3.1.2 Processtyrning av gjutjärnslegeringar

För ett gjuteri är förmågan att kunna kontrollera och styra smält- och behandlingsprocesser så att önskade egenskaper och beteenden under stelnandet uppnås väsentlig för att nå framgång. Variationer i processerna orsakar olika typer av metallurgiskt betingade kassationer och att fysikaliska egenskaper inte uppnås i gjutgodset.

För att kunna styra smält- och behandlingsprocesser för gjutjärnslegeringar krävs kunskaper om orsak och verkan samt möjlighet att kunna mäta viktiga parametrar och även att kunna ändra dessa. Gjutjärn är bland de mest komplicerade legeringarna på marknaden.

Det unika är att järn kan lösa kol och att kolet vid stelnandet kan omvandlas till olika former av grafit och även till en kemisk förening med järn kallad cementit eller järnkarbid. Detta är en process där en och samma kemiska sammansättning av en legering kan ge olika stelningsbeteenden och därmed egenskaper beroende av dynamiska faktorer som kärnbildning under stelnandet. Kemiska analysmetoder (spektrometer) visar vilka grundämnen som finns i ett prov samt deras andelar. Däremot får man ingen vetskap om hur grundämnena är kombinerade och vilken effekt det kan få. Att effektivt kunna styra smält- och behandlingsprocessen enbart med kemisk analys är inte möjligt. Termisk analys är en effektiv metod för att kunna registrera stelningsförloppet för en legering. Svalningskurvan från ett prov kan kopplas till tillståndsdiagrammet för legeringen eftersom olika faser som skiljs ut ur smältan har olika latent och specifik värme vilket påverkar svalningshastigheten och därmed kurvans form. För att kunna använda termisk analys för processkontroll och styrning måste analysprovet tillåtas att stelna i standardiserade provkoppar utan tillsats av karbidbildande tellur.

I det följande beskrivs hur olika faktorer påverkar stelnandet och hur en kombination av kemisk och termisk analys kan användas för att kontrollera och styra smält- och behandlingsprocesser av gjutjärnslegeringar.

I ett projekt tillsammans med Svenska Gjuteriföreningen utvecklade NovaCast ett processtyrningssystem kallas ATAS (Adaptivt Termiskt Analys System) som kombinerar termisk analys och kemisk analys. I några fall i texten och skärmbilder refereras till ATAS.

 

Termisk analys av gjutjärnslegeringar

Termisk analys av gjutna legeringar består i att en smälta fylls i en standardiserad provkropp. Temperaturen mäts under stelnandet, oftast via ett termoelement placerat i mitten av en provkropp. Temperaturen registreras kontinuerligt samtidigt med tidsangivelser. Data från stelnandet kan därmed representeras som en kurva med tiden på X-axeln och temperaturen på Y-axeln. Grunden för termisk analys är temperaturerna för begynnande stelning (likvidus TL) och avslutat stelnande (solidus TS), vilka är beroende av legeringens sammansättning. Till grunden tillhör också att de olika faser som utskiljs under stelnandet har olika specifik värme (J/kg, C) samt olika latent värme (J/kg). Detta gör att svalningskurvan kan användas för att representera (känna igen) olika legeringssammansättningar och stelningssätt.

Genom tillkomsten av fasdiagram blev det möjligt att kombinera termisk analys med fasdiagram så att man kunde kvantifiera olika faser, ämnen och parametrar som representerade smältans beteende under stelnandet. De första systemen för termisk analys baserades på användning av provkoppar av skalsand med ett centralt placerat termoelement. I koppen fanns en pasta innehållande tellur. Tellur är ett starkt karbidstabiliserade ämne vilket medförde att provet stelnande under bildande av cementit (Fe3C).  Två temperaturplatåer kunde identifieras i svalningskurvan nämligen likvidustemperaturen och den vita eutektiska temperaturen. Med hjälp av dessa kunde man beräkna kolekvivalenten, kolhalten och kiselhalten under förutsättning av att fosforhalten var känd.

Metoden började användas redan på 60-talet och kunde delvis ersätta förbränningstekniska och våtkemiska metoder. I och med spektrometerteknikerna införande minskade behovet av denna typ av termisk analys. En nackdel med tekniken är att den svalningskurva man registrerar inte representerar hur kol utskiljs som grafit vilket är en av de viktigaste faktorerna för att kunna använda termisk analys för processkontroll och styrning.

I och med datorernas införande blev det möjligt att enkelt registrera och analysera svalningskurvor från prover som gjutits i provkoppar utan tellur. Kurvorna kunde därmed representera vad som händer i gjutgodset under stelnandet. Typisk kurva för gråjärn.

 

Bilden visar en typisk kurva för ett grått gjutjärn. Den första platån på kurvan representerar likvidustemperaturen (TL) som är en funktion av den kemiska analysen främst kol, kisel och fosfor. Detta sammanfattas i begreppet kolekvivalent enligt formeln CEL=C+Si/4+P/2.

Nästa hållpunkt är den undre eutektiska temperaturen (TElow) vilken indikerar att utskiljningen av grafit och frigörande av latent värme balanserar värmeförlusterna från provkroppen. Den ökande grafitutskiljningen gör att temperaturen stiger till en högsta temperatur kallad den övre eutektiska temperaturen (TEhigh). Skillnaden TEhigh – TElow kallas rekalesens (R) och är ett mått på hur kraftig grafitutskiljningen är i det första skedet. Stelnandet är avslutat när solidustemperaturen (TS) uppnåtts. Den röda kurvlinjen i bilden är första derivatan av grundkurvan. Den visar svalningshastigheten (grad/sekund) i varje ögonblick. Derivatan gör det möjligt att enkelt definiera de olika hållpunkterna. TElow är t.ex. temperaturen när grundkurvan skär nollinjen (den gula linjen) för första derivatan. TS nås när första derivaten nått sitt minimum. De olika parametrarna samt olika ytor och tider kan användas för att definiera en kurva. På så sätt kan man jämföra olika kurvor. För processkontroll gäller det att identifiera kurvor från framgångsrika gjutresultat och skapa ett ”fingeravtryck” för godkända smältor.

Bilden nedan visar en skärmbild från ATAS systemet och ett ”fingeravtryck” från en smälta som datorn analyserat och funnit att provet ligger inom acceptabla gränsvärden. Vi att ett regelbaserat expertsystem kan datorn analysera risk för olika metallurgiska gjutfel och ge tips om korrigerande åtgärder.

 

Kol i gjutjärn

Kol är det viktigaste grundämnet i gjutjärn. För flera tusen år sedan upptäckte man att kol kraftigt sänker smälttemperaturen för järn vilket blev starten för gjutjärnsmetallurgin. Kol har atomnummer 6 och atomvikt 12. Densiteten är 2,26 g/cm3 och smältpunkten 3500°C. Det latenta värmet är högt,  ungefär 3600 Joule/gram. Kol är lösligt i järn och nickel (det betyder alltså att det inte behöver smälta för att gå i lösning). Det normala är att analysera kolhalten i en smälta med hjälp av ett spektrometerprov eller med ett förbränningsprov typ Leco. Det man då får fram är den totala kolhalten i provet vilket tyvärr inte alltid är det relevanta för att kunna styra processen.

Den uppmätta, totala kolhalten, kan nämligen finnas i flera former:

  • Oupplösta mikroskopiska grafitpartiklar.
  • Kol som varit löst i smältan och utskiljts som grafit (det viktiga!).
  • Kol som varit löst i smältan och utskiljts som cementit och andra karbider.
  • Kol som varit löst i austenit och utskiljts som grafit i fast tillstånd.
  • Kol som varit löst i austenit och utskiljts som cementit (perlitbildning) i fast fas.

Bilden nedan visar ett mikrofoto av gråjärn med oupplösta grafitpartiklar (stora svarta partiklar). Vid smältning i en elugn kan det ta upp till 20 minuter innan vissa typer av uppkolningsmedel gått i lösning.

 

 

Det viktiga ur processtyrningssynpunkt är att kunna mäta utskiljningen av grafit från det kol som varit löst i smältan. Att med kemisk analys mäta den totala kolhalten ger därför endast en ungefärlig bild av vad som kan ske under stelnandet.

Utskiljning av grafit sker under utveckling av latent värme cirka 3600 Joule/gram vilket kan registreras i svalningskurva som en minskning av svalningshastigheten och till och med en ökning av smältans temperatur (rekalesens).

När kolatomerna kristalliserar som grafit ökar volymen eftersom densiteten för grafit är  2,2 g/cm3 mot 6,9 för gjutjärn vid 1150°C. Det är alltså enbart det kol som varit löst i smältan och som kristalliserar som grafit som har inverkan på smältans beteende för att bland annat. förhindra sugningar.

 

Processtyrning med enbart kemisk analys räcker inte

I de flesta gjuterier styr man smältprocessen med hjälp av kemisk analys och temperaturkontroll. Principen är att de olika grundämnena skall ligga inom vissa gränsvärden. En smälta kan exempelvis anses godkänd om kolhalten ligger mellan 3,30 och 3,45 procent, kiselhalten mellan 2,0 och 2,2 procent och fosforhalten mellan 0,05 och 0,1 procent. Om vi använder formeln CEL= C+Si/4+P/2 för att beräkna kolekvivalenten så blir ytterligheterna 3,83 och 4,05 procent. Detta innebär en variation av likvidustemperaturen om cirka 25°C. En sådan variation är naturligtvis oacceptabel om man gör anspråk på att kunna styra sin process. (OBS formeln med Si/3 ger för hög CEL och stämmer inte med termisk analys).

Om vi dessutom tar hänsyn till att noggrannheten vid en spektrometeranalys ligger runt +/- 0.05procent för kol och  +/-0.03 procent för kisel och fosfor så kan variationen bli ännu större. Eftersom även andra ämnen än kol, kisel och fosfor påverkar den verkliga kolekvivalenten exempelvis. löst syre och aluminium så kan variationen i verkligheten ligga runt +/- 0,08 procent i extremfall.

Ofta tar man dock inte hänsyn till detta utan tar analysen från spektrometern som om noggrannheten var +/- 0! Att styra processen genom att ligga inom vissa gränsvärden för kol och kisel ger som visats ovan alltför stor variation i likvidustemperaturen. Detta sker ofta utan att de som gör analysen inte är medvetan om det.  Oönskade variationer i likvidustemperaturen leder till olika mängd primärt utskild austenit eller primärgrafit, vilket påverkar fysikaliska egenskaper (speciellt för gråjärn) och kan ge upphov till olika gjutgodsfel.

 

Grunden är att kunna styra den aktiva kolekvivalenten

Likvidustemperaturen visar den sammanfattande inverkan av alla ämnen och gaser som påverkar begynnande stelnande dvs det som kallas likvidus. Likvidustemperaturen (TL) är en funktion av den verkliga kolekvivalenten som vi i fortsättningen kallar den aktiva kolekvivalenten (ACEL). Sambandet för en undereutektisk smälta är ACEL= 14,45 – 0.0089*Likvidustemperaturen.  Med bra mätutrustning kan vi mäta likvidustemperaturen med en noggrannhet av cirka +/- 1,2 °C. Om vi använder formeln ovan för att beräkna ACEL får vi en noggrannhet av cirka +/- 0,01 procent, det vill säga kanske upp till åtta gånger noggrannare än om man beräknar kolekvivalenten baserat på kemisk analys. En av de viktigaste faktorerna i gjutjärnmetallurgi är att kunna kontrollera den aktiva kolekvivalenten med en hög noggrannhet. För gråjärnslegeringar är fysikaliska egenskaper direkt beroende av ACEL. För segjärn påverkar ACEL bland annat nodularitet och sugningsbenägenhet. Variation i ACEL kan för båda legeringstyperna även leda till ökad risk för vissa gjutgodsdefekter som kallflytningar, sugningar, blåsor med mera.

 

Illustrationen visar en svalningskurva för ett undereutektiskt järn, dess derivata (=svalningshastighet) och fasdiagrammet. TES är starten för det eutektiska stelnandet. Vid TElow är värmeutveckling från grafitutskiljningen tillräckligt stark för att temperaturen skall öka i provkroppen.

 

Hur kan man mäta aktiv kolekvivalent med tillräcklig noggrannhet?

Med traditionell termisk analys där man gjuter en provkopp som innehåller ungefär ett halvt gram tellur så kan man bestämma likvidustemperaturen och den ”vita” eutektiska temperaturen. På grund av  att tellur kokar vid runt 980°C och är inblandad med en pasta får man dels effekten att det blir svårt att fylla provkoppen på grund av kokning av tellur, dels att likvidustemperaturen påverkas så att den visar större variation och normalt ett antal grader högre temperatur än om en provkopp utan tellur används. Om man vill ha en hög noggrannhet vid mätning av likvidustemperaturen rekommenderas att en provkopp utan tellur används. Tillsatsen av tellur gör att kolet som är löst i smältan bildar cementit (Fe3C) vilket medför att ett prov med en ”tellurkopp” inte ger någon som helst information om hur en smälta kommer att bete sig under stelnandet eftersom den viktiga grafitbildningen undertrycks. Det enda motivet med att använda en ”tellurkopp” är att man kan fastställa den meta-stabila (vita) eutektiska temperaturen. Den ”vita” eutektiska temperaturen är en funktion av halterna av bl.a. kisel, fosfor, krom och molybden. Den är därför värdefull som en referenstemperatur. Vid traditionell termisk analys används den vita eutektiska temperaturen för att beräkna kiselhalten. Kisel sänker temperaturen med cirka 11,6 grader och med en mätnoggrannhet av +/- 1,2 °C blir noggrannheten för kisel +/- 0,1 procent. Dessutom påverkar andra ämnen som fosfor, krom och molybden varför noggrannheten blir +/- 0,12 procent. Eftersom flera ämnen påverkar den ”vita” eutektiska temperaturen (TEwhite) bör det man beräknar kallas kiselekvivalent (kisel.  Kisel bestäms därför bäst med en spektrometer.

Skissen visar en svalningskurva (den övre röda) som stelnat med utskiljning av grafit vilket gjort att temperaturen ökat (på grund av det höga latenta värmet:  kol till grafit) under det eutektiska stelnandet. Den undre kurvan representerar exakt samma smälta men som påtvingats ett ”vitt” stelnande genom användning av en provkopp med tellur så att kolet bildat cementit.

 

Är den traditionella termiska analysen med Tellur noggrann?

Termisk analys baserat på vitt stelnande genom att använda Quik-Cups med en tellurpasta har varit i bruk sedan åtskilliga decennier. Systemet visar kolekvivalent (CE), kol (C) och kisel (Si). Principen är att man använder likvidustemperaturen (TL) för att beräkna kolekvivalenten (CE). Eftersom tellurpastan gör att det är svårt att fylla koppen på ett reproducerbart sätt och eftersom den även påverkar temperaturen blir noggrannheten sämre än om likvidustemperaturen bestäms med en kopp utan tellur. Kisel bestäms genom att mäta den vita eutektiska temperaturen (TEwhite). Ofta används en enkel formel baserad på att en procent kisel sänker TEwhite med 11,6°C.

En typisk formel är:  Si=(1147-TEwhite)/11,6 + korrektion för fosfor

Problemet är att TEwhite som tidigare visats inte bara beror på kisel utan även på fosfor, krom, mangan och flera andra grundämnen. Det man bestämmer är alltså inte kisel utan en slags kiselekvivalent. När man bestämt kolekvivalenten och kisel kan man beräkna kolhalten med sambandet C = CEL – (Si+P)/3. Noggranheten blir dock låg cirka +/- 0,1 procent,

Termisk analys med tellurkoppar var värdefull på tiden före spektrometrarnas intåg. Idag är metoden inte lämplig för processtyrning dels på grund av den låga noggrannheten dels på grund av att den inte visar det väsentliga, nämligen hur det stabila stelnandet med utskiljning av grafit sker.

 

Aktivt kol

Aktivt kol är det kol som varit löst i smältan och som utskiljts i form av primärgrafit och eutektisk grafit i övereutektiska smältor och som eutektisk grafit i undereutektiska eller eutektiska smältor. Med hjälp av termisk analys av prover som tillåts stelna med grafitutskiljning som i ATAS kan den aktiva kolhalten beräknas med utgångspunkt i svalningskurvan. Ju större mängd aktivt kol, desto större expansion av den utskiljda grafiten vilket kan kompensera för volymminskningen av austenit och kvarvarande flytande fas. Den aktiva kolhalten vid den eutektiska temperaturen är därför den mest relevanta kolhalten.

Den aktiva kolhalten är bland annat beroende på kiselhalten. En högre kiselhalt gör att austenitfasen kan lösa mindre mängd kol vilken medför att den eutektiska aktiva kolhalten då blir högre. Vid en kolhalt på 3,8 procent och en kiselhalt på 2,0 procent kan austenitfasen lösa 1,9 procent kol. Den teoretiskt högsta andelen aktivt kol blir då  1,9 procent (3.8 – 1.9) vilket skulle kunna medföra en volymökning om ungefär sex procent.

Om andelen aktivt kol är hög kan det medföra att expansionen gör att flytande metall kan pressas upp ur ATAS provet. Fotot visar en ATAS provkropp där en tiograms pärla ”svettats” ut under stelnandet vilket motsvarar en volymökning om 2,6 procent.

 

Beräkning av aktivt kol med hjälp av svalningskurvor

En svalningskurva uppmätt med en standardiserad metod (ATAS plus Quik-Cup) är en funktion av differensen mellan värmeförluster per tidsenhet (strålning, absorption, konduktion och konvektion) och värmeutveckling (latent och specifikt värme från olika faser). Genom att analysera svalningskurvan och använda kända termiska värden för austenit och grafit kan man beräkna andelen utskild grafit och därmed även den aktiva kolhalten. I ATAS görs detta genom att svalningskurvan analyseras från start för det eutektiska stelnandet fram till solidus. Metoden ger bra noggrannhet för undereutektiskt järn. Bilden visar ett snitt genom en Quik-Cup samt värmeavgången under stelnandet. Svalningskurvan visar balansen mellan värmeavgång och värmeutveckling under stelnandet.

Den verkliga eutektiska punkten varierar med läget för den eutektiska temperaturen.

För att kunna styra processen är det därför nödvändigt att kunna kontrollera både likvidustemperaturen och den eutektiska temperaturen!

Eftersom kärnbildning genom ympning avklingar med tiden kommer den eutektiska temperaturen att sjunka. Detta innebär att den eutektiska punkten förskjuts åt höger i fasdiagrammet (se den vänstra bilden). En legering som strax före gjutning är eutektisk (TL=TElow) kan efter en viss tid bli allt mer undereutektisk vilken medför utskiljning av allt mer primäraustenit och ökad risk för sugningar!

I ett experiment gjordes en segjärnsbehandlig som ympades så att järnet stelnande eutektiskt till 100 procent vilket framgår av svalningskurvan tagen en minut efter ympning. Både ACEL och VEP var 4,29 procent.

Det ympade järnet hölls därefter vid konstant temperatur i en ugn. Prover för termisk analys togs ut varje minut. Efter cirka fem minuter började TElow att sjunka vilket gjorde att den eutektiska punkten ökade. Efter tio minuter hade den eutektiska temperaturen (TElow) sjunkit från 1142°C till 1124 och därmed förflyttat VEP från 4,29 till 4,45 . Detta medförde att järnet stelnade med utskiljning av cirka sex procent primäraustenit (gult på svalningskurvan). Risken för makrosugningar är uppenbar om järnet används längre än fem minuter i detta fall.

 

Styrning av basjärnet och smältprocessen

För basjärnet är det självfallet viktigt att den kemiska sammansättningen ligger inom önskade gränsvärden. Den termiska analysen är viktig för att säkerställa att den aktiva kolekvivalenten (ACEL)  ligger inom acceptabla gränser. Med den termiska analysen kan man även kontrollera att smältan beter sig normalt under stelnandet genom att studera underkylningen (TElow), rekalesensen (R) och solidustemperaturen (TS). För att godkänna ett basjärn krävs att både den kemiska och den termiska analysen är inom gränsvärdena.

Prover bör tas ur smältan när den anses klar och temperaturen ligger strax under eller vid tapptemperatur. Om prover visar att justeringar av ACEL eller grundämnen behövs så körs ugnen med hög effekt efter tillsatser i några minuter innan man tar ett nytt prov.

Om justering av ACEL gjorts genom tillsats av uppkolningsmedel (bör vara ett högkvalitativt lättlösligt medel) så kan det ta upp till femton minuter innan kolhalten ökat. Fastställ hur lång tid man behöver vänta genom att ta termiska analysprov med jämna mellanrum, exempelvis varannan minut. Studera likvidustemperaturen (TL) och se hur den gradvis sjunker ner mot ett stabilt läge. Oftast behöver smältan enbart justeras vad gäller ACEL. Kisel och andra grundämnen är enklare att pricka rätt. Justeringen behöver då göras med ett uppkolningsmedel. Om man är osäker och även vill veta kolhalten rekommenderas att den beräknas med hjälp av termisk analys och kiselhalt från spektrometer som tidigare beskrivits.

Om smältan skall användas för segjärnsbehandling måste kolhalten vara högre i basjärnet än i det färdigbehandlade järnet eftersom man får en utspädningseffekt på grund av tillsats av FeSiMg och täckmedel (stålklipp eller FeSi). När smältas anses klar slås effekten av om smältning skett i en degelugn och smältan får stå i runt fem minuter. Slaggpartiklar och emulgerad slagg stiger då mot ytan och kan slaggas av innan tappning sker.

 

Kontroll och styrning av behandlingsprocesser

A.Grått gjutjärn

För grått gjutjärn är den normala behandlingsprocessen av basjärnet en ympning strax innan gjutningen. För att kontrollera ympningen bör det ympade järnet kontrolleras med termisk analys (provkoppar utan tellur) vid första skänken efter ett legeringsbyte eller efter ett längre stillestånd samt därefter med olika intervall. En av de viktigaste parametrarna är att kontrollera att den aktiva kolekvivalenten, som avspeglas i likvidustemperaturen, ligger inom fastställda gränsvärden. En annan är att kontrollera att den undre eutektiska temperaturen (TElow) ligger strax över gränsvärdet och att rekalesensen (R) ligger inom gränser för maximalt respektive minimalt värde.

En för låg undre eutektisk temperatur indikerar att ympningen inte är effektiv och att det finns risk för underkylda grafitformer och primärcementit. En för hög rekalesens tyder på att en stor del av grafitutskiljningen sker alltför tidigt vilket gör att smältan expanderar och kan ge upphov till formväggsdeformation i råsandsformar och därmed öka riskan för sugningar. Om en för stor del av kolet utskiljs för tidigt blir expansionen under stelnandets slutskede kanske för låg med ökad risk för mikrosugningar som följd. Solidustemperaturen (TS) är en annan viktig parameter. En plötslig sjunkande solidustemperatur kan indikera att järnet kan ha blivit förorenat med spårämnen som segrar till restsmältan. Med termisk analys kan man även kontrollera den eutektoida omvandlingstemperaturen och därmed perlitomvandlingen.

B.Segjärn

Behandling av basjärnet med magnesiumlegeringar sker ofta med FeSiMg-legeringar med 3 till 10 procent magnesium och med mindre mängder av aluminium, kalcium och sällsynta jordartsmetaller.

Om en behandlingsskänk används är det viktigt att en behandlingskammare finns i skänken. Den ska företrädelsevis vara cylindrisk och med ett djup som är minst en och en halv gånger diametern. Detta gör att höjden på täckmedlet blir ganska stort vilket gör att skänken i bästa fall hinner fyllas innan järn smält igenom täckmedlet och reaktionen med magnesium startat.

Som täckmedel kan en järn-kisellegering (FeSi) eller ympmedel baserat på en sådan legering rekommenderas. Genom att använda FeSi får man ett homogent täckmedel och vid upplösningen bildas lokalt i smältan en hög kiselhalt vilket gör att magnesium löses snabbt och man får ett högt utbyte.

Svavelhalten i basjärnet bör användas för att beräkna tillsatsen av magnesium. För varje smälta kontrolleras om svavelhalten ligger inom fastställda gränsvärden, exempelvis . 0,011 – 0,009 %. Om halten är högre måste tillsats av magnesiumlegering ökas. Om halten är lägre bör den däremot minskas. Det är ju önskvärt att hålla magnesiumhalten i järnet så låg som möjligt eftersom risken för gjutfel som exempelvis sugningar minskar.Dessutom minskar kostnaderna.

Det bör observeras att vid magnesiumbehandlingen bildas olika magnesiumföreningar som magnesiumsulfid och magnesiumoxid.

Ett spektrometerprov visar den totala magnesiumhalten – inte den effektiva halten. Om järnet innehåller en hög halt av svavel kan man få dålig nodularitet även om spektrometern visar 0,045 procent magnesium.

Termisk analys däremot visar indirekt den effektiva halten av magnesium. Magnesium segrar till restsmältan i provkoppen och en hög halt sänker solidustemperaturen (TS) och ökar grafitfaktor 2 i ATAS.

Den normala provtagningsfrekvensen bör vara att man tar ett prov (spektrometer plus termisk analys) på den först behandlade skänken av varje ny smälta. Om basjärnet finns i en varmhållningsugn kan man ta ett prov vid varje timme samt efter längre stopp.

Bilden nedan visar en typisk och gynnsam kurva för ett eutektiskt segjärn. I det här fallet sammanfaller likvidustemperaturen (TL) med den undre eutektiska temperaturen (TElow). Detta innebär att ACELär lika med TEP. Skillnaden mellan TEhigh och TElow, det vill säga rekalesensen, är låg. Det långsträckta röda fältet indikerar en jämn grafitutskiljning fram till solidustemperaturen (TS).

 

Kombination av kemisk och termisk analys möjliggör effektiv processstyrning

En noggrann styrning av gjutjärnssmältors metallurgiska kvalitet är nödvändigt för att kunna tillverka gjutgods på ett repetitivt sätt med högt godsutbyte och med låg kassation. Styrning baserad enbart på kemisk analys ger praktiskt taget ingen information om hur järnet kommer att uppföra sig vid stelnandet i gjutformen.

Kemisk analys visar i princip hur många atomer som finns av varje grundämne i provet men ger ingen information i vilken form de förekommer (t.ex. Mg, MgS, MgO, Si, SiO2) och inte heller hur de inverkar på stelnandet.  Dessutom är noggrannheten för att kunna hålla den viktiga aktiva kolekvivalenten inom acceptabla gränser oftast för låg.

Termisk analys av grått stelnade av standardiserade prover gör det möjligt att kvantitativt mäta viktiga metallurgiska parametrar och därmed förstå hur stelnandet fortskrider. Särskilt viktigt är att kunna kontrollera den aktiva kolekvivalenten (ACEL) och den grå eutektiska temperaturen (TElow) för att kunna fastställa den verkliga eutektiska punktens läge (VEP). För att kunna hålla den eutektiska temperaturen konstant under så lång tid som en avgjutning pågår är det viktigt att välja rätt ympmedel.

Man kan säga att termisk analys visar den kombinerade effekten av alla grundämnen och föreningar som finns i provet. För att kunna styra gjutjärnssmältor med hög precision är det  nödvändigt att kombinera kemisk analys med avancerad termisk analys.

 

2096