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Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften gemäss dem Patent Nr. 147499 hergestellter gusseiserner Sehleudergussrohre.
Im Stammpatente Nr. 147499 ist ein eisernes Schleudergussrohr von neuer Struktur beschrieben, das durch Giessen in einer gekühlten, metallischen Form hergestellt wird, deren Innenfläche vor dem eigentlichen Giessvorgang und unmittelbar vor dem Auftreffen des flüssigen Metalles mittels eines Gasstrahles mit einem trockenen, pulverförmigen Material, z. B. Ferrosilizium, bedeckt wird. Das in einer derart vorbehandelten Form hergestellte Sehleudergussrohr ist durch eine Doppelstruktur charakterisiert. Die äussere Zone des Rohres besteht nämlich aus verdichteten, miteinander ver- flochtenen, in unregelmässigen Richtungen angeordneten dendritischen Ferrit-und gegebenenfalls Perlitgefügen, die frei von schwer schmelzbaren Karbiden sind.
Die innere Zone besteht aus einer Grundmasse aus Ferrit und gegebenenfalls Perlit, in die kleine Plättchen und Flocken von Graphit eingebettet sind. Ein derartiges Rohr ist auch ohne nachfolgendes Anlassen stärker, zäher und widerstandsfähiger gegen Stösse als die bisher bekannten Schleudergussrohre, selbst wenn sie angelassen wurden.
Es hat sich nun gezeigt, dass durch das nachstehend beschriebene Anlassen von Rohren, die in der vorbehandelten Form gegossen sind, eine ganz neue Struktur erhalten werden kann, die eine wesentlich grössere Dehnbarkeit des Rohres und Widerstandsfähigkeit gegen Stösse mit sich bringt.
Der perlitische Bestandteil der miteinander verflochtenen Dendrite wandelt sich im wesentlichen in Ferrite um, ohne dass die Verflechtung der Dendrite verloren geht. Das wenig definierte Korngefüge des Eisens in dem nicht angelassenen Rohr verwandelt sich in polyedrische Kristalle regulärer Gestalt und Grösse mit wohldefinierten Umrissen und während das nicht angelassene Rohr in der inneren oder graphitischen Zone mehr gebundenen Kohlenstoff enthält als in der äusseren oder dendritischen Zone, enthält das angelassene Rohr in jeder Zone nahezu den gleichen Prozentsatz gebundenen Kohlenstoffes, u. zw. nicht mehr als etwa 0-15% der Masse des Gussstückes.
Das erfindungsgemässe gusseiserne Schleudergussrohr hat also ein Zweizonengefüge ; die äussere Zone besteht aus miteinander verflochtenen Dendriten oder Ferriten mit nur gelegentlichen Vorkommen winziger Flecken von Perlit und enthält Kohlenstoff in Gestalt von Tüpfelchen, die innere Zone besteht aus einer Grundmasse aus Ferrit, in der nur gelegentlich kleine Flecken von Perlit vorkommen und ferner aus Tüpfelchen von Kohlenstoff, u. zw. sowohl ungebundenem Kohlenstoff als auch Graphitplättehen.
Zur Herstellung eines solchen Rohres wird erfindungsgemäss ein nach dem Stammpatent hergestelltes Schleudergussrohr dadurch angelassen, dass es auf eine Temperatur erhitzt wird, die oberhalb des kritischen Punktes liegt, bei dem die kristallinische Struktur des Eisens aus der Alphaform in die Gammaform übergeht.
Dieser kritische Punkt ändert sieh ein wenig mit der Zusammensetzung des Eisens. Er liegt
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des Rohres auf etwa 9250 C zu steigern. indessen muss man darauf achten, dass die Temperatur nicht *) Erstes Zusatzpatent Nr. 152763
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wesentlich über diese Grenze hinaus gesteigert wird. Mit dieser Wärmebehandlung liessen sich sehr gute Schleudergussrohre herstellen. Die praktischen Erfahrungen führen zu dem Schluss, dass noch bessere Rohre erhalten werden, wenn man die Höchsttemperatur, auf die die Rohre erhitzt werden, herabsetzt, sofern man nur über den kritischen Punkt hinausgeht.
Um das Auftreten unerwünschter innerer Spannungen in dem Rohr nach dem Erwärmen über den kritischen Punkt zu verhüten, kühlt man es allmählich bis auf eine Temperatur von 650 C ab und kühlt alsdann mit beliebiger Geschwindigkeit weiter.
Das Ergebnis der Wärmebehandlung besteht in der Verwandlung der Alphastruktur in die
Gammastruktur und der Rückbildung der Alphastruktur beim Abkühlen unter den kritischen Punkt.
Hiebei ergibt sich eine sehr merkliche Änderung des Korngefüge des Gussstückes, denn vor dem Anlassen sind die einzelnen Körner schlecht definiert und haben eine verzerrte und unregelmässige Form ; nach der Wärmebehandlung haben sie dagegen eine wohldefinierte polyedrische Kristallform von regelmässiger Grösse und Form. Der gebundene Kohlenstoff sinkt auf einen verhältnismässig niedrigen Prozentsatz, der nicht über etwa 0-15% liegt. Der freigemacht graphitische Kohlenstoff findet sieh in dem angelassenen Gussstück in der Form von Tüpfelehen, die sieh in ihrer Gestalt von Plättchen graphitischen Kohlenstoffes unterscheiden. Der graphitische Kohlenstoff ist in der äusseren Zone in geringeren Mengen enthalten als in der inneren und dieses Merkmal ist vermutlich für die Erzielung einer höheren Dehnbarkeit der dendritischen Zone wesentlich.
Mit nicht angelassenen Rohren einerseits und angelassenen Rohren gemäss der Erfindung anderseits durchgeführte Vergleichsversuche haben gezeigt, dass durch das Anlassen die Stossfestigkeit um mehr als 300% gesteigert wird.
In der Zeichnung sind Beispiele von erfindungsgemässen Sehleudergussrohren dargestellt.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Schleudergussrohres, teilweise im Schnitt, die die beiden Zonen erkennen lässt. Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1. Fig. 3-6 sind schematische Darstellungen von Mikrophotographien. Fig. 3 zeigt die dendritische Zone in einer Vergrösserung, bei der die Dendrite gut zu erkennen sind. Fig. 4 ist eine ähnliche Darstellung für die graphitische Zone. Fig. 5 ist eine Darstellung der dendritischen Zone, die das Korngefüge der Ferrite dieser Zone erkennen lässt. Fig. 6 ist eine analoge Darstellung für die graphitische Zone.
In Fig. 1 und 2 bedeutet A das Muffenende und Al den zylindrischen Teil des Schleudergussrohres. B ist die äussere dendritische Zone, die sich ungefähr auf ein Drittel der Wandstärke nach innen erstreckt. C ist die innere graphitische Zone.
In Fig. "3-6 sind mit D einige der dendritischen Ferritkristalle bezeichnet, die derart gelagert sind, dass ihre dendritische Form deutlich sichtbar wird. E sind formlose Tüpfelehen graphitischen Kohlenstoffes und F Einsprengungen von Phosphid-Eutektikum. G ist die körnige Grundmasse, die den Hauptbestandteil der graphitischen Zone bildet. H sind die verteilt auftretenden geformten Graphitplättchen, die für die innere Zone des Rohres charakteristisch sind. Auch in dieser Zone treten, ähnlich wie in der dendritischen Zone, formlose Tüpfelchen E graphitischen Kohlenstoffes und Einsprengungen F von Phosphid-Eutektikum auf. Fig. 5 und 6 zeigen die Struktur der Ferritkörner.
1 deutet das gelegentliche Auftreten sehr winziger Einsprengungen von Perlit in diesen Körnern an.
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Process for improving the mechanical properties of cast-iron cast iron pipes produced in accordance with patent no. 147499.
The parent patent No. 147499 describes an iron centrifugal cast pipe with a new structure, which is manufactured by casting in a cooled, metallic mold, the inner surface of which is made before the actual casting process and immediately before the liquid metal hits it by means of a gas jet with a dry, powdery material, z. B. ferrosilicon is covered. The Sehleudgießrohr produced in such a pre-treated form is characterized by a double structure. The outer zone of the tube consists namely of compacted, interwoven, dendritic ferrite and possibly pearlite structures which are arranged in irregular directions and which are free of difficult-to-melt carbides.
The inner zone consists of a matrix of ferrite and possibly perlite in which small platelets and flakes of graphite are embedded. Such a pipe is stronger, tougher and more resistant to impacts than the previously known centrifugally cast pipes, even without subsequent tempering, even if they have been tempered.
It has now been shown that the annealing of pipes, described below, which are cast in the pretreated form, a completely new structure can be obtained, which brings with it a significantly greater ductility of the pipe and resistance to impacts.
The pearlitic component of the intertwined dendrites is essentially transformed into ferrites without the interlacing of the dendrites being lost. The poorly defined grain structure of the iron in the non-tempered tube is transformed into polyhedral crystals of regular shape and size with well-defined contours, and while the non-tempered tube contains more bonded carbon in the inner or graphitic zone than in the outer or dendritic zone, the tempered one contains Tube in each zone has nearly the same percentage of bound carbon, u. between not more than about 0-15% of the mass of the casting.
The cast-iron centrifugally cast pipe according to the invention thus has a two-zone structure; the outer zone consists of intertwined dendrites or ferrites with only occasional occurrences of tiny spots of perlite and contains carbon in the form of dots, the inner zone consists of a matrix of ferrite in which only occasionally small spots of perlite occur and also of dots of Carbon, etc. between both unbound carbon and graphite flakes.
To produce such a pipe, according to the invention, a centrifugally cast pipe produced according to the parent patent is tempered by heating it to a temperature above the critical point at which the crystalline structure of iron changes from the alpha form to the gamma form.
This critical point changes a little with the composition of the iron. He is lying
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of the pipe to about 9250 C. however, one must make sure that the temperature is not *) First additional patent no. 152763
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is increased significantly beyond this limit. Very good centrifugally cast pipes could be produced with this heat treatment. Practical experience leads to the conclusion that even better pipes are obtained if the maximum temperature to which the pipes are heated is reduced, provided that one only goes beyond the critical point.
In order to prevent the occurrence of undesirable internal stresses in the tube after it has been heated to above the critical point, it is gradually cooled down to a temperature of 650 ° C. and then cooled further at any rate.
The result of the heat treatment is the transformation of the alpha structure into the
Gamma structure and the regression of the alpha structure when cooling below the critical point.
This results in a very noticeable change in the grain structure of the casting, because before tempering the individual grains are poorly defined and have a distorted and irregular shape; after the heat treatment, however, they have a well-defined polyhedral crystal shape of regular size and shape. The bound carbon falls to a relatively low percentage, which is no more than about 0-15%. The freed graphitic carbon is found in the tempered casting in the form of pits, which are different in shape from platelets of graphitic carbon. The graphitic carbon is contained in smaller quantities in the outer zone than in the inner zone and this feature is presumably essential for achieving a higher ductility of the dendritic zone.
Comparative tests carried out with non-tempered pipes on the one hand and tempered pipes according to the invention on the other hand have shown that the impact resistance is increased by more than 300% through the tempering.
In the drawing, examples of Sehleudgeussrohren according to the invention are shown.
Fig. 1 is a side view of a centrifugally cast tube, partially in section, showing the two zones. Fig. 2 is a cross section taken along line 2-2 in Fig. 1. Figs. 3-6 are schematic representations of photomicrographs. Fig. 3 shows the dendritic zone in an enlargement in which the dendrites can be clearly seen. Figure 4 is a similar illustration for the graphitic zone. FIG. 5 is a representation of the dendritic zone, which shows the grain structure of the ferrites in this zone. Figure 6 is an analogous representation for the graphitic zone.
In Fig. 1 and 2, A denotes the socket end and Al denotes the cylindrical part of the centrifugally cast pipe. B is the outer dendritic zone, which extends inwards to about a third of the wall thickness. C is the inner graphitic zone.
In Fig. "3-6, some of the dendritic ferrite crystals are designated by D, which are stored in such a way that their dendritic shape is clearly visible. E are shapeless pits of graphitic carbon and F are indentations of phosphide eutectic. G is the granular matrix which forms the main component of the graphitic zone. H are the distributed, shaped graphite platelets that are characteristic of the inner zone of the pipe. In this zone, too, similar to the dendritic zone, formless dots E of graphitic carbon and indentations F of phosphide eutectic occur Figs. 5 and 6 show the structure of the ferrite grains.
1 indicates the occasional occurrence of very tiny indentations of pearlite in these grains.