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Angemeldet am 30. April 1958 (A 3123/58) ; Priorität der Anmeldung in Grossbritannien vom 2.Mai 1957 beansprucht.
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Durch die erfindungsgemässen Massnahmen kann karbidisches Gusseisen für diese beiden Zwecke verbessert werden, weil die vornehmlich Wirkung des Vibrierens von weissem Gusseisen darin besteht, die
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rrungsart ilbereutektischerstarrung herbeigeführt werden. Wenn die Zusammensetzung des Gusses und die Herstellungsbedingungen so verändert werden, dass die Bildung von übereutektischem und eutektischem Graphit durch das Vibrieren des Gusses während der Erstarrung verhindert wird, dann wird durch das Vibrieren eine bemerkenswerte Änderung im Auftreten und Gefüge der überentektischen und eutektischen Karbide erzielt.
Diese Karbide bilden im weissen Gusseisen gewöhnlich ein sprödes Netzwerk, dessen Widerstand gegen Schlag-. und Stossbeanspruchung sehr gering ist, weil ein ununterbrochener Weg für die Fortpflanzung von Rissen vorhanden ist. Das Vibrieren bewirkt, dass das ununterbrochene Karbidnetzwerk durch ein unterbrochenes System von Karbidnadeln oder-platten ersetzt wird. Wenn diese Karbidnadeln oder-platten ein unterbrochenes Netzwerk darstellen, bilden sie auch keinen ununterbrochenen Weg für die Fortpflanzung von Rissen, so dass der Widerstand des Gussstückes gegen Schlag-und Stossbeanspmchung auffallend erhöht wird. In einem üblichen, ohne Vibrieren hergestellten weissen Gusseisen erfolgt der Bruch durch das spröde Karbidnetzwerk hindurch.
Im vibrierten weissen Gusseisen, in dem das Karbidnetz unterbrochen ist, erfolgt der Bruch durch die Karbide und die andern anwesenden Gefügebestandtei1. e. Diese andern Bestandteile können durch geeignete Legierungselemente und Wärmebehandlungen zShe und bmchfest gemacht werden und auf diese Weise den Widerstand gegen Schlag-und Stossbeanspruchung wesentlich verbessern.
In andern weissen Eisen, die, wenn nicht vibriert, mit einem ununterbrochenen spröden Netzwerk von Karbiden erstarren wurden, kann das Gefüge mittels der Erfindung regelmässig gestaltet werden.
Es wurden folgende Eisen, in ihrer Analyse fast ähnlich, ausgenommen im Chromgehalt, hergestellt :
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<tb>
<tb> Eisen <SEP> Nr. <SEP> Zusammensetzung
<tb> Ges. <SEP> C% <SEP> Si% <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Ci% <SEP>
<tb> 1 <SEP> 3,2 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> 4, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 60 <SEP> 1,55
<tb> 2 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> 3,, <SEP> 95 <SEP> 0, <SEP> 64 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 55 <SEP> 3, <SEP> 75 <SEP> 0, <SEP> 61 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 56 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 0, <SEP> 51 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
Von jedem Eisen wurden zwei Kugeln von 63, 5 mm Durchmesser in Sand gegossen. nuer eine der beiden Kugeln wurde während der Erstarrung vibriert.
Alle nicht vibnerten Kugeln enthielten Karbide in Form eines ununterbrochenen spröden Netzwerkes zusammen mit ubereutektischen austenitischen Dendriten.
Dieses Gefüge ist inlegiertem Gusseisen dieser Type wohl bekannt, welches Eisen in umfangreichem Masse dann verwendet wird, wenn ein grosser Widerstand gegen Verschleiss von ihm gefordert wird, wie z. B. von Mahlkugeln ; dieses Gefüge ist ein massgeblicher Faktor für den Widerstand gegen Schlag- und Stossbeanspruchung.
Die in Formen hergestellten Kugeln, welche während des Giessens und der Erstarrung vibriert wurden (100 Schwingungen/sec mit einer Amplitude von ungefähr 1 mm) besitzen ein modifiziertes eutektisches Gefüge.
Eisen Nr. 1 mit dem niedrigsten Chromgehalt wurde durch das Vibrieren graphitisier ; der Guss enthielt wesentliche Mengen an Flockengraphit. Eisen Nr. 2 mit einem Chromgehalt von 2. 25 % zeigte keinen freien Graphit im Gussgefüge, aber einen Hinweis dafür, dass das Vibrieren das ununterbrochene Karbidgefüge zu einem unterbrochenen System von Karbidnadeln gestaltet. Ein weiteres Ansteigen des Chromgehaltes führte zu einem ausgesprochenen Wechsel in der Form des Karbides zu unterbrochenen Nadeln und dieser Wechsel war beim höchsten Chromgehalt im Eisen Nr. 4 vollständig, das ein völlig regelmässig rundes Karbidgefüge besass. Es ist bekannt, dass dieses Gefüge den Gussstücken eine erhöhte Zähigkeit verleiht. Ausserdem wurden die Dendriten durch das Vibrieren kleiner.
Erfindungsgemäss wird das Gefüge eines Gusseisens, das ohne Vibraüonsbehandlung unter Karbidbil-
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Eisen mit einer sehr starken Neigung, weiss zu erstarren, selbst durch Vibrieren nicht graphitisiert werden kann. Ein Eisen der folgenden Zusammensetzung
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<tb>
<tb> C <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> S <SEP> % <SEP> P <SEP> % <SEP> Mg <SEP> %
<tb> 3,2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 0,01 <SEP> 0,03 <SEP> 0,08
<tb>
würde normal vollständig weiss erstarren, selbst wenn das ganze Silizium (z. B. 0, 2%) als Impfmittel zugegeben wäre. Es wurden jedoch in dieser Zusammensetzung auch vibrierte Güsse, welche hauptsäch- lich grau sind, hergestellt.
Eisen dieser Zusammensetzung und einer solchen Gussstruktur kann, soweit bekannt, auf andere Weise nicht hergestellt werden ; es besitzt nach einer nachfolgenden ferritisierenden Wärmebehandlung eine ausgezeichnete Dehnbarkeit und Schlagfestigkeit.
Ein ähnliches Vibrieren kann angewendet werden, um den sich während der Erstarrung des Gussstückes bildenden Graphitgehalt zu erhöhen, das normal nur einen Teil des Graphites neben den übereutektischen und eutektischenKarbiden enthalten würde. Hier hat das Vibrieren eine Wirkung ähnlich dem des Impfens des flüssigen Metalles mittels Ferrosilizium, Kalziumsilizid oder ande-n Impfmittel vor dem Giessen. Das Vibrieren kann zusätzlich oder anstelle solcher Impfmittel angewendet werden und ermöglicht einen bisher unerreichten Grad der Graphitisierung während der Erstarrung.
Die erfindungsgemässe Anwendung des Vibrierens ist bei der Herstellung von Kugelgraphit im Gusseisen von Nutzen, u. zw. bei Verfahren, gemäss denen ein die Kugelbildung begünstigendes Agens, z. B.
Magnesium, flüssigem Eisen in solcher Menge zugeführt wird, dass mindestens 25% des Graphits im Gusseisen in kugeliger Form vorhanden sind. So behandeltes Gusseisen hat oftmals die Neigung, einige über- eutektische und eutektische Karbide zu enthalten ; es ist in solchen Fällen früher notwendig gewesen, ein Impfmittel, wie Ferrosilizium, dem flüssigen Metall vor seinem Vergiessen zuzusetzen und hernach mit dem die Kuge1bildung hervorrufenden Agens zu behandeln. Das Impfen begünstigt die Bildung von kugelförmigem Graphit während des Erstarrens. Wenn dafür das Vibrieren eingesetzt oder mit dem Impfen verbunden wird, können die freienKarbide ganz entfernt werden.
Als Beispiel für die Anwendung des Vibrierens als graphitisierendes Mittel bei der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit wurden drei Chargen von geschmolzenem Gusseisen gegossen, das ungefähr 3, 6% Kohlenstoff, 1, 30/0 Silizium und 0, 30/0 Mangan enthält ; jede Charge wurde mit l% einer Legierung von 85% Nickel und 15% Magnesium behandelt. Von jeder Charge wurden zwei ähnliche zylindrische Gussstücke von ungefähr 57 mm Durchmesser und 152, 4 mm Länge in Sandformen gegossen, die nach dem Kohlensäure-Natriumsilikatverfahren abgebunden wurden.
Eine der beiden Formen wurde an einer Platte starr befestigt, die mit 100 Schwingungen/sec mittels eines durch ein Solenoid erregten Elektromagneten vibriert wurde, während die andern Formen nicht vibriert wurden. Während desGiessens desMetalles wurde das Vibrieren angewendet und fortgesetzt bis der Guss auf ungefähr 5000C abgekühlt war. Die Schwingungsamplitude der Platte konnte durch Änderung der Spannung am Solenoid verändert werden ; eine Spannung von 250 Volt gab eine Amplitude von 1 mm, während geringere Spannungen geringere Amplituden ergeben. Nach dem Abkühlen der Gussstücke wurden sie aus der Form genommen und durchgeschnitten. Sie wurden analysiert und unter dem Mikroskop geprüft.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt, in der die Güsse 5, 6 und 7 nicht vibriert und 5A, 6A und 7A vibriert wurden.
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<tb>
<tb>
Guss <SEP> Analyse <SEP> Gefüge <SEP> SpanNr. <SEP> Rand <SEP> Mitte <SEP> nung <SEP>
<tb> C% <SEP> Si% <SEP> Mn% <SEP> Mg% <SEP> Ni% <SEP> Zemen-Graphit <SEP> Zemen-Graphit <SEP>
<tb> tit*% <SEP> *% <SEP> tit <SEP> *%'% <SEP>
<tb> 5 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 35 <SEP> 0, <SEP> 29 <SEP> 0, <SEP> 065 <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP> 40 <SEP> S. <SEP> KG. <SEP> 40 <SEP> S. <SEP> KG. <SEP>
<tb>
5A"""""0 <SEP> Viel <SEP> 0 <SEP> Viel <SEP> 250
<tb> KG. <SEP> KG. <SEP> V <SEP>
<tb> 6 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 45 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 0, <SEP> 071 <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP> 30 <SEP> S. <SEP> KG. <SEP> 40 <SEP> S. <SEP> KG.
<tb>
6A <SEP> te <SEP> 0 <SEP> Viel <SEP> 0 <SEP> Viel <SEP> 200
<tb> KG. <SEP> KG. <SEP> V <SEP>
<tb> 7 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP> 0, <SEP> 063 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP> 30 <SEP> S. <SEP> KG. <SEP> 35 <SEP> S. <SEP> KG. <SEP>
<tb>
7A.. <SEP> " <SEP> " <SEP> e, <SEP> " <SEP> 0 <SEP> Viel <SEP> 0 <SEP> Viel <SEP> 150
<tb> KG. <SEP> KG. <SEP> V <SEP>
<tb>
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so dass der Kern graphitisiert wird, obgleich das Äussere ganz oder vorwiegend weiss ist.
Ferner ist es möglich, Gussstücke starken Querschnittes mit einem deutlichen, harten Rand aus magnesiumbehandeltem Gusseisen niedrigen Siliziumgehaltes (0, 01-0, 80/0) herzustellen. Eisen, das so viel Magnesium enthält, dass mindestens 25% des Graphits kugelförmig sind, neigt aber zu weisser Erstarrung, wenn nicht die Giessbedingungen und der Grad des Impfens die Erzeugung von Graphit begünstigen ; solche Eisensorten sind gegenüber Änderungen der Abkühlungsgeschwindigkeit nicht empfindlich. Demgemäss ist es schwierig, darin eine bestimmte Härte zu erzeugen ; durch das Vibrieren kann dies jedoch geschehen.
Die Gussstücke werden erstarren lassen, um ihnen eine bestimmte Randhärte zu geben, und dann werden sie unter Verwendung einer Vibriersonde vibriert, die in den verlorenen Kopf eingeführt wird, so dass die mittleren Teile des Gussstückes grau und somit gegen Schlag- und Stoss beanspruchung widerstandsfähig werden. Wenn das Gussstück genügend restliche Mengen an Magnesium enthält, wird der Graphit im Kern kugelförmig und letzterer besonders fest sein. Ein Beispiel eines Eisens, in dem ein solcher harter Rand hergestellt werden kann, ist ein solches, das 0,06% Magnesium, 3% Kohlenstoff, 0,4% Silizium, 0,3% Mangan, 0, 008% Schwefel, 0, 04% Phosphor, 0, 80/0 Chrom und 1, 5% Nickel, Rest Eisen enthält.
Die Erfindung ermöglicht es also, die erforderliche Zeit zur Herstellung schmiedbaren Eisens durch Glühen eines weissen Gusseisens abzukürzen. Dieses Glühen- wird gewöhnlich bei einer Temperatur von 850 bis 1000 durchgeführt und erfordert häufig eine Glühdauer von mindestens 4 - 8 Stunden. Wenn das ununterbrochene Karbidnetzwerk im weissen Gusseisen durch ein unterbrochenes Karbidgefüge als ein Ergebnis des Vibrierens während der Erstarrung ersetzt wird, kann die Glühzeit 4 Stunden betragen und braucht nicht 36 Stunden überschreiten.
Bei der Herstellung von Gusseisen mit kugelförmigem Graphit aus einem Eisen, das mit Magnesium oder einem andern, die Ausscheidung des Graphits in Kugelform begünstigenden Agens behandelt wurde, ist das Vibrieren ungenügend, um das Eisen während der Abkühlung zu graphitisieren. Dieses Vibrieren kann ein Eisen ergeben, das im Gusszustande noch ganz oder teilweise weiss ist, das jedoch durch ein kurzes Glühen graphitisiert werden kann, u. zw. durch ein kürzeres Glühen, als es auf andere Weise erforderlich wäre. Wenn das mit Magnesium behandelte vibrierte Eisen im gegossenen Zustande Kugelgraphit in einer perlitischen Grundrnasse enthält, beschleunigt dies die folgende Ferritisierung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anwendung des Vibrierens von Metallschmelzen während der Erstarrung in der Giessform auf Gusseisen, welches ohne diese Behandlung nicht grau, sondern über den ganzen oder den grössten Teil des Querschnittes unter Karbidbildung erstarren würde, zum Zwecke, die Graphitisierung herbeizuführen bzw. bei einer nachfolgenden Temperung zu erleichtern.