DE2757114A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING HIGH STRENGTH GRAPHITE CASTING - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING HIGH STRENGTH GRAPHITE CASTINGInfo
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Description
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Verfahren zum Herstellen hochfesten KugelgraphitgussesProcess for producing high-strength nodular cast iron
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten Kugelgraphitgusses mit niedrigem Kohlenstoffäquivalent. The invention relates to a method for producing a high-strength spheroidal graphite cast iron with a low carbon equivalent.
Im allgemeinen bildet Kugelgraphitguß (der ebenfalls als Sphäroguß oder sphärolitisches Gußeisen bezeichnet wird)
ein Erzeugnis mit relativ hohem Kohlenstoffgehalt und
hohem Siliciumgehalt, bei dem sich der Kohlenstoff größtenteils
in sphäroidischer Form als voreutektischer Graphit
während der Behandlung in der Liquidphase auskristallisiert hat. Ein derartiges Gußeisen besitzt eine
gesteigerte Festigkeit im Vergleich zum üblichen Grauguß, bei dem der Kohlenstoff größtenteils in Form von blättchen-In general, nodular cast iron (also referred to as nodular cast iron or spherulitic cast iron) is a product with a relatively high carbon content and
high silicon content, in which the carbon has largely crystallized in spheroidal form as pre-eutectic graphite during the treatment in the liquid phase. Such a cast iron has a
increased strength compared to the usual gray cast iron, in which most of the carbon is in the form of flake
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förmigem oder schuppenförmigem Graphit vorhanden ist, und dem als Ursache für eine unausreichende Festigkeit des Erzeugnisses ein sogenannter Einschnürungseffekt zukommt. Der Grauguß wird meist ohne zusätzliche besondere Wärmebehandlung verwendet. Schmelzflüssiges Eisen zum Herstellen von Kugelgraphitguß macht eine Kohlenstoffmenge erforderlich, die zur Auskristallisierung von Graphit während des Vergießens ausreicht, wobei zusätzlich ausreichende Mengen an Silicium beigegeben werden, um die Graphitbildung zu begünstigen und eine gute Vergießbarkeit zu erzielen. Zusätzlich ist es erforderlich, ein graphitbildendes Mittel dem schmelzflüssigen Eisen zuzugeben, das als wesentlichen Bestandteil Mg umfaßt. Der Kohlenstoff- und Siliciumgehalt des Gußeisens werden üblicherweise durch das Kohlenstoffäquivalent (CA) wie folgt ausgedruckt: CÄ(%) - C(%) + -1 (Si + P) (%). Bei Kugelgraphitguß liegt das Kohlenstoffäquivalent bekanntlich innerhalb des Bereiches von ungefähr 4-,O bis 5>O %·shaped or flaky graphite is present, and The cause of the insufficient strength of the product is a so-called constriction effect. The gray cast iron is mostly used without additional special heat treatment. Molten iron for making of nodular cast iron requires an amount of carbon which is sufficient for the crystallization of graphite during the casting process, with additional sufficient Amounts of silicon are added to favor graphite formation and to achieve good castability. In addition, it is necessary to add a graphite-forming agent to the molten iron, which includes Mg as an essential component. The carbon and silicon content of cast iron are usually expressed by the carbon equivalent (CA) as follows: CÄ (%) - C (%) + -1 (Si + P) (%). With nodular cast iron the carbon equivalent is known to lie within the range of approximately 4, O to 5> O%
Bekanntlich wird Kugelgraphitguß durch Sandgießen hergestellt und demzufolge neigt dieser zu ihm eigenen Fehlstellen, wie zum Beispiel die Schwindungslunkerbildung, die durch die Bewegung relativ schwacher Gußwandungrn verursacht wird. Ein weiterer Nachteil des Kugelgraphitgusses ist darin zu sehen, daß durch die Wärmebehandlung der Gußstücke zwangsweise eine Volumenzunähme oder Rißbildungen an der Oberfläche insbesondere dann auftritt, wenn die' Gußstücke innere Fehlstellen besitzen. Der Kugelgraphitguß wird seiner Verwendung im vergossenen Zustand oder nach einer kurzen Wärmebehandlung zugeführt, durch die der Guß insbesondere spannungsfrei gemacht wird.As is well known, spheroidal graphite cast iron is produced by sand casting and, as a result, it tends to have its own imperfections, such as the formation of shrinkage cavities caused by the movement of relatively weak cast iron walls caused. Another disadvantage of spheroidal graphite cast iron is that it is caused by the heat treatment of the castings inevitably an increase in volume or cracking occurs on the surface in particular when the 'castings have internal defects. The nodular cast iron is supplied to its use in the encapsulated state or after a short heat treatment which the casting is made stress-free in particular.
Ferner gibt es eine andere Art eines hochwertigen Gußeisens, das als sogenanntes schmiedbares Gußeisen oder als Temperguß bezeichnet wird. Dieses Material weist einenThere is also another type of high quality cast iron known as the so-called forgeable cast iron or is referred to as malleable cast iron. This material has a
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relativ niederen Kohlenstoff- und Siliciumgehalt auf. Das Kohlenstoffäquivalent dieses Gußeisens liegt ungefähr in dem Bereich von 2,5 bis 3»5 %· Als ein Hauptunterschied zum Kugelgraphitguß wird bei der Herstellung von Temperguß ein Verfestigungs- bzw. Erstarrungsprozeß (Sandformgießen) durchgeführt, so daß man die Struktur eines weißen Gußeisens erhält, wobei sich bei der Erstarrung kein Graphit auskristallisiert. Die Herstellung von Temperguß ist beendet, wenn das weiße Gußeisen einer Wärmebehandlung, die lange Zeit in Anspruch nimmt, unterworfen worden ist, um eine Ausscheidung von sogenanntem kompakten Graphit oder haufenförmigem Graphit zu bewirken, durch die die Zähigkeit des Erzeugnisses verbessert wird. Ein Nachteil beim Temperguß bildet die Notwendigkeit einer übermäßigen Zeit für die Wärmebehandlung, um das weiße Gußeisen in graphitisiertes Gußeisen überzuführen bzw. umzuwandeln. Die Wärmebehandlung nimmt im allgemeinen 20 bis 50 Stunden in Anspruch und in einigen Fällen beläuft sie sich auf ungefähr 100 Stunden bei Gußstücken mit großen Abmessungen.relatively low carbon and silicon content. The carbon equivalent of this cast iron is roughly in the range of 2.5 to 3 »5% as a major difference For spheroidal graphite cast iron, a solidification or solidification process is used in the manufacture of malleable cast iron (Sand mold casting) performed so that you can get the structure of a white cast iron, with no graphite crystallizing out during solidification. The production of malleable cast iron is finished when the white cast iron is subjected to a heat treatment that takes a long time has been used to cause precipitation of so-called compact graphite or heap-shaped graphite, which improves the toughness of the product. A disadvantage of malleable cast iron is the necessity an excessive time for the heat treatment to convert the white cast iron to graphitized cast iron or convert. The heat treatment generally takes 20 to 50 hours, and in some cases, it takes it extends to approximately 100 hours for large-sized castings.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zum Herstellen von Kugelgraphitguß anzugeben, der im Hinblick auf die Zähigkeit besser als übliche hochwertige Gußeisen ist.The invention aims to provide a method for producing spheroidal graphite cast iron with a view to the toughness is better than usual high quality cast iron.
Vorzugsweise befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Herstellen hochfesten Kugelgraphitgusses, das eine wirtschaftlichere Durchführungsweise gestattet und vorteilhafter als die übliche Herstellungsweise von Temperguß ist.Preferably, the invention is concerned with a method for producing high-strength spheroidal graphite cast iron, which a more economical way of implementation allows and more advantageous than the usual way of manufacturing malleable cast iron is.
Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren zum Herstellen von Kugelgraphitguß dadurch aus, daß eine Eisenschmelze mit relativ niedrigem Kohlenstoff- und Siliciumgehalt unter Zugabe eines Mittels zur Graphitausscheidung inAccording to the invention, a method for producing nodular cast iron is characterized in that an iron melt with relatively low carbon and silicon content with the addition of an agent for graphite precipitation in
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Kugelform, das hauptsächlich Magnesium enthält, durch ein Metallform-Gießen schnell verfestigt wird, so daß man einen Guß mit einer Struktur von weißem Gußeisen erhält, und daß der Guß einer kurzzeitigen Wärmebehandlung unterworfen wird, um eine Ausscheidung von feinem Kugelgraphit zu bewirken.Spherical shape, which mainly contains magnesium a metal mold casting is solidified quickly, giving a casting with a structure of white cast iron obtained, and that the casting is subjected to a brief heat treatment to prevent precipitation of to effect fine spheroidal graphite.
Vorzugsweise liegt das Kohlenstoffäquivalent des schmelzflüssigen Eisens beim Verfahren nach der Erfindung innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 4,3 % und das Mittel zur Kugelgraphitausscheidung wird in einer derartigen Menge zugegeben, daß die Menge des gebundenen Mg in der Eisenschmelze 0,01 bis 0,2 Gew.-% beträgt. Das Mittel zur Kugelgraphitausbildung wird aus den hierfür üblichen Mitteln für Gußeisen ausgewählt. Das Metallform-Gießen beim Verfahren nach der Erfindung umfaßt jegliche Art von üblichen Gußverfahren unter Verwendung einer bleibenden Form, insofern man eine Metallform verwendet und umfaßt auch das Metallformgießen unter Ausnutzung der Schwerkraft, das Niederdruckgießen, das Druckspritzgießen und das Metallschmieden im schmelzflüssigen Zustand. Die Verwendung eines Druckgußverfahrens, das von einem Druckspritzgußverfahren gebildet werden kann, wird bevorzugt. Die Wärmebehandlung zur Graphitbildung und Ausscheidung wird ungefähr 0,2 bis 10 Stunden lang bei Temperaturen zwischen 750 und 12000C ausgeführt, üblicherweise ist jedoch die Wärmebehandlung nach weniger als 5 Stunden beendet.Preferably, the carbon equivalent of the molten iron in the process according to the invention is within a range of 2.0 to 4.3 % and the spheroidal graphite precipitating agent is added in such an amount that the amount of bound Mg in the molten iron is 0.01 to 0 .2% by weight. The agent for spheroidal graphite formation is selected from the agents customary for this purpose for cast iron. The metal mold casting in the method of the invention includes any kind of conventional permanent mold casting method insofar as a metal mold is used, and also includes gravity metal mold casting, low pressure casting, pressure injection molding and metal forging in the molten state. The use of a die casting process, which can be formed from a die injection molding process, is preferred. The heat treatment for graphite formation and precipitation is carried out for approximately 0.2 to 10 hours at temperatures between 750 and 1200 ° C., but the heat treatment is usually ended after less than 5 hours.
Ein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellter Kugelgraphitguß ist dem sonst üblicherweise hergestellten sowohl im Hinblick auf die Zugfestigkeit als auch die Verschleißfestigkeit überlegen.A nodular cast iron produced by the method according to the invention is that which is otherwise usually produced Superior in both tensile strength and wear resistance.
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bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in der Herstellung eines hochfesten und verschleißfesten Kugelgraphitgusses aus einer Eisenschmelze mit einem Kohlenstoffäquivalentwert von 2,0 bis 4,3 % mit Hilfe eines Metallfοrm-Gießverfahrens, das vorzugsweise von einem Druckgußverfahren gebildet wird. Der Schmelze wird ein Mittel zur Graphitausscheidung bzw. -bildung zugegeben, das hauptsächlich Magnesium enthält. Ferner schließt sich eine Wärmebehandlung zur Graphitausscheidung an, die während einigen Stunden bei 750 bis 12000C ausgeführt wird. Durch die schnelle Erstarrung beim Metallformgießen erhält man eine feine Struktur des weißen Gußeisens und es ergibt sich eine schnelle Beendigung der Ausscheidung von feinem Kugelgraphit bei der Wärmebehandlung. A preferred idea of the invention is the production of a high-strength and wear-resistant spheroidal graphite cast iron from molten iron with a carbon equivalent value of 2.0 to 4.3% using a metal mold casting process, which is preferably formed by a die-casting process. An agent for the precipitation or formation of graphite, which mainly contains magnesium, is added to the melt. This is also followed by a heat treatment for graphite precipitation, which is carried out at 750 to 1200 ° C. for a few hours. The rapid solidification in metal mold casting gives the white cast iron a fine structure and the precipitation of fine spheroidal graphite ends quickly during heat treatment.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.Further details, features and advantages of the invention emerge from the following description of FIG preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
Figur 1 ist ein Schliffbild der Struktur des Gußeisens in einem Zwischenzustand vor der Wärmebehandlung zur Graphitausscheidung beim Verfahren nach der Erfindung im ungeätzten Zustand,FIG. 1 is a micrograph of the structure of the cast iron in an intermediate state before the heat treatment for graphite precipitation in the method according to the invention in the unetched state,
Figuren 2A, 2B, 2C und 2D sind Schliffbilder der Struktur eines Kugelgraphitgusses im ungeätzten Zustand für vier aus der Probe nach Figur 1 hergestellte Probenkörper, wobei die Wärmebehandlung über verschieden lange Zeiträume ausgeführt worden ist,Figures 2A, 2B, 2C and 2D are micrographs of the structure a nodular cast iron in the unetched state for four produced from the sample according to FIG Test specimens, the heat treatment being carried out over different periods of time is,
Figur 3 ist ein Schliffbild der Struktur der Probe nach Figur 2A im ungeätzten Zustand,FIG. 3 is a micrograph of the structure of the sample Figure 2A in the unetched state,
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Figur 4 ist ein Schaubild, das den Zusammenhang von Erwärmungstemperatur bei der Behandlung zur Graphitbildung nach der Erfindung und der Zeitdauer aufzeigt, die zur Beendigung der Graphitausscheidung und -bildung benötigt wird,Figure 4 is a graph showing the relationship between heating temperature in treatment for Shows graphite formation according to the invention and the time required to complete the Graphite precipitation and formation is required,
Figur 5 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang von Erwärmungstemperatur und erforderlicher Zeit für die vollkommene Graphitausscheidung beim erfindungsgemäßen Verfahren aufzeigt,Figure 5 is a diagram showing the relationship between heating temperature and time required shows for the complete graphite precipitation in the method according to the invention,
Figur 6 ist ein Schliffbild der Struktur eines Kugelgraphitgusses im geätzten Zustand, der nach dem Druckspritzgießen als Metallformgießen beim Verfahren nach der Erfindung hergestellt worden ist, undFIG. 6 is a micrograph of the structure of a spheroidal graphite cast iron in the etched state, according to the pressure injection molding produced as metal mold casting in the method according to the invention has been, and
Figur 7 ist ein Diagramm, in dem die Verschleißfestigkeit eines Kugelgraphitgusses nach dem Verfahren gemäß der Erfindung im Vergleich zu drei Arten von üblichen Gußeisen eingetragen ist.Figure 7 is a graph showing the wear resistance of a nodular cast iron according to the method according to the invention compared to three Kinds of common cast iron is registered.
Der Zusammensetzung der Metallschmelze zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung kommt selbstverständlich im Hinblick auf die zu erzielbaren Vorteile eine Hauptbedeutung zu. Die Eigenschaften des Gußeisens basieren überwiegend auf den darin enthaltenen Mengen an C und Si, obgleich auch verschiedene andere Bestandteile, wie z. B. Ni, Cr, Mo, Mn usw. zur Verbesserung von speziellen Eigenschaften nicht vernachlässigt v/erden können. Bei einer Zunahme der Gesamtmenge an Kohlenstoff beim Guß-The composition of the molten metal to carry out Of course, the method according to the invention comes with a view to the advantages that can be achieved Main meaning too. The properties of cast iron are mainly based on the amounts of it contained C and Si, although various other components such as B. Ni, Cr, Mo, Mn, etc. to improve special Properties cannot be neglected. With an increase in the total amount of carbon in the casting
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eisen führt dazu, daß größere Mengen an Graphit in den gebildeten Gußstücken vorhanden sind. Eine ähnliche Wirkung kommt Si zu, das jedoch zusätzlich die Aufgabe erfüllt, eine gute Vergießbarkeit der Eisenschmelze sicherzustellen. Zur Angabe einer Grundzusammensetzung für Gußeisen hat sich deshalb das Kohlenstoffäquivalent eingebürgert, dessen Definition zuvor angegeben worden ist. Gußeisen kann eine größere Menge an Graphit bei größerem Kohlenstoffäquivalent enthalten.iron results in larger amounts of graphite being present in the castings formed. A similar effect Si is assigned, but it also fulfills the task of ensuring good castability of the iron melt. The carbon equivalent has therefore become established to specify a basic composition for cast iron, the definition of which has been given above. Cast iron can contain a larger amount of graphite at larger sizes Contains carbon equivalent.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird von einer Eisenschmelze als Ausgangsmaterial ausgegangen, deren Kohlenstoffäquivalent innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 4,3 % liept. Der Grund hierfür liegt in den folgenden Bedingungen. Wenn das Kohlenstoffäquivalent kleiner als 2,0 % ist, kann man ein solches Eisen nur schwerlich als Gußeisen bezeichnen, sondern dann ist das Eisen als Stahl anzusprechen. Ein derartiges Eisen mit geringem Kohlenstoff äquivalent ist nur sehr schwer vergießbar, insbesondere beim Gießen unter Verwendung einer ständigen und bleibenden Form. Zusätzlich ist eine hohe Gießtemperatur erforderlich, die im Hinblick auf die Haltbarkeit der Metallformen unerwünscht ist. Der obere Grenzwert für das Kohlenstoffäquivalent beläuft sich auf 4,3 %, da eine Auskristallisierung von Graphit in grober Form bei der Erstarrungsstufe unerwünscht ist und da man ein Gußeisen als Zwischenprodukt erhalten will, das im wesentlichen die Struktur von weißem Gußeisen hat. Eine Zusammensetzung mit einem Kohlenstoffäquivalent von größer als 4,3 % liegt im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm in einem Bereich oberhalb eines eutektischen Punktes, so daß die Auskristallisierung von voreutektischem Graphit aus der Eisenschmelze bei einer derartigen Zusammensetzung wahrscheinlich ist. Bei einem Kohlenstoffgehalt von größer als 4,3 %In the method according to the invention, the starting material used is an iron melt, the carbon equivalent of which lies within a range from 2.0 to 4.3%. This is because of the following conditions. If the carbon equivalent is less than 2.0%, it is difficult to describe such iron as cast iron, but then the iron is to be referred to as steel. Such low carbon equivalent iron is very difficult to cast, especially when casting using a permanent and permanent mold. In addition, a high casting temperature is required, which is undesirable in view of the durability of the metal molds. The upper limit value for the carbon equivalent is 4.3%, since a crystallization of graphite in coarse form in the solidification stage is undesirable and since one wants to obtain a cast iron as an intermediate product which has essentially the structure of white cast iron. A composition with a carbon equivalent of more than 4.3% lies in the iron-carbon diagram in a region above a eutectic point, so that pre-eutectic graphite is likely to crystallize out of the iron melt with such a composition. With a carbon content of more than 4.3%
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besteht die Gefahr, daß man beim Verfahren nach der Erfindung kein Gußeisen mit verbesserter Zähigkeit erhält.there is a risk that cast iron with improved toughness will not be obtained in the process according to the invention.
Die Eisenschmelze bei der Erfindung kann wie üblich an sich bekannte Elemente zur Modifizierung oder zur Verbesserung der Festigkeit, wie zum Beispiel Cr, Ni, Mo, Al, B, Nb, Ti und/oder V enthalten.The molten iron in the invention can, as usual, contain elements known per se for modification or improvement the strength, such as Cr, Ni, Mo, Al, B, Nb, Ti and / or V included.
In Tabelle 1 ist eine Zusammensetzung des Kugelgraphitgusses wiedergegeben, den man beim Verfahren nach der Erfindung erhält, wobei diese Zusammensetzung den Zusammensetzungen von drei üblichen Arten von Gußeisen gegenübergestellt ist.In Table 1 is a composition of the nodular cast iron reproduced, which is obtained in the method according to the invention, this composition being the compositions contrasted by three common types of cast iron.
. (Gew.-%). (Wt%)
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Invention ^ to-
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cast <^ -?
bares Gußeisen ?»>"well-known blacksmith ^, - ^,
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Die Verfestigung der Eisenschmelze beim Verfahren nach der Erfindung erfolgt entsprechend dem Metallform-Gießverfahren, das das Hauptziel einer schnellen Beendigung der Erstarrung verfolgt. Diese Erstarrungsmethode ermöglicht vielfache Vorteile gegenüber üblichen Erstarrungsmethoden unter Verwendung des Sandgießens. Eine schnellere Erstarrung in den Metallformen ist äußerst günstig zum Unterdrücken der Kristallisation von Graphit während der Erstarrung des Gußeisens in der Liquidphase. Durch eineThe solidification of the iron melt in the process according to the invention takes place in accordance with the metal mold casting process, which pursues the main goal of a quick termination of the freezing. This solidification method enables multiple advantages over conventional solidification methods using sand casting. A faster one Solidification in the metal molds is extremely beneficial for suppressing the crystallization of graphite during the Solidification of the cast iron in the liquid phase. By a
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schnelle Erstarrung wird zweitens erzielt, daß man ein Gußstück erhält, das eine feine Kornstruktur besitzt. Ferner treten Innenbeanspruchungen im Sinne der Kristallgittertheorie verstärkt beim Gießen auf, was zur Erzeugung von Ausscheidungskernen an vielen Stellen bei der darauffolgenden Wärmebehandlung zur Ausscheidung des Kugelgraphites aus einer Struktur von weißem Gußeisen dient. Außerdem ermöglicht diese Verfahrensweise, daß man ein qualitativ hochwertiges Zwischenprodukt beim Gießen erhält, das nur geringfügige innere Fehlstellen, wie zum Beispiel Schwindungslunker, aufweist, da eine Volumenvergrößerung des Gußeisens zusätzlich zu der Kristallisation des Graphites bei der Erstarrung unterdrückt wird, so daß keine Bewegung der Gußwandungen bei der Erstarrung auftreten.Secondly, rapid solidification is achieved in that a casting is obtained which has a fine grain structure. Furthermore, internal stresses in the sense of the crystal lattice theory occur increasingly during casting, which leads to the production of precipitation nuclei in many places during the subsequent heat treatment to precipitate the Nodular graphite from a structure of white cast iron is used. In addition, this procedure allows that a high quality intermediate product is obtained during casting with only minor internal defects, such as shrinkage cavities, since a The increase in the volume of the cast iron in addition to the crystallization of the graphite upon solidification is suppressed so that no movement of the cast walls occurs during solidification.
Es ist ein erkennenswerter Unterschied zwischen einem Gießen bzw. einem Vergießen einer Eisenschmelze mit einem Kohlenstoffäquivalent von 4,3 % oder geringfügig niedriger durch das übliche Sandgießen im Vergleich zu einem Produkt festzustellen, das man nach dem Metallform-Gießen einer Eisenschmelze mit derselben Zusammensetzung erhält. Bei dem Erzeugnis eines Sandgießverfahrens ist ein bestimmter Anteil des Kohlenstoffes in Form von kristallisiertem Graphit vorhanden. Das Produkt eines Metallschmelzgießverfahrens besitzt jedoch infolge einer schnelleren Beendigung der Erstarrung die Struktur von weißem Gußeisen. Die Anwendung des Druckgußverfahrens unter Verwendung einer Metallform, wie zum Beispiel das Druckspritzgießen oder das Schmieden von schmelzflüssigem Metall, ist insbesondere vorteilhaft, wenn man eine schnelle Erstarrung erzielen will, da bei diesen Gießverfahren ein günstiger Kontakt von vergossenem flüssigen Eisen mit den Formen sichergestellt ist, so daß man auf einfache Art und Weise die Struktur von weißem Gußeisen bei einem derartigen Gießverfahren selbst dann erhalt, wenn eine Eisen-There is a noticeable difference between pouring and pouring molten iron with a carbon equivalent of 4.3 % or slightly lower by the usual sand casting as compared with a product obtained after metal mold casting of molten iron with the same composition. In the product of a sand casting process, a certain proportion of the carbon is present in the form of crystallized graphite. However, the product of a molten metal casting process has the structure of white cast iron due to faster completion of solidification. The application of the die-casting process using a metal mold, such as pressure injection molding or the forging of molten metal, is particularly advantageous if one wants to achieve rapid solidification, since with these casting processes a favorable contact of the cast molten iron with the molds is ensured, so that the structure of white cast iron can be obtained in a simple manner in such a casting process even if an iron
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schmelze mit einem Kohlenstoffäquivalent von 4,3 % Verwendung findet. Die Erstarrung der Eisenschmelze beim Verfahren nach der Erfindung erfolgt deshalb vorzugsweise bei einem Druckgußverfahren unter Verwendung einer Metallform.melt with a carbon equivalent of 4.3% usage finds. The solidification of the molten iron in the method according to the invention is therefore preferably carried out in a die casting process using a metal mold.
Das Verfahren nach der Erfindung hat gewisse Ähnlichkeit mit einem an sich bekannten Verfahren zum Herstellen von Temperguß oder schmiedbarem Gußeisen, da bei beiden anfänglich die Struktur eines weißen Gußeisens erzielt werden soll. Unterschiedlich beim Verfahren nach der Erfindung ist die Zugabe eines Mittels zur Unterstützung der Kugelgraphitausbildung, das von einem Mittel zur Unterstützung der Graphitausbildung als solchem gebildet wird, und das in die Eisenschmelze zur Erstarrung beim Gießen mit der Metallform zugegeben wird. Diesbezüglich (abgesehen von dem Gießverfahren) ähnelt das Verfahren der Erfindung einem üblichen Verfahren zum Herstellen von Kugelgraphitguß. Die Form des ausgeschiedenen Graphites hat einen großen Einfluß auf die Zugfestigkeit des Gußeisens, wie zuvor erwähnt. In diesem Zusammenhang ist kompakter, gehäufter oder dendritischer Graphit blättchenförmigem oder schuppenähnlichem Graphit 'vorzuziehen, jedoch ist Kugelgraphit am meisten bevorzugt. Bei der Lehre nach der Erfindung wird eine Ausscheidung von sehr feinen Kugelgraphitteilchen verwirklicht. Wie bei der Herstellung von üblichem Kugelgraphitguß bildet Mg den wesentlichen Bestandteil des Mittels zur Graphitbildung und Kugelausscheidung des Graphites bei der Erfindung. Mg kann auch alleine verwendet werden, jedoch bringt man Mg vorzugsweise in Form einer Legierung oder Mischung mit anderen Elementen in die Eisenschmelze ein. Typische Beispiele für Mittel, die Mg enthalten, und zur Graphitausscheidung in Kugelform geeignet sind, werden von Legierungen, wie zum Beispiel Mg-Fe-Si, Mg-Ni-Si, Mg-Fe undThe method according to the invention is somewhat similar to a method known per se for producing Malleable cast iron or malleable cast iron, since both initially have the structure of a white cast iron target. What differs in the method according to the invention is the addition of an agent to support the Spheroidal graphite formation, which is formed by an agent in support of graphite formation as such, and which is added into the molten iron to solidify when pouring with the metal mold. In this regard (apart from the casting process) the process of the invention is similar to a conventional process for making Ductile iron. The shape of the precipitated graphite has a great influence on the tensile strength of the cast iron, As previously mentioned. In this context, more compact, heaped or dendritic graphite is flaky or flake-like graphite, but spheroidal graphite is most preferred. In teaching According to the invention, a precipitation of very fine spheroidal graphite particles is achieved. As with the manufacture Mg is the most important of the usual nodular cast iron Part of the means for graphite formation and spheroidal precipitation of the graphite in the invention. Mg can can also be used alone, but it is preferable to bring Mg in the form of an alloy or a mixture with others Elements in the iron melt. Typical examples of agents containing Mg and for graphite precipitation in spherical shape are suitable from alloys such as Mg-Fe-Si, Mg-Ni-Si, Mg-Fe and
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Mg-Ni gebildet. Ferner können auch Legierungen oder Mischungen aus Mg entweder mit Elementen der seltenen Erden oder der Metalle der Erdalkaligruppe verwendet werden. Die Menge des Mittels zur Graphitausscheidung in Kugelform, die der Eisenschmelze beim Verfahren nach der Erfindung zugegeben wird, ist so gewählt, daß die Menge an gebundenem Mg im Gußstück innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 0,2 Gew.-% des Gußstückes liegt. Wie bei diesen Herstellungsweisen üblich, kann ein Inokulant, wie zum Beispiel Fe-Si oder Ca-Si der Eisenschmelze zusammen mit dem Mittel zugegeben werden, das Mg enthält und zur Kugelgraphitausscheidung und Ausbildung dient.Mg-Ni formed. Furthermore, alloys or mixtures of Mg either with elements of the rare Earths or the metals of the alkaline earth group can be used. The amount of graphite precipitating agent in spherical shape, which is added to the molten iron in the process according to the invention, is chosen so that the The amount of Mg bound in the casting is within a range of 0.01 to 0.2% by weight of the casting. As is usual with these production methods, an inoculant such as Fe-Si or Ca-Si can be added to the iron melt be added together with the agent containing Mg and for spheroidal graphite precipitation and formation serves.
Durch das Vorhandensein des Mittels, das Mg enthält und zur Kugelgraphitausbildung dient, in der in eine Metallform gegossenen Eisenschmelze wird ein Unterkühlungseffekt bewirkt, der in Verbindung mit einer schnellen Erstarrung in der Metallform zu einer sehr feinen Kornstruktur des Gusses führt. Außer der Erstarrung bei der Anwesenheit von Mg erhält man hierdurch die Struktur eines weißen Gußeisens, die Ausscheidungskerne von Kugelgraphit einschließt (oder hierdurch werden die Grundvoraussetzungen für die Erzeugung derartiger Ausscheidungskerne im Sinne der Atomphysik geschaffen), so daß die Zersetzung von Cementit und die Diffusion und Koagulierung von separiertem Graphit bei der sich anschließenden Stufe zur Graphitausbildung (Wärmebehandlung) mit Hilfe dieser Ausscheidungskerne oder durch diese Grundvoraussetzungen gefördert werden.Due to the presence of the agent, which contains Mg and is used for spheroidal graphite formation, in a Molten iron poured into the metal mold causes a supercooling effect, which in conjunction with a rapid Solidification in the metal mold leads to a very fine grain structure of the cast. Except for the stupor in the presence of Mg, the structure of a white cast iron, the precipitate nuclei, is obtained of spheroidal graphite (or thereby become the basic prerequisites for the production of such precipitates created in the sense of atomic physics), so that the decomposition of cementite and the diffusion and coagulation of separated graphite in the subsequent stage of graphite formation (heat treatment) be promoted with the help of these excretory nuclei or through these basic requirements.
Beim Verfahren nach der Erfindung kommt der Wärmebehandlung zur Ausscheidung von Graphit aus der Struktur von weißem Gußeisen eine Hauptbedeutung zu, da diese innerhalb kurzer Zeiträume ausgeführt werden kann. Dies er-In the method according to the invention, the heat treatment comes to precipitate graphite from the structure white cast iron is of major importance as it can be carried out within a short period of time. This-
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gibt sich aus der feinen Struktur des weißen Gußeisens, die man durch das vorausgehende Gießen unter Verwendung einer Ketallform erhält. Bei der üblichen Herstellung von Temperguß benötigt man sehr viel Zeit und mehrere Zehnfache von Stunden, um eine Wärmebehandlung zur Graphitausbildung so auszulegen, daß die Zersetzung einer Struktur von weißem Gußeisen, d.h. einer Mischphase von Cementit und Austenit (oder Cementit) zu einer Matrix aus Perlit oder Ferrit oder einer Mischmatrix aus Perlit und Ferrit mit darin dispergiertem kompaktem oder angehäuftem Graphit führt. Beim Verfahren nach der Erfindung hingegen zersetzt sich die Struktur des weißen Gußeisens einfach bei der Ausscheidung von Graphit in feiner kugelförmiger Form durch eine Wärmebehandlung, die wesentlich weniger Zeit in Anspruch nimmt und man erhält ein hochfestes Gußeisen. Im Hinblick auf eine physikalische metallurgische Betrachtung ist dies anzunehmenderweise förderlich im Hinblick auf die einfache Zersetzung des Cementits und die Migration oder die Diffusion des Kohlenstoffes bei der Wärmebehandlung des feinstrukturierten weißen Gußeisens. Die Wärmebehandlung zur Graphitausbildung erfolgt ungefähr 0,2 bis 10 Stunden bei Temperaturen zwischen 750 und 1200°C. Vorzugsweise verwendet man Temperaturen zwischen 800 und 95O0C.arises from the fine structure of the white cast iron obtained by the previous casting using a ketal mold. The usual production of malleable cast iron requires a great deal of time and several tens of hours to design a heat treatment for graphite formation in such a way that the decomposition of a structure of white cast iron, i.e. a mixed phase of cementite and austenite (or cementite) to form a matrix of pearlite or ferrite or a mixed matrix of pearlite and ferrite with compact or accumulated graphite dispersed therein. In the method according to the invention, on the other hand, the structure of the white cast iron simply decomposes when graphite is precipitated in fine spherical form by a heat treatment which takes considerably less time and a high-strength cast iron is obtained. With regard to a physical metallurgical consideration, this is presumably beneficial with regard to the simple decomposition of the cementite and the migration or diffusion of the carbon during the heat treatment of the finely structured white cast iron. The heat treatment for graphite formation takes place for approximately 0.2 to 10 hours at temperatures between 750 and 1200 ° C. Temperatures between 800 and 95O 0 C. are preferably used.
Durch die Beendigung der Wärmebehandlung zur Graphitausbildung beim Verfahren nach der Erfindung in beträchtlich kürzerer Zeit im Vergleich zu ähnlichen Behandlungsmethoden zur Herstellung von Temperguß erhält man eine wesentlich bessere Ausstoßleistung bzw. Produktivität. Ein zusätzlicher Vorteil beim Verfahren nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß der feine Kugelgraphit bei dem hergestellten Erzeugnis keiner nennenswerten Änderung im Hinblick auf die Form und Teilchengröße selbst dann unterworfen ist, wenn die Wärmebehandlung länger andauernd aus-By completing the heat treatment for graphite formation in the method according to the invention in considerably A significantly shorter time compared to similar treatment methods for the manufacture of malleable cast iron is obtained better output or productivity. An additional advantage with the method according to the invention is to be seen in the fact that the fine spheroidal graphite in the manufactured product no significant change in With regard to the shape and particle size is subject even if the heat treatment is prolonged
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geführt wird. Demzufolge kommt der Wärmebehandlung bei der Erfindung ein Freiheitsgrad im Hinblick auf die verwendete Zeitdauer zu. Es besteht somit nicht die Notwendigkeit einer genauen zeitmäßigen Begrenzung und Beendigung der Wärmebehandlung.to be led. Accordingly, there is a degree of freedom in the heat treatment in the invention as to which one is used Duration too. There is thus no need for a precise time limit and termination the heat treatment.
Die Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise in einer nicht oxidierenden Atmosphäre oder einer reduzierenden Atmosphäre, was insbesondere im Hinblick auf die Einhaltung einer guten Oberfläche beim Gußgegenstand von Vorteil ist, den man dank der vorausgehenden Gußweise unter Verwendung einer Metallform sicherstellen kann. An die Stufe zur Graphitausbildung kann sich eine Vergütung bei erhöhter Temperatur und Temperverfahren oder ein übliches Treibverfahren, wie zum Beispiel das Zwischenstufenvergüten oder ein gestuftes Martensitaushärten anschließen.The heat treatment is preferably carried out in a non-oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere, which is particularly advantageous in terms of maintaining a good surface in the cast article, the can be ensured thanks to the previous method of casting using a metal mold. To the step to Graphite formation can be a tempering at elevated temperature and tempering process or a common blowing process, such as inter-stage tempering or graded martensite hardening.
Anhand den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of the following examples.
Roheisen und Alteisen werden in einem Elektroofen unter Zugabe einer Pe-Si-Legierung und eines üblichen Desoxidationsmittels erschmolzen, so daß man eine Eisenschmelze erhält, deren Kohlenstoffäquivalent 3»5 % beträgt. Die Eisenschmelze wurde dann in eine Gießpfanne unter Zugabe von 5 Gew.-96 eines üblichen Mittels gegeben, das Mg enthält und zur Kugelgraphitausbildung und -ausscheidung dient. Die Metallschmelze wurde in eine Metallform gegossen, die aus Gesenkstahl mit zur Herstellung von entsprechenden Teststücken ausgebildeten Gesenken bestand. Jedes Gesenk besitzt die Form eines Bandes mit einer Abmessung von 100 χ 50 χ 10 mm. Die Form wurde auf ungefähr ; 150 C vorgewärmt und ein Mittel zum leichten Ablösen wurdePig iron and scrap iron are melted in an electric furnace with the addition of a Pe-Si alloy and a customary deoxidizing agent, so that an iron melt is obtained with a carbon equivalent of 3 »5 % . The iron melt was then placed in a pouring ladle with the addition of 5% by weight of a conventional agent which contains Mg and serves for the formation and precipitation of spheroidal graphite. The molten metal was poured into a metal mold made of die steel with dies formed to produce test pieces. Each die has the shape of a band with dimensions of 100 50 χ 10 mm. The shape was on approximately; 150 C preheated and a means for easy peeling was
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auf die eingravierten Flächen der Form vor dem Eingießen der Schmelze aufgesprüht. Nach Beendigung der Erstarrung des vergossenen Eisens wurden mehrere Teststücke aus dem hergestellten Gußerzeugnis zugeschnitten.sprayed onto the engraved areas of the mold before pouring the melt. After the solidification has ended of the cast iron, several test pieces were cut from the produced cast product.
Figur 1 ist ein Schliffbild (100-fache Vergrößerung) der Struktur des Gusses einer dieser Teststücke als Gußgegenstand, das poliert und ungeätzt belassen wurde. Die Struktur ist diejenige eines weißen Gußeisens. Die verbleibenden Teststücke wurden einer Wärmebehandlung zur Graphitausbildung unterworfen, die in einer Stickstoffatmosphäre bei einer konstanten Temperatur von 9000C während unterschiedlichen Zeiten ausgeführt wurde. Die Proben wurden dann poliert (jedoch nicht geätzt), wobei man die Schliffbilder nach den Figuren 2A bis 2D mit einer 100-fachen Vergrößerung erhält. Figur 2A stellt die Struktur bei einer Wärmebehandlung von 0,5 Stunden und die Figuren 2B, 2C und 2D bei einer Wärmebehandlung von 1, 2 und 5 Stunden dar. Wie sich den Figuren entnehmen läßt, hat sich Graphit in feiner Kugelform bei allen vier Fällen ausgeschieden. Den Strukturen des Kugelgraphitgusses war eine Matrix aus Perlit gemeinsam. Die Figuren 2A und 2D demonstrieren, daß bei einer zeitlichen Verlängerung der Wärmebehandlung beim Verfahren nach der Erfindung nicht zu einer nennenswerten Umwandlung oder Vergrößerung der Graphitausscheidung führt. Beim Ätzen des Teststückes, das einer Wärmebehandlung von 0,5 Stunden unterzogen worden war, ergibt sich ein Schliffbild entsprechend Figur 3 bei 100-facher Vergrößerung, das als repräsentativ anzusehen ist. Nach den Figuren 2A und Figur 3 läßt sich entnehmen, daß die in Figur 1 gezeigte Struktur des weißen Gußeisens vollständig in eine Kugelgraphitgußstruktur während der kurzen Zeit der Wärmebehandlung übergeführt worden ist.FIG. 1 is a micrograph (100 times magnification) of the structure of the casting of one of these test pieces as a cast article, which has been polished and left unetched. The structure is that of a white cast iron. The remaining test pieces were subjected to a heat treatment for formation of graphite, which was carried out in a nitrogen atmosphere at a constant temperature of 900 0 C for different times. The samples were then polished (but not etched), whereby the micro-section images according to FIGS. 2A to 2D are obtained with a 100-fold magnification. FIG. 2A shows the structure with a heat treatment of 0.5 hours and FIGS. 2B, 2C and 2D with a heat treatment of 1, 2 and 5 hours. As can be seen from the figures, graphite has become finely spherical in all four cases eliminated. A matrix of pearlite was common to the structures of nodular cast iron. FIGS. 2A and 2D demonstrate that if the heat treatment is prolonged in the method according to the invention, there is no appreciable conversion or enlargement of the graphite precipitate. When the test piece, which had been subjected to a heat treatment for 0.5 hours, is etched, a micrograph corresponding to FIG. 3 at 100 times magnification results, which is to be regarded as representative. From FIGS. 2A and 3 it can be seen that the structure of the white cast iron shown in FIG. 1 has been completely converted into a nodular cast iron structure during the short time of the heat treatment.
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Die Herstellung der Eisenschmelze erfolgte auf ähnliche Art und Weise wie bei Beispiel 1 (Kohlenstoffäquivalent betrug 3,5 %)» jedoch wurde das Mittel nach Beispiel 1, das Magnesium enthält und zur Kugelgraphitausbildung dient, der Eisenschmelze in verschiedenen Mengenanteilen beigegeben, so daß man die gebundene Menge in der Gußmasse entsprechend der Tabelle 2 verändern konnte. Das Gießen unter Verwendung einer permanenten Form wurde entsprechend Beispiel 1 ausgeführt und die Graphitausbildung wurde durch eine Erwärmung der gegossenen Proben bei 900 C während einer Stunde bewirkt. In Tabelle 2 sind die analytischen Werte des gebundenen Mg, die Form des ausgeschiedenen Graphits und die Art der Matrix der Proben des Kugelgraphitgusses angegeben, die nach diesem Ausführungsbeispiel erhalten worden sind.The production of the molten iron was carried out in a similar manner Manner as in example 1 (carbon equivalent was 3.5%) »however the agent according to example 1, which contains magnesium and serves to form nodular graphite, the iron melt in various proportions added so that you could change the amount bound in the casting compound according to Table 2. The pouring using a permanent mold was carried out according to Example 1 and the graphite formation was carried out a heating of the cast samples at 900 C during one hour. Table 2 shows the analytical values of the bound Mg, the form of the precipitated graphite and the type of matrix of the samples of spheroidal graphite cast iron obtained according to this exemplary embodiment have been.
Nr.sample
No.
Mg (Gew.%)bound
Mg (wt.%)
PerlitCementite and
Perlite
teilweise FerritPerlite, however
partly ferrite
teilweise FerritPerlite, however
partly ferrite
mentitPerlite and ze
mentite
Die in Tabelle 2 aufgeführten Daten zeigen die bevorzugte Verwendung des Mittels zur Kugelgraphitausbildung in einer derartigen Menge auf, daß Mg bei 0,01 bis 0,2 Gew.-% inThe data listed in Table 2 show the preferred use of the spheroidal graphite formation agent in one such an amount that Mg at 0.01 to 0.2 wt% in
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der erstarrten Gußmasse im Hinblick auf die Form des ausgeschiedenen Graphits in gebundenem Zustand von Vorteil ist. Man kann nur schwerlich einen guten Kugelgraphitguß erhalten, wenn sich die Menge an gebundenem Mg auf weniger als 0,01 Gew.-% beläuft. Die Bindung von mehr als 0,2 Gew.-% Mg im Gußeisen ist ebenfalls unerwünscht, da der Graphit zur Deformation neigt und man hierzu eine unnötig große Menge an Mittel zur Kugelgraphitausbildung verbraucht.the solidified casting compound with regard to the shape of the precipitated Graphite in a bound state is beneficial. It's hard to get a good nodular cast iron obtained when the amount of Mg bound is less than 0.01 wt%. The bond of more than 0.2 wt .-% Mg in cast iron is also undesirable, since the graphite tends to deform and this is a unnecessarily large amount of means for spheroidal graphite formation consumed.
Mehrere Chargen einer Eisenschmelze wurden aus Roheisen, Alteisen, einem üblichen Rückkohlungsmittel und einer Fe-Si-Legierung mit verschiedenen Werten für das Kohlenäquivalent entsprechend der Tabelle 3 hergestellt. Die Messung des Kohlenstoffäquivalentes erfolgte mit Hilfe eines im Handel erhältlichen schnell arbeitenden Analysierungsgerätes. Das Mittel zur Kugelgraphitausbildung bei Beispiel 1 wurde jeder Charge mit dem Ziel beigegeben, im Produkt 0,05 Gew.-% Mg zu binden. Das Gießen unter Verwendung einer Metallform nach Beispiel 1 wurde für jede Charge der Eisenschmelze ausgeführt. Die so erhaltenen Abgüsse besaßen eine Struktur eines weißen Gußeisens unabhängig von den Kohlenstoffäquivalentwerten. Die Gußstücke wurden einer Wärmebehandlung zur Graphitausbildung bei einer konstanten Temperatur von 9000C ausgesetzt, um* den Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffäquivalent und der zur Beendigung der Graphitausbildung benötigten Zeit bei der Wärmebehandlung zu untersuchen. Das Ergebnis dieses Experimentes ist in Figur 4- dargestellt. Dieses Experiment wurde auch bezüglich Gußstücken ausgeführt, die man im wesentlichen nach den zuvor beschriebenen Verfahrensweisen hergestellt hat, bei denen jedoch kein Mg der Eisenschmelze beigegeben wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Figur 4 in gebrochener Linie eingetragen.Several batches of molten iron were produced from pig iron, scrap iron, a common recarburizing agent and an Fe-Si alloy with different values for the coal equivalent according to Table 3. The measurement of the carbon equivalent was carried out with the aid of a commercially available high-speed analyzer. The spheroidal graphite formation agent in Example 1 was added to each batch with the aim of binding 0.05% by weight of Mg in the product. Casting using a metal mold according to Example 1 was carried out for each batch of the molten iron. The castings thus obtained had a structure of white cast iron regardless of the carbon equivalent values. The castings were subjected to a heat treatment for graphite formation at a constant temperature of 900 ° C. in order to investigate the relationship between the carbon equivalent and the time required to complete the graphite formation during the heat treatment. The result of this experiment is shown in Figure 4-. This experiment was also carried out with regard to castings which were produced essentially according to the procedures described above, but in which no Mg was added to the molten iron. The results obtained are shown in broken line in FIG.
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Eine Zugfestigkeitsprüfung unter Verwendung einer Amsler-Universalprüfmaschine wurde mit den graphitisieren Proben unternommen, die man bei einer Wärmebehandlung während 3 Stunden bei 9000C erhalten hatte. Zur Zugfestigkeitsprüfung wurden 5 Zugproben für jede Charge der Eisenschmelze verwendet, d.h. für jeden speziellen Kohlenstoffäquivalentwert. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 3 zusammen mit einer Gegenüberstellung von üblichen Gußeisen und den Härtewerten der Proben zusammengefaßt. Die Härte ist nach Rockwell-Härteskala C gemessen.A tensile strength test using an Amsler universal testing machine was undertaken with the graphitized samples which had been obtained from a heat treatment at 900 ° C. for 3 hours. For tensile testing, 5 tensile specimens were used for each batch of molten iron, ie for each specific carbon equivalent value. The test results are summarized in Table 3 together with a comparison of conventional cast iron and the hardness values of the samples. The hardness is measured according to the Rockwell hardness scale C.
Probe
Nr.sample
No.
Kohlenstoff äquivalent Carbon equivalent
Gebundenes Mg Gew.-%)Bound Mg wt .-%)
Härtehardness
Zugfestigkeit P (kg/mm2)Tensile strength P (kg / mm 2 )
1: üblicher Kugelgraphitguß 2: üblicher Temperguß1: common nodular cast iron 2: common malleable cast iron
40-60 35-7040-60 35-70
Die Werte in Tabelle 3 zeigen auf, daß ein Kugelgraphitguß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung eine bessere Zugfestigkeit aufweist.The values in Table 3 show that a nodular cast iron according to the method according to the invention is better Has tensile strength.
Das Ausführungsbeispiel 3 wurde wiederholt ausgeführt mit der Ausnahme, daß ein Druckgußvorgang mit Hilfe einer horizontalen Kaltkammerdruckgußmaschine anstelle des Gießverfahrens nach Beispiel 3 unter Ausnutzung der Schwerkraft ausgeführt wurde. Die Zugfestigkeitswerte und Härtewerte der beim Druckgießen erzielten Proben ergaben imEmbodiment 3 was repeatedly carried out except that a die-casting process was carried out using a horizontal cold chamber die casting machine instead of the casting process according to Example 3 using gravity was executed. The tensile strength values and hardness values of the specimens obtained during die casting gave im
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wesentlichen die gleichen Werte, die in Tabelle 3 aufgeführt sind.essentially the same values listed in Table 3.
Die Herstellung der Eisenschmelze nach Beispiel 1 und das Gießen unter Verwendung einer Metallform nach Beispiel 1 wurden wiederholt. Die Graphitausbildung des erhaltenen weißen Gußeisens erfolgte in einer Stickstoffatmosphäre bei drei verschiedenen Temperaturen, 800, 850 und 9000C, mit dem Ziel, die zur ausreichenden Ausscheidung von feinem Kugelgraphit bei jeder Temperatur erforderliche Zeitdauer zu erfassen. Die experimentellen Ergebnisse sind in dem Diagramm in Figur 5 dargestellt, dem sich entnehmen läßt, daß die Graphitausbildung nach einer kontinuierlichen Wärmebehandlung während nur 0,5 his 1 Stunde bei einer Temperatur von 9000C und ungefähr bei 3 Stunden bei einer Temperatur von weniger als 800°C beendet war. Hierdurch läßt sich die schnelle Graphitausbildung beim Verfahren nach der Erfindung demonstrieren.The production of the molten iron according to Example 1 and the casting using a metal mold according to Example 1 were repeated. The graphite formation of the white cast iron obtained took place in a nitrogen atmosphere at three different temperatures, 800, 850 and 900 ° C., with the aim of determining the time required for sufficient precipitation of fine spheroidal graphite at each temperature. The experimental results are shown in the diagram in FIG. 5, from which it can be seen that the graphite formation after continuous heat treatment for only 0.5 to 1 hour at a temperature of 900 ° C. and approximately 3 hours at a temperature of less than 800 ° C had ended. This allows the rapid graphite formation in the method according to the invention to be demonstrated.
Eine Eisenschmelze wurde in einem Elektroofen mit einem Kohlenstoffäquivalent von 4,2 % hergestellt. Ungefähr 2 kg dieser Eisenschmelze wurden in eine Gießpfanne gegeben. Die Zugabe von Mg in die Eisenschmelze erfolste entsprechend Beispiel 1. Die Eisenschmelze wurde zu einer rechteckförmigen Platte (100 χ 50 χ 10 mm) durch Druckspritzgießen bei den folgenden Bedingungen vergossen. Hierzu war eine horizontale Kaltkammerspritzgießmaschine vorgesehen, die Wolframlegierungsformen enthielt.A molten iron was prepared in an electric furnace with a carbon equivalent of 4.2 %. About 2 kg of this molten iron was placed in a ladle. Mg was added to the molten iron as in Example 1. The molten iron was cast into a rectangular plate (100 × 50 × 10 mm) by pressure injection molding under the following conditions. A horizontal cold chamber injection molding machine containing tungsten alloy molds was provided for this purpose.
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Das bei dieser Verfahrensweise erhaltene Gußstück besaß eine Struktur eines weißen Gußeisens aus Zementit mit einer feineren Kornstruktur als bei den Gußstrukturen bei den Proben 2 bis 5 in Beispiel 3· Die feinere Struktur bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Verwendung eines Druckgußverfahrens zuzuschreiben, bei dem durch eine forcierte Berührung der Eisenschmelze mit den Formflächen eine schnellere Erstarrung möglich ist. Die Graphitausbildung bei diesem Gußstück erfolgte mit Hilfe einer Wärmebehandlung während einer Stunde in einer Stickstoffatmosphäre bei 9000C. Figur 6 zeigt ein Schliffbild in 100-facher Vergrößerung der geätzten Struktur des graphitisieren Gußstückes.The casting obtained by this procedure had a structure of a white cementite cast iron with a finer grain structure than the cast structures in Samples 2 to 5 in Example 3 Contact of the iron melt with the mold surfaces faster solidification is possible. The graphite formation in this casting took place with the aid of a heat treatment for one hour in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. FIG. 6 shows a micrograph enlarged 100 times of the etched structure of the graphitized casting.
Die Verschleißfestigkeit des Kugelgraphitgusses wurde anhand dieses Beispiels mit Hilfe einer Verschleißprüfmaschine von Ogoshi geprüft. Die Prüfung erfolgte bei trockener Abriebbedingung mit einer Verschleißstrecke von 100 mm und einer Last von 3»3 kg mit einer Flußstahloberfläche als Gegenfläche. Zum Vergleich wurden übliche Nadelkristallgußeisen, Grauguß (JIS FC25) und Kugelgraphitguß (JIS FCD70) unter denselben Bedingungen geprüft. Die Ergebnisse sind in Figur 7 eingetragen. Dieser Figur läßt sich entnehmen, daß das Gußeisen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit wesentlich besser als üblicher Grauguß und Kugelgraphitguß ist. Er ist vergleichbar mit einem Eisenguß mit Nadelkristallstruktur, der als stark verschleißfestes Gußeisen bekannt ist.The wear resistance of spheroidal graphite cast iron was determined using this example with the aid of a wear testing machine checked by Ogoshi. The test was carried out under dry abrasion conditions with a wear section of 100 mm and a load of 3 »3 kg with a mild steel surface as a counter surface. For comparison, the usual Needle crystal cast iron, gray cast iron (JIS FC25) and spheroidal graphite cast iron (JIS FCD70) were tested under the same conditions. the Results are entered in FIG. From this figure it can be seen that the cast iron according to the method according to of the invention in terms of wear resistance significantly better than conventional gray cast iron and spheroidal graphite cast iron is. It is comparable to a cast iron with a needle crystal structure, which is a highly wear-resistant cast iron is known.
Der Kugelgraphitguß nach Beispiel 5 wurde abschreckgehärtet bzw. bei erhöhter Temperatur vergütet, indem die Probe in ein öl bei 8500C eingetaucht wurde und daran schloß sich eine Temperung bei 6000C an. Die Betrachtung der me-The spheroidal graphite cast iron of Example 5 was annealed quench or at elevated temperature, by passing the sample was immersed in an oil at 850 0 C and it was joined to a heat treatment at 600 0 C. The consideration of the
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tallurgischen Struktur eines derartig behandelten Gußeisens ergab, daß die Zementitmatrix im getemperten Martensit übergeführt wurde, wobei sich keine nennenswerte Änderung im Hinblick auf die Form und Größe des Kugelgraphits ergab. Die Zugfestigkeit des Gußeisens belief sich auf 90 bis 100 kg/mm und die Härte (HRC) betrug 28-33.The metallurgical structure of a cast iron treated in this way showed that the cementite matrix was converted into tempered martensite, with no significant change in the shape and size of the spheroidal graphite resulting. The tensile strength of the cast iron was 90 to 100 kg / mm and the hardness (H RC ) was 28-33.
Wie sich den Beispielen 4 bis 6 entnehmen läßt, besitzt ein Kugelgraphitguß, hergestellt nach dem Verfahren nach der Erfindung, eine beträchtlich hohe Zugfestigkeit und gleichzeitig eine äußerst vorteilhafte Verschleißfestigkeit, wenn man eine vergleichende Betrachtung mit zähen und qualitativ hochwertigen Gußeisen vornimmt. Der Erfindung kommt somit eine große industrielle Bedeutung zu, da sich die Anwendung von Gußeisen beträchtlich ausweiten läßt.As can be seen from Examples 4 to 6, has a nodular cast iron produced by the method according to the invention, a considerably high tensile strength and at the same time an extremely advantageous wear resistance, if one makes a comparative consideration with tough and high-quality cast iron. The invention is thus of great industrial importance, since the use of cast iron is expanding considerably leaves.
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Claims (14)
feinem Kugelgraphit erwärmt wird.for about 0.2 to about 10 hours at a temperature between 750 and 1200 ° C
fine spheroidal graphite is heated.
0,9 bis 3,0 % Si,
0,15 bis 0,9 % Mn2.0 to 4.0 % C,
0.9 to 3.0 % Si,
0.15 to 0.9% Mn
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