DE2001495A1 - Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit - Google Patents

Description

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Beschreibung zum Patentgesuch

der Gebrüder Sulzer.- Aktiengesellschaft. Winterthur / Schweif

betreffendι
Verfahren aun von Gußeisen mit Kugelgraphit:

Erfindung betrifft ein Verfahren zum tiarsteilen von Gußeisen rait Kugelgraphit.

Aufgabe der Erfindung ist die Erzeugung eines GußwerJcstoffee mit relativ niedrigen Sillsiuingshaltön und ainam forritischen Grundgofügo im Gußaustand, woreua Bi«2h füir dia daraus hsrgas teil tan Gußstücke ein verbsssertias plastisches Verformungsvsrhaltön böi Raumtomperatur und bsi niedrigeren Betriebeternparaturen ergibt· ' _;

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BAD ORIGINAL·

Uenn daher durch Zusats des Behandlungsmittel« der Sill·* siunigehalt der Ausgangsschiaelaen praktisch nicht verbinderfc werden soll, werden für die Herstellung von Gußoisen Bit Kugelgraphit als Behandlungsmittel silisiumfrele iiagaaaiuß*- Vorlegierungen verwendet, wi« 2·B, Ki-Mg oder Cu-Mg. Das raiteingebrachte Hlckel oder Kupfer bewirkt keine Ferritisiarung, sondern begünstigt die Pcrlitbildung. Es ist daher ungünstig, diese bekannten Kg-haltigen, Si-fr Glen Vor le» gierungen tür Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit zu verwenden, welches ferritischeß GrundgefUge haben soll·

" Es 1st bekannt, Eisen^lagnesiura-Vorlegierungen in Fona von Preßkörpem als Behänd! ungsausa ta für Gußeisen mit. Kugelgraphit zu verwenden· Die Verwendung von Fe-Kg-Vorlegierungen l3t aber wenig treffsicher und die Kugolgraphitbildung oft nicht einwandfrei· Die ungünstige Fora und die geringe Anzahl der Graphitkugaln erniedrigen die mechanischen Eigenschaften der GuUstUcJea, Ein weiterer Nachteil dieser spesifisch leichten Vorlegierungen besteht in der betrieblichen Handhabung, da derartig» Porrakörpcr nicht von selbst in der Schzaelze des Aticgangscicena untertauchen, sondern hochschwisoaen und danit die ϊ-ig-Ausbeute verschlechtern· Ira Tauchverfaliren verwendet, erhöhen sich die Böhaiidlungs-

I. kosten bedeutend·

voriiegtruiß l.:tf Lnduxig bcatchb dar in ₍ dein eisen i.\Uid-r:3tanü i'ob.ilt und F^gneBlunj In notai Π. ".chor Po ν geDöinüc^i und gleichseitig in Mcngon zusuootir-i'n, die ssu Reatoagaaaiucigöhaltöft von 0,01 bis O₁OQ Gst/.'i. and Kobaltgehalten von 0,1 bis 1,5 Gow»% im Gußstück führen·

Zwar ißt ea bekannt! Kobalt als Lcglorungseloroent filr Gußeisen wit Kugelgraphit au verwanden? es hat iilch &b&£ gezeigt, daß - trots der dßbai, unter der Voraussetzung vergleichbarer chemischer Suauiiuaenfletauny,

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sondere gleicher Kohlenstoff- und Siliziumgehalte, festgestellten ferririsierenden Wirkung des Kobalts sowie der ebenfalls ermittelten Erhöhung der Kugelzahl und der Verbesserung der Kugelgraphitausbildung durch Kobalt - durch die anschließende Magnesiumbehandlung die bekannten, unerwünschten Wirkungen der Magnesiumträger nachträglich wieder Einfluß gewinnen. Darüber hinaus sind die wirksamen Kobaltgehalte bei der Verwendung von Kobalt als Legierungselement erheblich höher als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren; sie liegen im Bereich von etwa 3 bis 6 Gew.% Kobalt;

Außer den positiven Eigenschaften, die als Wirkungen des ferritischen Grundgefüges und des niedrigen Siliziumgehaltes folgen, besitzt darüber hinaus das erfindungsgemäße Behandlungsverfahren die gleichen Vorteile wie die Nickel-Magnesium- oder Kupfer-Magnesium-Behandlungen, besonders hinsichtlich der betrieblich einfachen Handhabung beim Einbringen in die Schmelze.

Mit den wesentlichen niedrigeren Kobaltgehalten werden darüber hinaus die aus den Untersuchungen an kpbaltlegiertem Gußeisen mit Kugelgraphit erkennbaren Vorteile.eines Kobaltzusatzes, besonders im Hinblick auf die mechanischen und technologischen Werte, in verstärktem Maße erreicht. Weiterhin hat sich gezeigt, daß mit der gleichzeitigen Kobaltbehandlung der für die Bildung des Kugelgraphits notwendige Restmagnesiumgehalt besonders niedrig gehalten werden kann. Dies ist besonders zur Vermeidung von Dross und dessen bekanntem, ungünstigen Einfluß auf die Gußstückgüte von großer Bedeutung. '

Es kann dabei das Magnesium'teilweise durch mindestens ein anderes der bekannten, die Kugelgraphitbildung fördernden Elemente, wie z.B. Kalzium, Yttrium und/oder seltene

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Erdmetalle, z.B. Cer, La etc., ersetzt werden.

Um besonders bei tieferen Siliziumgehalten (unter 1,3 Gew.%) die Grauerstarrung zu fördern, kann man vorteilhafterweise gleichzeitig mit dem Magnesium und dem Kobalt Aluminium in Mengen bis zu 3 Gew.% der Schmelze zusetzen.

Da bekanntlich Magnesium im festen Zustand in Kobalt unlöslich ist, ist es nicht möglich, entsprechend dem Legierungsverhalten dieser beiden Elemente eine eigentliche Magnesium-Kobalt-Vorlegierung zu erschmelzen. Die Zugabe

* des Behandlungsmittels kann jedoch zweckmäßigerweise so erfolgen, daß dem schmelzflüssigen Ausgangseisen gepreßte und/oder gesinterte, mindestens Kobalt und Magnesium in verteilter Form enthaltende, jedoch, abgesehen von Verunreinigungen, siliziumfreie Formkörper, Briketts oder Presslinge zugegeben werden. Mit Magnesium getränkte, poröse Kobaltträgerkörper können ebenfalls der Schmelze zugesetzt werden. Auch Formkörper, hergestellt aus zerkleinertem oder pulverisiertem Kobalt und Magnesium mit Hilfe von anorganischen Bindemitteln, wie z.B. Kalkmilch, Zement, die die Qualität der Schmelze nicht beeinflussen, können verwendet werden. Ein besonderes Anwendungsgebiet eines mit einem Kobalt-Magnesium-Zusatz behandelten Gußeisens mit Kugelgraphit sind Gußstücke, welche bei der Erstarrung ein gerichtetes, dendritisches Kristallwachstum zeigen, wie z.B. dünnwandiger Sandguß, Strangguß oder Guß in Dauerformen mit relativ hoher Abschreckwirkung, z.B. Kokillenguß.

Ein weiterer Anwendungsbereich der Erfindung liegt im Gußeisen mit Kugelgraphit mit Gehalten von Silizium max. 2,1 Gew.%, Phosphor max. 0,05 Gew.% und Mangan max. 0,01 Gew.% für Gußstücke mit vorwiegend ferritischem Grundgefüge, welche bei Raum- und tieferen Temperaturen

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bis zu -40° C ein erhöhtes plastisches Verformungsverhalten besitzen. Ein Perlitanteil im ferritischen Grundgefüge kann dabei, abhängig von der erforderlichen plastischen Verformbarkeit, toleriert werden und bis zu etwa 20 %, bezogen auf die flächenhafte Betrachtung des Mikrogefüges bei optisch 100-facher Vergrößerung, betragen.

Durch die Magnesium-Kobalt-Behandlung wird als weiterer Vorteil ermöglicht, daß die Gußstücke, abgesehen von Sonderfällen ohne zeitraubende und kostspielige thermische Nachbehandlungen, also vorzugsweise im Gußzustand, verwendet werden können.

Die Erfindung wird in nachfolgender Beschreibung an drei Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1:

In einem Hf-Inductionstiegelofen entsprechender Größe* mit Magnesitstampfmasse ausgekleidet, wurden etwa 11 kg kleinstückige Magneteisenabfälle aufgeschmolzen und mit 0,5 kg Graphit aufgekohlt. . '

Das Ausgangseisen hatte folgende chemische Zusammensetzung:

C Si Mn P S 3,7 1,80 0,13 0,01 0,008

Dieses Ausgangseisen wurde bei einer Temperatur von 1480° C - 5° C mit einem Kobalt-Magnesium-Zusatzmittel behandelt. Dieses wurde vorher pulvermetallurgisch aus einer Mischung von 76 % Kobalt-Pulver (99, 56 % Co-Gehalt, Korngröße 40 /A. m) ; 4 % Cer-Pulver ähnlicher Korngröße und 20 % Mg-Pulver (99,8 % Mg, Korngröße 100 Xt m) in derForm tablettenartiger Formkörper durch Kaltpressen mit einem Druck von 3,5 t/cm hergestellt. Die zuzugebende Menge Behandlungsmittel beträgt 1 Gew.% der Schmelze. Der Zusatz wurde durch Tauchen mit Graphibglocke in die Schmelze eingebracht. Die Behandlung verlief ruhig und ohne besondere Lichteffekte. Bei etwa

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1430° C wurde die behandelte Schmelze mit 0,3 % Fe-Si (75%ig) geimpft und anschließend zu Probegußstücken (Probestücke Nr. Y 3, gemäß DIN 1693, und Keile) in getrocknete, leicht vorgewärmte Sandformen vergossen.
Die chemische Analyse der Probestücke ergab:

C	3,84	Gew.%
P	0,01	Gew.%
S	0,007	Gew.%
Si	2,25	Gew.%
Mn	0,15	Gew.%
Mg	0,027	Gew.%

Co 0,50 Gew.%

Die Proben wurden anschließend in üblicher Weise untersucht, Die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften ergab im einzelnen folgende Werte:

O "O ~ ζ HB ρ

kg/mm kg/mm % kg/mm

2 kg/mm	%5
31,0	18,7
33,2	18,8

45,7 31,0 18,7 143 48,3 33,2 18,8 144

Die Untersuchung des Mikrogefüges zeigte zahlreiche wohlausgebildete Graphitkugeln in vorwiegend ferritischem Grundgefüge, mit einem Perlitanteil kleiner als 3 % im Gußzustand.

Beispiel 2:

Eine Ausgangseisen-Schmelze, die in der oben geschilderten Weise erschmolzen wurde und deren Siliziumgehalt etwa 1,7 Gew.% betrug, wurde mit einem ebenfalls durch Kaltpressen hergestellten Behandlungsmittel aus Kobalt, Magnesium und Aluminium folgender Zusammensetzung behandelt:

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60 % Kobalt, 20 % Magnesium, 20 % Aluminium.Die Behandlungstemperatur des Beispieles Ϊ würde beibehalten. Die ebenfalls wiederum'als Y-Probestücke, bei gleicher Gießtemperatür abgegossenen Probert, hatten- folgende mechanische Eigenschaften:

B	S · o	5	,8.	HB
kg/mm	kg/mm	%	kg/mm
49,4	34,3	16	; 154

Die Gefügeuntersuchung zeigte wiederum gutgeformte Kugeln in einem ferritischen Grundgefüge mit einem Perlitanteil von max. 5 %.

Beispiel 3:

Zur kontinuierlichen Herstellung von Horizontal-Stranggußbarren (35 bis 43 mm 0) aus Sphäroguß, mit vorwiegend ferritischem Grundgefüge, ist es erforderlich, das auf übliche Weise mit Mg-Vorlegierungen verschiedener Art vorbehandelte Ausgangseisen im Warmhaltegefäß der Stranggußmaschine periodisch mit Mg-haltigen Zusatzstoffen nachzubehandeln, um den Abklingeffekt der ursprünglichen Mg-Behandlung zu kompensieren·

Bei der Verwendung von üblichen Sl-haltigen Magnesium-Vorlegierungen ergibt sich dabei eine ständige Si-Zunahme, . welche das plastische Verformungsvermögen des ferritischen Stranggußes verschlechtert· Wird die Mg-Nachbehandlung erfindungsgemäß mit dem Si-freien Mg-Co-Zusatz durchgeführt, so tritt keine unerwünschte Si-Zunahme auf, und es kann der ursprünglich angestrebte optimale Si-Gehalt treffsicher eingehalten werden· -

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Zu der jeweils im Warmhaltegefäß der Stranggußmaschine vorhandenen Eisenmenge wurde in Abständen von ungefähr 1 Stunde 400 bis 800 kg vorbehandelter flüssiger Sphäroguß nachgeschüttet. Die Behandlung erfolgte im Tauchverfahren mit 3,4 kg Mg-Co-Zusätzen in Abständen von 10 bis 15 Min. Die Behandlungstemperatur betrug 1340° C. Der auf diese Weise hergestellte Strangguß hatte folgende Festigkeitswerte :

^S 38 bis 45 kg/mm², ^B 43 bis 65 kg/mm², ^5 17 bis 21 %,

^. HB 170 kg/mm²

Das Mikrogefüge zeigt über den ganzen Querschnitt eine sehr gleichmäßige, überwiegend ferritische Erstarrung mit einwandfrei ausgebildeten, kleinen Sphärolithen.

Durch die Verwendung von Mg-Co-Zusätzen trat eine deutliche Vergleichmäßigung des Gefüges auf, das Ausscheiden von eutektischem Zementit wurde unterdrückt, Schlacken- und Dross-Einschlüsse wurden vermindert.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Auch ist es ohne weiteres möglich, durch Glühbehandlungen die be- ψ reits im Gußzustand sehr guten mechanischen Eigenschaften der Gußstücke weiter zu verbessern.

- Patentansprüche -

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Claims (6)

. - - 9- 2Q0H95 P a t e η t a η s ρ r ü ehe

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangseisen mindestens Kobalt und Magnesium in metallischer Form gemeinsam und gleichzeitig in Mengen zugesetzt werden, die zu Restmagnesiumgehalten von 0,010 bis 0,08 Gew.% und Kobaltgehalten von 0,1 bis 1,5 Gew.% führen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium teilweise durch mindestens ein anderes der die Kugelgraphitbildung fördernden Elemente, wie z.B. Kalzium, Yttrium und/oder seltene Erdmetalle, wie z.B. Cer, und-La, ersetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch gleichzeitige Zugabe von Aluminium in Mengen bis zu 3 Gew.% der Schmelze.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze des Ausgangseisens gepreßte und/oder gesinterte, mindestens Kobalt und Magnesium in verteilter Form enthaltende, jedoch, abgesehen von Verunreinigungen, siliziumfreie Formkörper zugegeben werden.

5. Gußeisen, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, verwendet für Gußstücke mit gerichtetem, dendritischem Kristallwachstum bei der Erstarrung, z.B. für dünnwandigen Sandguß, Strangguß oder Guß in Dauerformen mit hoher Abschreckwirkung, z.B. Kokillenguß.

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6. Gußeisen, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit

Silizium max. 2,1 Gew.%, Phosphor max. 0,05 Gew.%, Mangan max. 0,1 Gew.%, für Gußstücke mit vorwiegend ferritischem Grundgefüge, welche bei Raum- und tieferen Temperaturen, bis zu -40° C, ein erhöhtes plastisches Verformungsverhalten und verbesserte Kerbschi agzähigkeitswerte besitzen.

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