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Verfahren zum Giessen von Gusseisen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Giessen von Gusseisen.
Für Stahlguss ist es bekannt, den flüssigen Stahl durch ein Vakuum zu führen, um eine Entgasung und die Ausscheidung schädlicher Bestandteile zu erreichen.
Bei einer bekannten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine leere Gusspfanne in einen
Vakuumbehälter eingesetzt, der durch einen Deckel dicht verschlossen ist. Auf dem Deckel für den Vakuumbehälter ist eine zweite Gusspfanne dicht aufgesetzt. Der Deckel des Vakuumbehälters hat einen
Durchlass für den flüssigen Stahl, der durch eine Membran geschlossen ist. Nach Erzeugung des Vakuums wird der Stahl eingegossen, wodurch die Membran schmilzt, so dass der Stahl ohne Zeitverlust in den Vakuumraum eintritt.
Esistbereits versucht worden, nach diesem bekannten Prinzip Gusseisen durch ein Vakuum zu führen.
Es stellte sich aber heraus, dass eine Verminderung der Festigkeit und der Härte des Gusseisens eintrat.
Nach durchgeführten Versuchen vermindert sich die Festigkeit um 20%, die Härte um 13%. Es wird hiezu auf eine Veröffentlichung der Eisenwerke Vitkovice, Verfasser Otto Necas und Robert Kamensky, Sonderdruck der Czechoslovak Scientific Technical Association for Metallurgy and Science-Checoeslovaquia, herausgegeben anlässlich des internationalen Giesserei-Kongresses in Madrid im Oktober 1959, verwiesen, in der ein Versuch beschrieben ist, ähnlich wie beim Stahlguss das Gusseisen durch ein Vakuum zu führen.
Aus dem geschilderten Grund ist es bisher unterblieben, das Gusseisen im Vakuum zu behandeln, da die Herabsetzung der Festigkeit um 20% nicht tragbar ist.
Durch die Erfindung wurde dieser Nachteil überwunden.
Es wurde nämlich festgestellt, dass die Herabsetzung der Festigkeit des Gusseisens durch die Vakuumbehandlung seine Ursache in der Verminderung des Sauerstoffgehaltes der Schmelze hat. Die Verminderung des Sauerstoffgehaltes wird dadurch verursacht, dass durch das Einführen der Schmelze in das Vakuum der Gasdruck heruntergesetzt und damit der Austritt der Gase aus der Schmelze begünstigt wird.
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stoff aus dem Kohlenstoffgehalt der Schmelze genommen wird. Es konnte eine Verminderung des Sauerstoffgehaltes von 40 bis 70% festgestellt werden. Die Festigkeitsverminderung des Gusseisens hängt von der Ausscheidung des in der Schmelze gelösten Kohlenstoffes ab, der bei der Erstarrung in Form von Graphit ausgeschieden wird. Nur bei einer Ausscheidung des Graphits in bestimmter Form ist die Festigkeit gewährleistet.
Diese Ausscheidung ist abhängig von den sogenannten Keimen. Bei technischen Schmelzen kommen nur Fremdkeime hiefür in Frage, die vorwiegend aus Silikaten oder Oxyden bestehen, d. h. aus metallischen und nichtmetallischen Verbindungen mit Sauerstoff. Derartige Sauerstoffverbindungen können nur bei ausreichender Anwesenheit von Sauerstoff vorhanden sein. Wenn aber nicht genügend derartige Keime vorhanden sind, werden Unterkühlungserscheinungen und andere Entartungen der Graphirskristallisation eintreten, durch die in jedem Fall ein Festigkeitsabfall hervorgerufen wird.
Die Keimarmut ist also eine Folge des Sauerstoffmangels, der durch die Vakuumbehandlung der Schmelze entsteht. Durch den Verlust an Sauerstoff in der Schmelze geht die Fähigkeit, Oxyde zu bilden, stark zurück bzw. verloren.
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Aus dieser Erkenntnis zog der Erfinder den Schluss, dass die Keimarmut, die bei der Vakuumbehand- lung unvermeidlich ist. behoben werden müsse.
Gemäss der Erfindung wird deshalb die Schmelze nach der Entgasung im Vakuum wieder mit Sauer- stoff angereichert, um so einen günstigen Keimzustand herzustellen. Auf diese Weise wird die Festigkeits- verminderung mit Sicherheit vermieden.
Es wurde folgende Vorrichtung zur erfindungsgemässen Behandlung von Gusseisen im Vakuum be- nutzt :
In einem normalen Lichtbogenofen von 100 bis 150 kg Fassungsvermögen wurde die Gusseisenschmel- ze hergestellt. Der Einsatz kann dabei aus Roheisen, Bruch, Schrott und Spänen bestehen. Die flüssige
Schmelze wurde in eine Stopfenpfanne ausgegossen und die so beschickte Pfanne auf den Vakuumbehälter dicht aufgesetzt. Durch Öffnen des Stopfens trat das Eisen aus, schmolz dabei eine zwischen dem Va- kuumbehälter und der Stopfenpfanne befindliche Aluminiumfolie, die vorher den Vakuumbehälter abge- dichtet hatte, und trat dann in den Vakuumraum ein. Die Schmelze tritt in freiem Strahl durch den Va- kuumraum und sammelt sich in einer darunter vakuumdicht angebrachten Giesspfanne.
Um zu erreichen, dass gemäss der Erfindung nach der Entgasung im Vakuum der Guss wieder mit
Sauerstoff angereichert wird, kann nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in die Sammel- pfanne, also in die unterhalb des Vakuumraumes befindliche Gusspfanne, bereits vor dem Durchgang der
Schmelze durch den Vakuumraum ein Sauerstoff abgebendes Mittel gegeben werden, wie z. B. Zunder od. dgl. Es kann statt dessen auch Sauerstoffgas in die Sammelpfanne eingeleitet werden.
Nach den vom Erfinder gemachten Versuchen hat das so mit Sauerstoff wieder angereicherte Guss- eisen nach der Entgasung einen genügend günstigen Keimzustand und behält seine Festigkeit.
Neben der Abgabe von Sauerstoff, mit dem die Schmelze nach dem Durchtritt durch das Vakuum wieder angereichert wird, gibt die Schmelze auch Wasserstoff und Stickstoff ab. Hiedurch tritt eine Verminderung der Härte ein, die auch nach der Anreicherung mit Sauerstoff nach Austritt aus dem Vakuum bestehen bleibt, denn die Härte ist von der karbidstabilisierenden Wirkung des Wasserstoffes und Stickstoffes abhängig und nicht vom Sauerstoffgehalt. Neben der erhöhten Festigkeit des Gusseisens beim Verfahren gemäss der Erfindung wird die Härte geringer. Dieses ist günstig, da für den Maschinenbau ein möglichst weicher, gut zu bearbeitender Guss mit hoher Festigkeit angestrebt wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Verminderung von Wasserstoff und Stickstoff die Neigung zu harten Kanten, zu Blasen und zu Lunkern zurückgeht.
Schliesslich steigt durch die Entgasung im Vakuum die, Wärmeleitfähigkeit des Gusseisens an.
Vor allen Dingen ist hervorzuheben, dass es durch die Erfindung erst möglich geworden ist. die Entgasung der Gusseisenschmelze im Vakuum durchzuführen, da das für Stahlguss bekannte Verfahren wegen des Absinkens der Festigkeit bei Gusseisen bisher nicht angewendet werden konnte.
Durch das Verweilen der Schmelze im Vakuum wird eine Entgasung verursacht, die eine Erhöhung der Dichte des Gussstückes und damit eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit zur Folge hat. Die Wärmeleitfähigkeit von lamellaren Gusseisen durch die Vakuumbehandlung steigert sich, wie der Erfinder festgestellt hat, bis zu 25%. Durch die Vakuumbehandlung lässt sich also ein Gusseisen mit hoher Wärmeleitfähigkeit erzeugen, das für thermisch beanspruchte Gussstücke besser geeignet ist als normales Gusseisen.
Dieses ist z. B. ausserordentlich'wichtig für Stahlwerkskokillen. Es wurde vom Erfinder festgestellt, dass die Haltbarkeit von Stahlwerkskokillen durch deren Wärmeleitfähigkeit wesentlich beeinflusst wird. Auch bei der Herstellung von Roststäben, Ofentüren, gusseisernen Walzen usw. ist die Steigerung der Wärmeleitfähigkeit von ausserordentlicher Bedeutung.
Bei Gussteilen, bei denen es auf die Festigkeit nicht ankommt, kann eine Anreicherung der Schmelze mit Sauerstoff nach dem Vakuum unterbleiben.
Die Erfindung lässt sich auch zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit verwenden. Gusseisen mit Kugelgraphit entsteht in bekannter Weise dadurch, dass dem schmelzflüssigen Eisen Magnesium zugesetzt wird.
Der besondere Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht aber darin, dass die verwendete Magnesiumlegierung ausserordentlich teuer ist. Es wird beispielsweise beim Schmelzen in sauren Öfen 2% einer Legierung verwendet, die 15% Magnesium und 85% Nickel enthält. (Eine Tonne einer solchen Legierung kostet derzeit zirka 65. 360, -- Schilling.)
Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, dieses teure Verfahren erheblich zu verbilligen.
Es wird nämlich durch die Magnesiumlegierung folgendes erreicht :
Ein Teil des in der Schmelze vorhandenen Schwefels wird durch das Magnesium entfernt, ein anderer Teil bindet Gase, u. zw. insbesondere Sauerstoff und Stickstoff. Ein weiterer Teil des Magnesiums muss im
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