いられる。次いで、得られた曲線は凝固した鋳鉄サンプルの構造を判定するために評価される。
発明の詳細な説明
添付した図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。図面は以下の通りである。
第１図は、ＷＯ８６／０１７５５による方法で得られる典型的な冷却曲線を開示している。
第２図は、黒鉛球状化度をマグネシウムの百分率の関数として図示している。このグラフにおいて、黒鉛球状化度０％は完全なＣＶ黒鉛鋳鉄（ＣＧＩ）に相当し、１００％は完全な球状黒鉛鋳鉄（ＳＧＩ）に相当する。また０％より低い黒鉛球状化度の値はねずみ鋳鉄に関係する。実際は、黒鉛球状化度０％は１００％ＣＶ黒鉛鋳鉄に相当し、この軸の底部が１００％片状ねずみ鋳鉄に相当する。
第３図は、本発明によって得られた冷却曲線を示している。
第４図は、本発明による方法に用いられ得る、３個の熱電対を備えたサンプル容器の例を開示している。
すでに述べたように、溶融鋳鉄がどのような構造をとって凝固するかを予測するＷＯ８６／０１７５５による方法は、２個の熱電対を用いている。そのうちの１個はサンプル容器の中心に、他の１個は容器壁の近傍に配置される。これらの別々の２個の熱電対は第１図に図示されるように、明瞭に異なる２本の冷却曲線を与える。
これらの曲線の重要な点は、ＷＯ８６／０１７５５において適切に説明されている。冷却曲線の解釈についてのもう一つの考え方が、ＷＯ９２／０６８０９に教示されている。この場合は、サンプル容器壁の上の反応性コーティング層が溶湯中のマグネシウムを消費し、壁際の領域で溶湯をねずみ鋳鉄として凝固させる。ねずみ鋳鉄の片状黒鉛の成長と沈降によって放出された潜熱は正常な壁際の冷却曲線に「偏向」を生じさせる。ねずみ鋳鉄／ＣＶ黒鉛鋳鉄（ＣＧＩ）の遷移、および「偏向された」壁際の冷却曲線は、第２図と第３図に、それぞれ図示されている。
すでに言及したように、第２図は球状黒鉛鋳鉄（ＳＧＩ）およびねずみ鋳鉄の量を、それぞれマグネシウム（組織改良材）のレベルの関数として示している。もし溶湯の組成が点Ａにあれば、ＷＯ９２／０６８０９が教示するような壁際での０．００３％のＭｇ減少は、壁の近傍の溶湯が組成Ｂに到達する結果をもたらすが、これは依然としてＣＧＩの高原部分にあるから、壁際の冷却曲線には（第１図に示されるように）偏向は現れない。しかしながら初期の溶湯組成が点Ｃにあれば、同じ０．００３％の壁際でのＭｇ減少は結果として、壁の近傍の領域における片状黒鉛鋳鉄の形成（点Ｄ）をもたらす。
ＷＯ８６／０１７５５およびＷＯ９２／０６８０９で言及された全ての測定点は、重要な情報を与える点であることが分かった。ＷＯ８６／０１７５５で言及されているデータ点の一つは、壁際の冷却曲線において共晶による再輝現象に先だって現れる温度の極小点、いわゆるＴｖである。しかしながら片状黒鉛の生成に基づく壁際反応が存在する場合には、壁際の冷却曲線上の温度の極小点は薄片生成過程で放出される潜熱によって変化を受けるか、または「隠蔽」されてしまう。
第３図は、同じ溶融ＣＶ黒鉛鋳鉄（ＣＧＩ）のサンプルについて、壁際反応の有る場合および無い場合において、同時にかつ制御された条件下に測定された３本の冷却曲線の例を示している。ＷＯ９２／０６８０９に記載されているような壁際反応を保証するために、１個のサンプルカップは３％の硫黄溶液でコーティングされたのに対し、他方のサンプルカップはより反応性の低いコーティングが施された。３本の冷却曲線について、第３図中の符号にしたがってより詳細に説明するが、その符号は次の通りである：
Ｔａ ３％  ３％硫黄の壁コーティングを有するサンプルカップの中心熱電対。
Ｔｂ ３％  ３％硫黄の壁コーティングを有するサンプルカップの壁際熱電対。
Ｔｂ １％  １％硫黄の壁コーティングを有するサンプルカップの壁際熱電対。
第３図は通常の中心熱電対の冷却曲線と、２本の異なる壁際冷却曲線を明瞭に示している。３％硫黄コーティング層の近傍の熱電対は典型的で明瞭な壁際反応を示し、この反応は点Ａ（約６０秒、１１４３℃）に始まって点Ｂ（約１００秒、１１４４℃）まで継続している。冷却曲線におけるこのような「移動」の最終的な結果は、壁際反応が存在する場合において、壁際冷却曲線上の温度極小点が約２．５℃高くなる、ということである。このことは製造の観点からは非常に重要である。なぜならば、ＷＯ８６／０１７５５によれば、測定された過冷却における２．５℃の差は、過度の黒鉛球状化を避けるため（−０．５ｋｇ／トン）、あるいは炭化物形成を避けるため（＋０．５ｋｇ／トン）のトン当たり＋／−０．５ｋｇの接種剤所要量に相当し得るからである。
上述した方法で３個の温度感応性手段を用いることは予期しない利点を与える。第一に、本発明は二つの明確に異なる種類の情報を集めることを可能にする。ＷＯ８６／０１７５５は、ＣＧＩ仕様の枠に留まるために、溶融鉄中のマグネシウムと接種剤の含量を同時に調節することの重要性を教示している。本発明は両方の値（接種剤の効率とねずみ鋳鉄への近さ）を正確に測定することを可能にするばかりでなく、接種効率を測定する能力を犠牲にすることなく、コーティング層を極端に反応性（ＷＯ９２／０６８０９におけるような被還元性酸化物ではなく、硫黄を含む）にすることをも可能にする。このことは、例えば長い注湯時間（小型の鋳物）や、長い凝固時間（大型の鋳物）を有する部品を鋳造する場合に、Ｍｇ損失をシミュレートするために反応性の極めて高いコーティング層を使用することを可能にする。これは従来、ＷＯ９２／０６８０９による方法では、造核能力測定に対する悪影響のために、不可能であったものである。
第４図は本発明の方法に使用され得るサンプル容器を開示している。るつぼ（８）の壁の内側は、下記の物質で部分的にコーティングされている。
Ｉ  ５％までの硫黄、１０％までののシリコン、マンガンまたは鉄の酸化物、または０．５％までのカリウムまたはナトリウムの酸化物を含む反応性のコーティング層（１０）。
II  アルミニウムまたはジルコニウムの酸化物のような比較的不活性のコーティング層（９）。
３個の熱電対の１個（１）をるつぼ（８）の中心に、１個（２）を反応性のコーティング層（２）に近接して、残りの１個（３）を比較的に不活性のコーティング層（９）に近接して配置された３個の熱電対（１、２、３）は、セラミック性のプラグ（５）に固定され、厚紙製のチューブ（６）のなかに保持される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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