DE668579C

DE668579C - Manufacture of chromium-containing malleable cast iron pieces with increased strength and forgeability

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Publication number: DE668579C
Application number: DEE45761D
Authority: DE
Original assignee: ELECTRO METALLURG CO
Current assignee: ELECTRO METALLURG CO
Priority date: 1933-07-05
Filing date: 1934-07-03
Publication date: 1938-12-06

Description

Herstellung von chromhaltigen Tempergußstücken mit erhöhter Festigkeit und Schmiedbarkeit Weißes Gußeisen, welches sich für das Temperverfahren eignet (sogn. Temperrohguß), ist gewöhnlich folgendermaßen zusammengesetzt: o,5 bis 2 °/o Si, o,i8 bis o,7 % Mn, 1,5 bis 3 % C (im urigeglühten Zustande und etwas weniger nach erfolgtem Ausglühen), o,o5 bis 0,3 °/o P, bis zu etwa o,2 °/o S, Rest Eisen. Eine bevorzugte Zusammensetzung von Temperrohguß besteht in 0,9 °Jo Si, 0,3 °/a 1%1n, 2,q. °/o Gesamtgehalt an C, o,16 % P, Rest Eisen und S.Manufacture of chromium-containing malleable castings with increased strength and forgeability White cast iron, which is suitable for the tempering process (so-called malleable cast iron), is usually composed as follows: 0.5 to 2 % Si, 0.18 to 0.7% Mn, 1 .5 to 3 % C (in the originally annealed state and somewhat less after the annealing has taken place), 0.05 to 0.3 % P, up to about 0.2% S, the remainder being iron. A preferred composition of malleable cast iron is 0.9 ° Jo Si, 0.3 ° / a 1% 1n, 2, q. ° / o total content of C, 0.16 % P, remainder iron and S.

Die Zusammensetzung, insbesondere der Gehalt an .Kohlenstoff und Silizium, hängt jedoch in hohem Maße von den O_uerschnittsabmessungen des Gußstückes und von der Abkühlungsgeschwindigkeit beim Gießen ab und läßt sich nicht in irgendwelche allgemeine Regeln frassen, sondern. wird vom Fachmann auf Grund praktischer Erfahrungen alulsg ewählt.The composition, in particular the content of carbon and silicon, depends, however, to a large extent on the cross-sectional dimensions of the casting and on the cooling rate during casting and does not let itself into any general rules devour, rather. is made by the specialist on the basis of practical experience always selected.

Gußstücke aus solchem an sich hartem und brüchigem Eisen werden dann bekanntlich durch eine längere Glühbehandlung (Tempern) schmiedbar gemacht. Diese Behandlung besteht gewöhnlich darin, daß das Gußstück geglüht wird, manchmal in einer aus Eisenoxyd oder einem inerten Stoff bestehenden Packung, und zwar bei etwa 7oo bis i ioo° C während 6 bis 6o Stunden (je nach der angewandten Temperatur), worauf das Gußstück langsam abgekühlt wird, so daß eine im wesentlichen vollständige Umwandlung des gebundenen Kohlenstoffs in freien Kohlenstoff in Form von Graphitknötchen (oder Temperkohle) stattfindet. Eine bevorzugte Wärmebehandlung besteht darin, daß man den Temperaturanstieg des Gußstückes bis auf etwa 9oo° C innerhalb 36 Stunden durchführt und das Gußstück dann während q.2 Stunden auf der erreichten Temperatur von goo° C hält, worauf es von goo° bis auf 6oo° C derart abgekühlt wird, daß die Temperatur jeweils um 10° innerhalb einer Stunde absinkt, worauf anschließend die Kühlung von 6oo° C bis auf Raumtemperatur langsam durchgeführt wird. Manchmal wird entweder die besonders langsame Abkühlung von goo° bis auf 6oo° oder das langsame Kühlen von 6oo° C bis auf Raumtemperatur fortgelassen.Castings from such hard and brittle iron are then made is known to be made malleable by a longer annealing treatment (tempering). These Treatment usually consists of annealing the casting, sometimes in a packing made of iron oxide or an inert substance, at about 700 to 100 ° C for 6 to 60 hours (depending on the temperature used), whereupon the casting is slowly cooled so that a substantially complete Conversion of the bound carbon into free carbon in the form of graphite nodules (or temper carbon) takes place. A preferred heat treatment is that the temperature rise of the casting up to about 9oo ° C within 36 hours carried out and the casting then for q.2 hours at the temperature reached of goo ° C, whereupon it is cooled down from goo ° to 6oo ° C in such a way that the Temperature drops by 10 ° in each case within an hour, whereupon the Cooling from 600 ° C to room temperature is carried out slowly. Sometimes it will either the particularly slow cooling from goo ° down to 600 ° or the slow one Cooling from 600 ° C to room temperature omitted.

Durch diese Wärmebehandlung wird das brüchige weiße Gußeisen weich und dehnbar, es weist einen schwarzen Bruch auf, der Kohlenstoff ist in Form von Graphitknötchen oder Temperkohle anwesend.This heat treatment softens the brittle white cast iron and ductile, it has a black fracture, the carbon is in the form of Graphite nodules or tempered carbon present.

So hergestelltes schmiedbares Gußeisen ist zwar für sehr viele Zwecke verwendbar, sein geringer Widerstand gegen Abnutzung und ebenso seine begrenzte Elastizität bilden aber bestimmte und wesentliche Grenzen für seine Lebensdauer im Betriebe und damit für seine Eignung für entsprechende Zwecke. -Die Erfindung stellt sich die Aufgabe,; solche schmiedharen Eisengußstücke mit er' höhter Festigkeit und Schmiedbarkeit herzp=' stellen.The malleable cast iron produced in this way is used for a great many purposes usable, its low resistance to wear and tear and also its limited But form elasticity certain and essential limits for his Lifespan in the company and thus for its suitability for corresponding purposes. -The Invention has the task; Such iron castings forged iron with he 'higher Strength and forgeability heart p = '.

Es ist bekannt, daß geringe Chromgehalte die Festigkeit und Härte von Temperguß zu erhöhen vermögen. -Es ist aber ebenso bekannt, daß bereits geringe Mengen Chrom die Bildung großer Nester beständiger Karbide begünstigen und eine größere Hemmungswirkung auf das Tempern ausüben, weil diese Karbide jeder Umwandlung in Graphit während des Ausglühens widerstehen. Es war daher praktisch nicht möglich, Gußeisen, welches Chrom in Mengen von etwa o,15 % und darüber enthielt, vollständig schmiedbar zu machen.It is known that low chromium contents can increase the strength and hardness of malleable cast iron. But it is also known that even small amounts of chromium favor the formation of large nests of permanent carbides and have a greater inhibitory effect on tempering, because these carbides resist any transformation into graphite during annealing. It was therefore practically impossible to make cast iron, which contained chromium in amounts of about 0.15 % and more, completely malleable.

Mit Recht hat man daher allgemein das Chrom als einen für Temperguß unerwünschten Legierungsbestandteil bezeichnet.Chromium is therefore rightly regarded as one for malleable cast iron in general undesired alloy component called.

Es wurde nun gefunden, daß durch gleichzeitige Anwesenheit von Silizium und Chrom innerhalb bestimmter Verhältnisse im weißen Gußeisen (Temperrohguß) die Herstellung von Gußstücken möglich ist, welche nach dem Tempern infolge ihres besonderen Gefüges eine wesentlich höhere Zugfestigkeit, Härte und Widerstandsfestigkeit gegen Abnutzung aufweisen als die bisher bekannten Tempergußstücke.It has now been found that by the simultaneous presence of silicon and chromium within certain proportions in white cast iron (malleable cast iron) Production of castings is possible, which after tempering due to their special Structure has a significantly higher tensile strength, hardness and resistance to Show wear than the previously known malleable castings.

Erfindungsgemäß wird von einem Temperrohguß folgender Zusammensetzung ausgegangen: 1,5 bis 3 °/o Kohlenstoff, o,iS bis 2 °/Q Chrom, 0,53 bis q.°/° Silizium, o,i8 bis 0,7 °,/° Mangan, 0,05 bis 0,3 °% Phosphor, bis o,2 d/° Schwefel, Rest Eisen, und der Silizium- und der Chromgehalt innerhalb der genannten Grenzen so aufeinander eingestellt, daß das @,Gußstück weiß erstarrt und sein Gefüge nach 'rlem graphitisierenden Glühen im wesentlichen nur aus Perlit, Chromferrit und freiem Kohlenstoff (Graphitknötchen bzw. Temperkohle) besteht.According to the invention, a malleable cast iron of the following composition is assumed: 1.5 to 3% carbon, 0.15 to 2% chromium, 0.53 to 1⁄4 ° / ° silicon, 0.18 to 0.7 ° / ° Manganese, 0.05 to 0.3 °% phosphorus, up to 0.2 d / ° sulfur, remainder iron, and the silicon and chromium content within the limits mentioned so that the @, casting solidifies and is white The structure after the graphitizing annealing consists essentially only of pearlite, chromium ferrite and free carbon (graphite nodules or tempered carbon).

Ist das Verhältnis des Siliziums zum Chrom zu klein, dann wird es schwer oder unmöglich, eine ausreichende Temperkohlebildung während des Ausglühens sicherzustellen; ist das Verhältnis aber zu hoch, dann werden. Härte, Festigkeit und Dehnbarkeit des getemperten Gußstückes ungünstig beeinflußt.If the ratio of silicon to chromium is too small, then it will difficult or impossible, sufficient tempering carbon formation during annealing to ensure; but if the ratio is too high, then will. Hardness, strength and ductility of the tempered casting is adversely affected.

Die Vorteile der gemäß der Erfindung erhaltenen Tempergußstücke sind durch umfangreiche Versuche bestätigt. Die folgende Zusammenstellung enthält einige Werte, die gelegentlich dieser Untersuchungen erhalten wurden. Die Gußstücke, welche diesen Untersuchungen zugrunde gelegt wurden, wiesen ungefähr folgende Ausgangszusammensetzung auf GeSamterKOhlenStoff 2,35°/°, Mangan 0,37'1", Phosphor o,160/" Schwefel o,ro °/°, Silizium 1,o2 °/°, Rest Eisen. Zu dieser Ausgangszusammensetzung wurden Chrom und Silizium zugefügt, so daß in den getemperten Gußstücken Cr- und Si-Gehalte vorlagen, wie sie in der Zusammenstellung angegeben sind. Das Zusetzen erfolgte in der Gießpfanne in Form von Ferrochrom und Ferrosilizium. Übliche Prüfstäbe von 15,6 mm Durchmesser bzw. Kantenhöhe wurden gegossen und dem üblichen Verhältnis des o Elastizitäts- Prüfstab #o Si zusätzlich zu- Höchste Brinell- Nr. o Cr zusätzlich zu Si (Streck-) Dehnung #° gefügten Zugfestigkeit härte 1,02 o/° zum zuge- grenze setzten Cr 1;g/mm2 1g mm3 1 o o - 39,24 27,0o 18,5 131 2 o,22 o,o8*) o,36 50,40 3053 11,0 175 3 0,23 o,22 o,96 52,49 31,39 9,0 179 4 0,24 0,25 1,04 55s23 3384 9,0 168 5 o,37 o,26 0,70 55.77 3546 9,5 179 6 0,40 o,42 1,o5 4932 34,56 6,o 183 7 0,56 0,37 o,61 57,96 37,8o 6,o 2o1 8 o,73 o,64 o,88 48,74 3942 4,5 212 9 0,84 o,55 o,66 57,6o 42,48 4,0 213 1o o,87 o,6o o,69 45,72 37,8o 3,0 2o1 =I =,o8 0,70 o,65 55,15 4464 310 223 12 1,14 1,00 o,88 48,24 45,00 2,5 2o2 *) Das zusätzliche Silizium wurde hier in Form einer Legierung zugesetzt, die aus 61,9 °% Silizium, ro,5 % Mangan, 21,8 % Zirkon, Rest Aluminium bestand. Chrom und Silizium können zusammen im Schmelzofen oder in der Gießpfanne oder das eine im Ofen und das andere in der Gießpfanne zugesetzt werden oder der Zusatz selbst kann entweder in Form der Elemente öder deren Legierungen oder Verbindungen erfolgen, nachdem die Zusammensetzung des weißen Temperrohgusses in Abhängigkeit von den Abmessungen des Gußstückes und der Abkühlungsgeschwindigkeit wie üblich vorher empirisch festgelegt worden ist.The advantages of the malleable castings obtained according to the invention have been confirmed by extensive tests. The following compilation contains some values that were occasionally obtained from these investigations. The castings on which these investigations were based had approximately the following initial composition: total carbon 2.35 ° / °, manganese 0.37'1 ", phosphorus 0.160 /" sulfur 0.25 ° / °, silicon 1.02 ° / °, remainder iron. Chromium and silicon were added to this starting composition so that the tempered castings contained Cr and Si contents as indicated in the list. The addition took place in the ladle in the form of ferrochrome and ferrosilicon. Usual test bars of 15.6 mm diameter or edge height were cast and the usual Ratio of o elasticity Test rod #o Si in addition to- Highest Brinell- No. o Cr in addition to Si (stretch) elongation # ° joint tensile strength hardness 1.02 o / ° to the limit put Cr 1; g / mm2 1g m m3 1 oo - 39.24 27.0o 18.5 131 2 o, 22 o, o8 *) o, 36 50.40 3053 1 1.0 175 3 0.23 o, 22 o, 96 52.49 31.39 9.0 1 79 4 0.24 0.25 1.04 55s23 3384 9.0 168 5 o, 37 o, 26 0.70 55.77 3546 9.5 179 6 0.40 o, 42 1, o5 4932 34.56 6, o 183 7 0.56 0.37 o. 61 57.96 37.8o 6, o 2o1 8 o, 73 o, 64 o, 88 48, 7 4 3942 4.5 212 9 0.84 o, 55 o, 66 57.6o 42.48 4.0 213 1o o, 87 o, 6o o, 69 45.72 37.8o 3.0 2o1 = I =, o8 0.70 o.65 55.15 4464 310 223 12 1.14 1.00 o. 88 48.24 45.00 2.5 2o2 *) The additional silicon was added here in the form of an alloy consisting of 61.9% silicon, ro, 5% manganese, 21.8 % zircon, the remainder aluminum. Chromium and silicon can be added together in the melting furnace or in the pouring ladle or one in the furnace and the other in the pouring ladle, or the addition itself can either be in the form of the elements or their alloys or compounds, depending on the composition of the white malleable cast iron the dimensions of the casting and the cooling rate has, as usual, been determined empirically beforehand.

Claims

PATENT CLAIM: Production of chromium-containing malleable castings with increased strength and forgeability, characterized in that a malleable cast iron of the following composition is assumed: 1.5 to .3% carbon, 0.15 to z % chromium, jb931 to q. ° / o silicon, 0.18 to 0.7% angan, 0.05 to 0.33% phosphorus, to

Ö, 2 P /, sulfur, remainder iron, and that the silicon and chromium content are adjusted to one another within the limits mentioned so that the casting solidifies white and its structure after the graphitizing annealing essentially consists only of pearlite, chromium ferrite and free carbon (Graphite nodules or tempered carbon).