AT215451B

AT215451B - Verfahren zur Herstellung von perlitischem Temperguß

Info

Publication number: AT215451B
Application number: AT504458A
Authority: AT
Original assignee: Walter Overhoff Fa
Priority date: 1958-07-16
Filing date: 1958-07-16
Publication date: 1961-06-12

Description

Verfahren zur Herstellung von perlitischem Temperguss
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von perlitischem Temperguss, u. zw. auf seine besondere Herstellungsweise, welche nicht nur die gewünschte Zusammensetzung erbringt, sondern auch die gewünschte spätere Ausbildung des Grundgefüges gewährleistet. Ein solches Gefüge ist auch geeignet, für alle vorkommenden Fälle mit günstigsten Glühverfahren gekoppelt zu werden, und es ergibt sich dabei ein besonders guter Gefügezustand und gute Festigkeitseigenschaften, sowohl im geglühten als auch im gehärteten oder vergüteten Zustand. Insbesondere ist die Ausbildung des Perlits ausserordentlich fein, u. zw. sowohl bei lamellarer als auch bei globularer Ausbildung.

Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, einen feinstperlitischen oder globularperlitischen Temperguss herzustellen, der infolge des Einsatzes von titanhaltigem Roheisen oder andern Titanträgern zur Beschikkung eines vorzugsweise halbbasisch oder neutral zugestellten Kaltwind-Kupolofens mit entsprechender halbbasischer Schlackenführung Titan enthält. Solcher Temperrohguss hat im übrigen etwa folgende Zusammensetzung : 2, 80-3, 10% Kohlenstoff, 0, 30-1, 20% Silizium, 0, 30-1, 20% Mangan, 0, 12-0, 35% Schwefel, bis zu 0, 10% Phosphor, 0, 01-0, 5% Titan, 0, 00-0, 5% Chrom, Rest Eisen.

Besonders beachtlich ist noch, dass bei solchem Temperguss das sonst üblicherweise geforderte stöchiometrische SchwefelMangan-Verhältnis nicht eingehalten werden soll, so dass also hohe Schwefelgehalte bei gleichzeitig niedrigen Mangangehalten vorliegen. Mit niedrigen Mangangehalten und hohen Schwefelgehalten wird die Bildung von Eisensulfide im Rohguss gefördert, wodurch eine stabilisierende Wirkung für die ledeburitische Erstarrung des Schmelzgutes (Temperrohguss) erzielt wird. Erfindungsgemäss wird also einmal die graphitisierende Eigenschaft des Titans durch Chrom und anderseits durch Eisensulfid kompensiert.

Es ist festgestellt worden, dass bei Schwefelgehalten zwischen 0, 20 und 0, 35% chromfreie oder chromarme Zusammensetzungen vorzuziehen sind.

Unter dem Begriff halbbasischer oder neutral zugestellter Kaltwind-Kupolofen wird folgendes verstanden : Es handelt sich dabei um einen Kupolofen, der abweichend von der normalen sauren Ausfütterung eine Zustellung besitzt, die halbbasisch oder neutral ist, d. h. bei der im Falle des halbbasischen Futters ein Zusatz von AlOg oder Al Og-haltigen Mineralien vorliegt, u. zw. 8-25%, vorzugsweise 18-25% A1203, auf das Futtermaterial gerechnet. Das Übrige setzt sich zusammen aus Si02 und-in geringen Mengen-MgO und TiO2.

Im Falle der neutralen Zustellung wird das Futter mit Graphit in mehr oder weniger grober Stückgrösse versetzt. Im übrigen besteht es auch gleichfalls im wesentlichen aus Silika. Auch in diesem Fall enthält das Si02 meistens geringe Anteile an TiO2.

Unter halbbasischer Schlackenführung wird verstanden die Bereitung einer Schlacke, die in der Endanalyse etwa folgende Gehalte aufweisen kann : 8-30%, vorzugsweise 10-20% Al203, 40-60%, vorzugsweise 45-55% Si02, 20-35%, vorzugsweise 20-30% CaO.

An übrigen Bestandteilen werden in der Regel folgende vorkommen : etwa 1-5% MnO, 1-4% FeO, bis 3% Ti02, bis 2% MgO, 1-2, 5% P205.

Die halbbasische Schlackenführung, also ein mit Si02 und A1203 angereicherter Kalksteinzusatz,
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der Kupolofenschlacken, dem Verhältnis zwischen CaO einerseits und Si02, AlOg anderseits, dürfte es sehr schwer sein, den Titangehalt in der Rohgussanalyse auf einen Wert von über 0, 02% anzuheben.

Auf Grund des säurebildenden Charakters und seiner hohen Affinität zum Sauerstoff würde man das mit der Gattierung eingebrachte Titan in Verbindung mit CaO und FeO als Titanate verschlacken.

Wenn gesagt wird, dass bei der Erfindung das normalerweiser angestrebte Schwefel-Mangan-Verhältnis nicht eingehalten werden soll, so bedeutet dies, dass der Schwefelgehalt höher liegen soll als üblich im Verhältnis zu dem gegebenen Mangangehalt. Während sonst, d. h. bei den bisher bekannten Temperguss-

zusammensetzungen, die Annäherungsregel gilt, dass der Mangangehalt mindestens etwa das Doppelte oder mindestens das Dreifache des Schwefelgehaltes betragen soll, werden im vorliegenden Fall diese Verhältnisse unterschritten, u. zw. so, dass, um in Richtung auf optimale Verhältnisse zu arbeiten, die Regel aufgestellt wird, den Mangangehalt unter dem 1, 7fachen des Schwefelgehaltes liegen zu lassen.

Man könnte die Beziehung von Titan, Mangan und Schwefel auch formelmässig zum Ausdruck bringen, indem man folgende Formel gelten lässt :
Ti-Prozente = max. 0, 2. Prozente Mangan, Mn-Prozente = max. 1, 7. Prozente Schwefel.

Es ist auch, wie bereits bemerkt, wichtig zu berücksichtigen, dass bei Schwefelgehalten im unteren Bereich, d. h. zwischen etwa 0, 12-0, 20%, ein Chromgehalt zweckmässig von 0, 02 bis 0, 5% vorzusehen ist, während bei höherem Schwefelgehalt der Chromgehalt zweckmässig nur sehr geringfügig (0-0, 09%) gehalten wird.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass der Phosphorgehalt der erfindungsgemäss hergestellten Tempergusslegierungen besonders niedrig sein muss, so dass die Grenze von 0, 10% P in der Regel nicht einmal erreicht wird, sondern der Phosphorgehalt üblicherweise in den bevorzugten Grenzen von etwa 0, 03 bis 0, 07% liegt. Die Abstimmung dieser Legierungselemente, insbesondere des Titans, Chroms und Schwefels, übt offenbar einen Einfluss insofern aus, als die Ledeburitbildung begünstigt wird, gleichzeitig der Ledeburit jedoch bei der Glühung ausserordentlich leicht zum Zerfall kommt, so dass vor allem auch in wirtschaftlicher Hinsicht durch Verkürzung der Glühzeiten ganz besondere Vorteile erzielbar sind.

Auf die aus dem vorgenannten Temperguss hergestellten Stücke kann an sich jede vorbekannte Glühmethode angewendet werden, und es ist festzustellen, dass dabei in jedem Fall auch eine beträchtliche Verkürzung der Glühzeiten möglich ist. Es soll aber im folgenden noch auf besonders günstige Möglichkeiten hingewiesen werden, die vor allem dann in Betracht kommen, wenn auch die Oberfläche der Gussstücke ferritfrei, also völlig perlitisch sein soll.

Es wird dann vorgeschlagen, in neutraler Umgebung zu tempern, vorzugsweise im Salzbad.

Im Gegensatz zu den gebräuchlichen Temperverfahren, dem Tempern in oxydierender Atmosphäre, bei dem ein Tempererz als Sauerstoffgeber verwendet und dieser Sauerstoff an der Randzone des Gussstückes den dort vorliegenden Kohlenstoff verbrennt, und dem neuerdings viel beachteten Gastempern wird somit erfindungsgemäss ein Salzbad verwendet.

Das Salzbad soll möglichst einen Verdampfungspunkt oberhalb 950 C haben. Es kommen vor allem Salzbäder mit Natriumkarbonat, Chloriden, insbesondere Bariumchlorid und gegebenenfalls Natriumcyanid bzw. Kaliumcyanid in Frage. Als geeignet hat sich z. B. ein Bad aus Molybdänsulfid, insbesondere Molybdändisulfid, sowie Natriumsulfit und Bariumsulfit, gegebenenfalls mit Zusatz billiger Chloride, erwiesen. Hiemit kann Temperguss mit ferritfreier Randzone erzielt werden.
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Behandlung im Salzbad oder in mehreren Salzbädern, von denen z. B. das erste auf eine Temperatur zwischen 950 und 1000 C, ein weiteres auf760-950'Co einestelltist, vorzunehmen. WeiteristesmögIich, die Verweilzeit im Salzbad nur kurz, z. B. 30-80 Minuten, zu bemessen und die behandelten Stücke alsdann in einen Ofen einzusetzen.

Dieser soll eine regelbare Atmosphäre, Luftabschluss bzw. Schutzgas, haben.

Der Aufenthalt in den Salzbädern bzw. im Ofen ist abhängig vom Querschnitt der zu behandelnden Stücke.

Jedoch wird bei ausschliesslicher Salzbadbehandlung die Dauer unter 10 Stunden, je nach der Temperaturhöhe sogar sehr wesentlich darunter liegen. Auch bei Nachbehandlung in einem Ofen, von z. B. 760 bis 850 C, sind die Zeiten wesentlich verkürzt und liegen höchstens zwischen etwa 8 und 15 Stunden.

Die Zugfestigkeit des so behandelten Tempergusses liegt unvergütet zwischen etwa 50 und 65 kg/mm2 bei etwa 32-48 kg/mm2 Streckgrenze und etwa 3-20% Dehnung (L = 3 d). Durch Vergüten lassen sich Streckgrenzen zwischen 70 und 120 kg/mm bei Festigkeiten von 80 bis 160 kg/mm erreichen.

Die Erfindung soll in Einzelheiten an einem Beispiel erläutert werden, in dem alle in der Erfindung vorkommenden Verfahrensschritte zusammenhängend beschrieben sind. Natürlich ist es durchaus nicht notwendig, dass eine solche Zusammenfassung in allen vorkommenden Fällen erfolgt. Es kann beispielsweise das Glühen, wie schon im allgemeinen Teil gesagt, auch auf andere Weise erfolgen als im Beispiel dargestellt, oder es kann auch die Vergütungsbehandlung eine andere sein oder fehlen.
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Zu der Gattierung gehört noch das anfallende Kreislaufmaterial dieser hier hergestellten titanhaltigen Qualität. Weiter wurde Thomasstahlschrott gesetzt. In diesem Falle wurde davon abgesehen, FeMn
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60 Stunden lang getempert, zuzüglich Aufheizzeit und Abkühlzeit.

Vergleichbare Teile aus normalem Temperguss hätten eine Glühzeit von etwa 120 Stunden benötigt. Es resultierten folgende technologische Eigenschaften : Streckgrenze 32-36 kgfmm2, Zugfestigkeit 52-58 kgfmm2, Dehnung 6-8%, bei 12 mm starkem Querschnitt.

Ein anderer Teil dieses Rohgusses wurde im Salzbad getempert, u. zw. in einem Bad folgender Zu-
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zweck auch ohne Vergütung ausreichend waren. Sonst hätte sich ohne weiteres eine Vergütungsbehandlung anschliessen können, die vergleichbar höhere Werte für die Streckengrenze und Zugfestigkeit bei gleicher Behandlung ergeben haben würde als im Falle des oben beschriebenen, im Ofen getemperten Gusses.

Es sei nachfolgend noch ein Beispiel für eine Schmelzung angegeben, die auf einem neutralen Futter vorgenommen wurde.

In einem Kupolofen nahezu übereinstimmender Abmessung war in der Herd- und Düsenzone ein Futter vorgesehen aus rund 60% Graphit Rest im wesentlichen Si02. Es wurde eine Gattierung gewählt
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technologischen Eigenschaften dieses Gusses waren im getemperten Zustand : Streckgrenze 36-38 kg/ mm2, Zugfestigkeit 51-56 kgfmm2, Dehnung 7-11% bei einem Probestab von 12 mm Durchmesser, bezogen auf eine Messlänge des Probestabes von 3 x Durchmesser.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Temperguss mit feinstem Lamellar-bzw. Globular-Perlit-Gefüge, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kaltwind-Kupolofen mit einer halbbasischen oder neutralen Zustellung unter Einsatz von titanhaltigem Roheisen oder andern titanhaltigen Trägern mit einer halbbasi-
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zeiten getempert wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefelgehalt über 0, 20 bis zu 0, 35% beträgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohguss, insbesondere bei chromfreier Legierung, ein Verhältnis Mangan : Schwefel vorgesehen wird, welches das sonst übliche EMI3.5 dem 1, 7fachen des Schwefelgehaltes liegt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Titan : Mangan : Schwefel nach folgenden Regeln bemessen wird : Titan-Prozente = max. 0, 2. Prozente Mangan, Mangan-Prozente = max. 1, 7. Prozente Schwefel.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von etwa 0, 12-0, 20% Schwefel Chromgehalte von 0, 02 bis 0, 5% vorgesehen sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von etwa 0, 20-0, 35% Schwefel Chromgehalte von 0 bis 0, 09% vorgesehen sind.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfällung der Temperkohle und gegebenenfalls die Glühung auf Perlitgefüge in einem auf einer Temperatur zwischen 760 bis 1100 , vorzugsweise 950 und 1000 C, befindlichen Salzbad in an sich bekannter Weise, jedoch gegenüber bisher durchgeführten Salzbadtemperungen verkürzter Dauer erfolgt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperrohguss nur kurzzeitig, z. B. 30-80 Minuten, im Salzbad und darauf in einem Ofen mit regelbarer Atmosphäre (Luftabschluss bzw. Schutzgas) längere Zeit geglüht wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine kurzzeitige Behandlung in einem Salzbad von höherer Temperatur, z. B. 950-1000 C, und eine daran anschliessende Behandlung bei niedrigerer Temperatur, z. B. in einem Salzbad oder Ofen von 760 bis 950 C, vorgenommen wird.