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Verfahren zur Herstellung von Gusseisenwalzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Walzen aus Gusseisen, d. h. mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich des Gusseisengefüges. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Walzen aus legiertem Gusseisen, in dessen Gefüge eine Eisen-KohlenstoffVerbindung, nämlich Zementit, als Körnchen fein verteilt sind bzw. in andern Fällen eine besondere mikroskopische Struktur aufweist, welche eine sehr kleine Menge von Graphitkörnchen enthält, womit hervorragende mechanische und physikalische Eigenschaften erzielt werden.
Zweck der Erfindung ist es, Walzen aus Gusseisen mit harten spröden feinkörnigen Zementitausscheidungen herzustellen, die eine grosse Zähigkeit, Verschleissfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerisse besitzen.
Die Hauptanforderungen, die im allgemeinen, je nach dem Verwendungszweck, an eine Walze gestellt werden, sind grosse Zähigkeit, Härte, Verschleissfestigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerissbildung, Bruchfestigkeit, Anwendbarkeit für grosse Angriffswinkel und Bearbeitbarkeit.
Zu den Walzen, die zur Zeit als Warmwalzen verwendet werden, gehören die Gruppe der Stahlgusswalzen, wie Sonderstahlwalzen und Graphitstahlwalzen, und die Gruppe der Gusseisenwalzen, wie gewöhnliche Hartgusswalzen, legierte Hartgusswalzen, Gusseisenwalzen mit Kugelgraphit u. a. Jede dieser Walzen hat ihre Vor-und Nachteile ; es wurde bisher keine Walze gefunden, die alle drei an Warmwalzen zu stellenden Hauptanforderungen, nämlich grosse Zähigkeit, Verschleissfestigkeit und Wärmerissfestigkeit, gleichzeitig erfüllt. Im allgemeinen ist die Zähigkeit von Walzen aus der Gruppe der Stahlgusswalzen auf Grund ihres niedrigen Kohlenstoffgehaltes von z. B. 0, 5'%) bis l, 2% zufriedenstel- lend, doch ist ihre Verschleissfestigkeit wegen ihres niedrigen Kohlenstoffgehaltes jener von Walzen aus der Gusseisengruppe unterlegen.
Im besonderen entwickeln sich, da die Widerstandsfähigkeit gegen die Ausbildung von Wärmerissen an der Walzenoberfläche während ihrer Verwendung gering ist, ziemlich tiefe Sprünge, die schliesslich zu einem Ermüdungsbruch führen. Um dies zu unterdrücken, werden Legierungselemente, wie Chrom und Molybdän, zugegeben oder es wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um dem Zementit oder Perlit eine kugelige Struktur zu verleihen, um die Grundmasse in sorbitischen Perlit umzuwandeln oder um einen Teil des sorbitischen Perlits in Martensit überzuführen zwecks Erhöhung der Verschleissfestigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerisse. Diese Behandlungen bringen jedoch keine ausreichenden Erfolge.
Als nächstes hat man zur Beseitigung der Mängel der Stahlgusswalzen Adamitwalzen in Betracht gezogen, die in ihren Eigenschaften zwischen den Stahlgusswalzen und den Gusseisenwalzen liegen und Kohlenstoffgehalte von 1, 4 bis 2, 40/0 aufweisen. Diese Walzen besitzen wegen des hohen Gefügegehaltes an Zementit grosser Härte im Vergleich zu den Stahlgusswalzen eine ziemlich gute Verschleissfestigkeit ; doch bleibt diese wegen des geringeren Zementitgehaltes im Vergleich zu den Gusseisenwalzen auf jeden Fall unter jener der Gusseisenwalzen. Die Adamitwalzen haben ein Gefüge, bei dem eine oder
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zwei Arten von eutektischem Zementit und eutektoidischem Zementit im gegossenen Zustand in der perlitischen Grundmasse ausgeschieden sind.
Da diese Struktur spröde ist, muss die notwendige Zähig- keit durch eine langdauernde Wärmebehandlung erreicht werden, wodurch die aus eutektischen und eutektoidischen Zementitgruppen bestehenden Netzstrukturen verformt werden, wobei ein Teil des Ze- mentits in die Grundmasse einschmilzt. Jedoch sogar bei einer solchen Wärmebehandlung ändert eutek- tischer Zementit sehr schwer das im gegossenen Zustand vorliegende Gefüge und daher ist die Walze auf jeden Fall schwächer als die Walzen der Stahlgussgruppe. Adamitwalzen haben gegenüber den Guss- eisenwalzen eine bessere Zähigkeit und werden deshalb dort angewendet, wo ein grosser Walzdruck er- forderlich ist, wo die Gefahr, dass auf Grund von Temperaturwechselbeanspruchungen Wärmerisse auf- treten, gross ist und wo ein auf Absplittern bzw. Ausbrechen zurückzuführender Verschleiss zu erwarten ist.
Da bei den zur Gruppe der Gusseisenwalzen gehörenden Kugelgraphit-Walzen Lamellengraphit bis zur Walzenoberfläche ausgeschieden ist, ist das Auftreten von Wärmerissen bei Wärmebeanspruchung gering ; doch haben diese Walzen den Nachteil, dass sie einem starken Verschleiss und einer Oberflä- chenaufrauhung unterliegen. Bei Hartgusswalzen wird hingegen ein grosser Anteil harten Zementits durch rasches Abkühlen an der Ballenoberfläche ausgeschieden, während im Mittelteil infolge langsamen Erkaltens die Ausscheidungen zum grossen Teil aus Graphit bestehen, der ein Graugussgefüge bewirkt, wodurch die Zähigkeit erhöht wird. Manchmal wird Gusseisen mit Kugelgraphit im Mittelteil der Walze verbundgegossen, um die Zähigkeit der Walze zu erhöhen.
Auf Grund der grossen Menge des an der Walzenoberfläche in Netzstruktur ausgeschiedenen Zementits, ist sie gegenüber plötzlichen Wärmebeanspruchungen (Wärmestössen) empfindlich und neigt zur Wärmerissbildung, Oberflächenaufrauhung und Ausbrechen.
Die Kugelgraphit-Gusseisenwalzen, die in letzter Zeit viel verwendet worden sind, sind Walzen, in deren Gefüge kugeliger Graphit ausgeschieden ist, indem Magnesium oder andere Elemente mit ähnlicher Wirkung zugegeben wurden. Die Zähigkeit wird erhöht, indem die innere Kerbwirkung des Graphits herabgesetzt wird. Bei einer Kugelgraphit-Gusseisenwalze kann die Härte durch freien Zementit in der Struktur erhöht werden und auch die Verschleissfestigkeit kann verbessert werden. Da jedoch dieser Zementit eine netzartige oder nadelartige Struktur zeigt, wenn der Zementitanteil erhöht wird, wird die Walze spröd und auch die Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerisse wird vermindert.
Eine Kugelgraphit-Stahlwalze ist eine Walze, in der der Kugelgraphit im gegossenen Zustand ausgeschieden wird, als Folge der Zugabe einer Eisen-Calciumlegierung zu kohlenstoffreichem Stahl mit 1, 0 bis 1, 5%C. Eine solche Walze besteht daher ihrer Natur nach aus Stahl, hat aber Eigenschaften von Gusseisen, d. h. sie sollte, weil sie einen höheren Kohlenstoffgehalt hat als die gewöhnlichen Stahlgusswalzen und freien Graphit aufweist, in bezug auf Verschleissfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerisse infolge des Wärmepolstereffektes des Graphits überlegen sein.
Bei der Kugelgraphit-Stahl- walze bleibt jedoch die netzartige Struktur des während des Erstarrens nach dem Giessen gebildeten eutektischen Zementits sogar nach der Wärmebehandlung bestehen und da der Zementitanteil wegen des niedrigen Kohlenstoffgehaltes gering ist, ist die Verschleissfestigkeit oft nicht gross genug.
Die Erfindung beruht auf grundlegenden Untersuchungen über Gefügestrukturen, die gleichzeitig die drei an eine Walze zu stellenden Hauptanforderungen, nämlich grosse Zähigkeit, Verschleissfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerissbildung, erfüllen. Die gewonnenen Erkenntnisse sind die folgenden :
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Es wurde gefunden, dass das vorstehend beschriebene Gefüge in einfacher Weise dadurch erhalten werden kann, dass Gusseisen, welches im Gusszustand die Struktur von weissem Gusseisen besitzt, durch Warmformgebung zu einer Walze verarbeitet wird und einer geeigneten Wärmebehandlung unterworfen wird.
Mit andern Worten ist es das Ziel der Erfindung, eine Gusseisenwalze mit gleichmässig verteilten, feinen Zementitkörnchen oder in einigen Fällen einem kleinen Anteil an Graphit, der durch eine besondere, an dem geschmiedeten Gusseisenformstück vorgenommene Wärmebehandlung im Gefüge ausgeschieden wird, zu erhalten, wobei der Walze eine erhöhte Zähigkeit und verschiedene andere überlegene mechanische und physikalische Eigenschaften gegeben werden. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass a) durch Vergiessen einer flüssigen Gusseisenmasse mit einem Gehalt von unter 1, 0% Mangan, unter
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le, Sandform oder Zentrifugalgusskokille ein Gusseisenkörper von einfacher Gestalt, z.
B. in Form eines zylindrischen oder polygonalen Stückes bzw. in einer Hohlform von diesem, mit einem Kohlenstoffgehalt von 1, 7 bis 3, 8%, einem Siliziumgehalt von unter 2, 5% und einem Gesamtgehalt an schädlichen Elementen, wie Phosphor, Schwefel, Kupfer, Zinn, Arsen, Blei, Antimon, Wismuth und Zink, von unter 0, 200/0, insbesondere unter 0, 15% und einem im Gusszustand ähnlichen Gefüge, wie weisses Gusseisen, hergestellt, b) dieser Gusseisenkörper durch Warmformgeben, insbesondere durch Pressschmieden, im Temperaturbereich von 1125 bis 9000 C, gegebenenfalls nach Dispersionsglühen und einer Homogenisierungsbehandlung, zu einem Gusseisenformstück in Walzenform verformt und c) das Formstück einer Warmbehandlung unterworfen wird,
wie langsamem Kühlen im Ofen oder in Sand, Glühen im Temperaturbereich von 750 bis 8500 C, Abschrecken mit Wasser, Abschrecken mit Öl oder Normalisieren nach Warmhalten im Temperaturbereich von 850 bis 9500 C, worauf das Formstück durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt wird.
Die Gründe, warum die chemische Zusammensetzung des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Gussblocks in vorgeschriebenen Bereichen begrenzt wird, sind die folgenden : Zunächst ergibt sich der Grund für die Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes von 1, 7 bis 3, 8% daraus, dass, wie vom Fe/C-Gleichgewichtsdiagramm bekannt ist, dieser Bereich zu untereutektischem Roheisen gehört ; bei einem Gesamtkohlenstoffgehalt von unter 1, 70/0 ist das Ausmass der Zementitausscheidung zu gering, um eine genügende Härte und Verschleissfestigkeit zu erhalten, und bei über 3, zoo wird die Warmformbarkeit des Gussblockes zunehmend schwieriger ; auch die mechanischen Eigenschaften der Walze werden schlechter.
Was das Silizium betrifft, so wird die Festigkeit der Grundmasse mit zunehmendem Gehalt grösser und die Vergiessbarkeit besser ; wenn jedoch der Si-Gehalt 2, 5% übersteigt, bildet sich in der Gussstruktur des vergossenen Blockes leicht freier Graphit. Damit man eine Struktur ähnlich weissem Gusseisen erhält, würden zur Verhinderung der Graphitbildung grosse Zugaben von Legierungselementen, wie Mangan und Chrom, erforderlich sein. Der Si-Gehalt verschlechtert auch stark die Warmverformbarkeit des Gussblockes und die mechanische Festigkeit nach der Wärmebehandlung. Der Siliziumgehalt sollte daher vorzugsweise auf den Bereich von 0, 4 bis 1, 5% begrenzt sein.
Die erfindungsgemäss dem Gussblock zuzuführenden Legierungselemente, wie Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadin und Wolfram, verhindern nicht nur die Bildung von freiem Graphit in gegossenem Zustand, sondern tragen auch dazu bei, Austenit und Zementit bei hoher Temperatur zu stabilisieren. Da jedoch die Anhäufung dieser Elemente einen sehr schädlichen Einfluss auf die Warmverformbarkeit des erfindungsgemässen Gussblockes hat, sind die zulässigen Höchstgehalte begrenzt auf 1, 0% Mangan,
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geringe Menge eines oder mehrerer dieser Elemente zugegeben werden, so dass die gusseisengleiche Struktur in gegossenem Zustand auf der Basis eines binären Eisencarbids erhalten wird.
Im Falle von geschmiedeten hochgekohlten Eisenwalzen werden grosse Mengen von Legierungselementen, wie Chrom, Molybdän, Vanadin und Wolfram, zugefügt, um mit diesen Elementen komplexe Eisencarbide zu bilden und so die Warmverformbarkeit der Walze zu verbessern.
Demgegenüber wird bei einer Gusseisenwalze gemäss der Erfindung, indem die Gehalte an schädlichen Elementen auf extrem kleine Mengen verringert werden, um die Bildung komplexer Carbide zu verhindern, die Warmverformbarkeit des Gussblockes drastisch zu verbessern und der Nachteil des binären Eisencarbids, das die Warmverformbarkeit stark verschlechtert, kompensiert, indem die Grundmasse einen hohen Reinheitsgrad erhält. Dies sind die wesentlichen Unterschiede zwischen dem Erfindungsgegenstand und den beschriebenen hochgekohlten Schmiedeeisenwalzen.
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Wenn in dem Gussblock gemäss der Erfindung grosse Mengen von schädlichen Elementen, wie Phos- phor, Schwefel, Kupfer, Zinn, Arsen, Blei, Antimon, Wismuth und Zink, enthalten sind, bilden sich chemische Verbindungen, wie Sulfide und Nitride, und Komplexverbindungen dieser Ausscheidungen längs der Kristallgrenzflächen als Verunreinigungen, die der Verformbarkeit bei hoher Temperatur ab- träglich sind. Es ist daher für den erfindungsgemässen Zweck notwendig, dass die Gesamtmenge dieser
Verunreinigungen unter 0, 20tao, insbesondere 0, 15le, gehalten wird.
Weiters ist, wenn die schädlichen
Elemente unabhängig von den andern vorhande. n sind, der zulässige Höchstgehalt für Phosphor 0, 030go, für Schwefel unter 0, 015%, insbesondere unter 0, 0100/0 anzustreben.
Wenn der Phosphorgehalt 0, 030% übersteigt, nimmt die Duktilität der Walze ab, und wenn der Schwefelgehalt erhöht wird, wird nicht nur die Warmverformbarkeit des erfindungsgemässen Gussblockes nachteilig beeinflusst, sondern auch die
Widerstandsfähigkeit der Walze gegen Wärmerissbildung wird merklich verschlechtert. Überdies ist zur
Vermeidung eines schlechten Einflusses auf die Warmbearbeitbarkeit des Gussblockes, die Widerstands- fähigkeit gegen Rissbildung und die Zähigkeit ein Arsengehalt unter 0, 03% erwünscht. Wenn der Ge- samtgehalt an Kupfer und Zinn 0, 10% übersteigt, wird die Warmverformbarkeit besonders nachteilig beeinflusst.
Der erste Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von Gusseisenwalzen besteht darin, das beschriebene Gusseisen besonderer chemischer Zusammensetzung zum Gussblock zu vergiessen und der zweite Schritt ist die Gewinnung des geschmiedeten Formstückes aus Gusseisen durch Warmformgebung auf Grund eines Schmiedens, gegebenenfalls nach Dispersionsglühen und einer Homogensierungsbehandlung. Der dritte Schritt besteht in der Wärmebehandlung dieses gegossenen und warmverformten Formstückes, um ihm die für das jeweilige Anwendungsgebiet erforderlichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften zu verleihen, und in der Verarbeitung zur Walze.
Gewöhnliche Gusseisenwalzen werden in Metall- oder in Sandformen - je nach den jeweiligen Walzenformen-gegossen. Gemäss der Erfindung kann jedoch ungeachtet der Gestalt und der Grösse der Walze bzw. der Walzenschale ein Gussblock von einfacher, wie zylindrischer, vieleckiger, säulenförmiger Form bzw. Hohlform hergestellt werden. Darüberhinaus kann jedes gewöhnliche Kokillen-Gussverfahren, Sand-Gussverfahren und Schleudergussverfahren angewendet werden. Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass aus einem Gussblock eine oder mehrere Walzen oder Walzenschalen hergestellt werden können.
In andern Worten besteht das wesentliche der. Erfindung darin, dass sie den herkömmlichen Begriff der Herstellung von Gusseisenwalzen von Grund auf verändert.
Die Erhitzungstemperatur und die Warmverformungstemperatur des zweiten Schrittes des erfin- dungsgemässen Verfahrens soll 11250 C nicht überschreiten. Erfindungsgemäss wird die Warmverformung zweckmässig durch Pressschmieden durchgeführt. Nach Erwärmen auf 500 C unterhalb der Soliduslinie des erfindungsgemässen Gussblockes erfolgt zweckmässig die Warmformgebung im Temperaturbereich von 1125 bis 9000 C. Der erfindungsgemässe Gussblock hat zwei oder drei nebeneinander bestehende Phasen, bestehend aus Austenit und eutektischem Zementit oder Austenit, eutektischem Zementit und einer sehr kleinen Menge Graphit, doch ist die plastische Verformung auf Grund der geringen Gehalte an schädlichen Elementen, wie vorher beschrieben, einfach.
Zementit, der im allgemeinen für hart und spröde gilt und im gegossenen Zustand als Netzwerk vorliegt, kann, da die Geschmeidigkeit (Formbarkeit) der Grundmasse gross ist, gleichmässig in der Grundmasse dispergiert werden, wobei er durch den Warmbearbeitungsprozess leicht zu kleinen Körnchen zerbrochen wird. Weiters nimmt, da der Zementit in faserartiger Struktur in Richtung des Walzenkerns angeordnet ist, die Elastizität der Walze als Ganzes zu. Da der Kernteil der Walze mit einem grösseren Verformungsgrad verformt wird als der Ballenteil der Walze, wird auch die Festigkeit erhöht.
Insbesondere wurde bei Kaliberwalzen, indem der Kaliberteil nicht nur warmverformt wird, sondern auch mit faserartiger Struktur mit gleichmässiger Härteverteilung ausgebildet werden kann, der unvermeidliche Mangel üblicher Gusseisenwalzen, bei denen die Härteverteilung im Kaliberteil unregelmässig war, beseitigt. Ferner können bei Durchführung des Warmverformungsverfahrens gemäss der Erfindung die Gestalt und Anordnung des Zementits in einfacher Weise geregelt werden, was bei den üblichen Gusseisenwalzen eine äusserst schwierige Angelegenheit war.
Da Zementitkörnchen erhalten werden können, können unter Ausnutzung von deren Härte die Zähigkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerissbildung und die Verschleissfestigkeit der Walze vergrössert werden. Dass ferner jene verschiedenen Mängel, die im gegossenen Zustand vorliegen, wie Seigerung u. dgl., durch Warmverformung leicht in einen unschädlichen Zustand übergeführt werden können, ist ebenfalls ein Verdienst der Erfindung.
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Der dritte Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Wärmebehandlung des geschmiedeten Formstückes aus Gusseisen und die Bearbeitung. In dieser Stufe werden der Walze die für den jeweiligen Verwendungszweck erforderlichen mechanischen Eigenschaften verliehen. Das Gusseisenformstück wird in einem Ofen oder in Sand langsam gekühlt, um Risse, die auf Beanspruchungen beim Warmverformen des Gussblockes zurückzuführen sind, zu vermeiden. Der geschmiedete Körper wird geglüht, indem der Temperaturbereich von 750 bis 8500 C eingehalten wird, was oberhalb des Aci-Umwandlungspunk- tes liegt und nach Erweichung des Materials bearbeitet. Auf diese Weise wird der Gussblock bis annähernd zur Walzengestalt bzw. Schalengestalt geformt.
In dem obigen Wärmebehandlungsverfahren wird manchmal das Gusseisenformstück unter Auslassung des langsamen Abkühlungsprozesses nach erfolgter Warmverformung direkt im Temperaturbereich von 750 bis 8500 C geglüht. Die mikroskopische Struktur des Gusseisenformstückes nach dem Glühen zeigt eine kleine Menge feiner Graphitkörnchen und feinverteilten eutektischen Zementit in der Ferritgrundmasse. Da das Material weich ist, muss eine weitere Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die für das Walzenmaterial erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erhalten.
Hiezu wird das Gusseisenformstück, nachdem es im Temperaturbereich von 850 bis 9500 C gehalten worden ist, an der Luft gekühlt, wobei der Austenit in der Grundmasse in Martensit umgewandelt wird ; dann wird im Temperaturbereich von 400 bis 7000 C, je nach der chemischen Zusammensetzung und der Gestalt des Gusseisenformstückes sowie der erforderlichen Oberflächenhärte, angelassen. Durch dieses Anlassen wird die Grundmasse in Sorbit oder sorbitischen Perlit übergeführt und der Walze Duktilität verliehen.
Die bei dem obigen Vergütungs- und Normalglühverfahren auftretenden Verformung-un Wärmespannungen können durch das Anlassen grösstenteils abgebaut werden. Um jedoch die restliche Spannung vollkommen zu beseitigen, wird ein Dressierarbeitsgang bei niedriger Temperatur im Bereich von 150 bis 2500 C durchgeführt. Dann wird das Formstück fein bearbeitet und die Gusseisenwalze bzw. -schale ist fertig. Die genannten Wärmebehandlungsmassnahmen beruhen auf umfangreichen Versuchsergebnissen. Die mikroskopische Struktur der erhaltenen Gusseisenwalze zeigt Zementitkörnchen in einer Sorbitgrundmasse mit hoher Duktilität verteilt oder in einer Grundmasse aus sorbitischem Perlit und in einigen Fällen sind feine Partikel von freiem Graphit in der Grundmasse enthalten. Diese Struktur wurde bei den üblichen Gusseisenwalzen noch nie beobachtet.
Die beschriebenen Verfahrensschritte (erster, zweiter und dritter Verfahrensschritt) stehen mit der besonderen chemischen Zusammensetzung des Gusseisens in engem Zusammenhang und sind für die Herstellung der erfindungsgemässen Gusseisenwalze notwendig. Der zweite Schritt wird daher nur wirksam, wenn er im Verhältnis zu der ersten Massnahme abgestimmt ist, und der dritte Schritt im Verhältnis zum zweiten Schritt. Die Kombination von Massnahmen sollte je nach der Gestalt und dem Ver-
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walze gemäss der Erfindung und den mechanischen Eigenschaften ; der Gesamtgehalt an schädlichen Elementen ist auf der Abszisse aufgetragen und in der Ordinate bedeutet a) die Härte, b) die Zugfestigkeit und c) die Dehnung.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Gesamtgehalt an schädlichen Elementen und der Länge der gebildeten Wärmerisse ; auf der Abszisse ist die Gesamtmenge an schädlichen Elementen aufgetragen und auf der Ordinate die Länge der gebildeten Wärmerisse.
Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Gesamtmenge der schädlichen Elemente und dem Verschleissgrad der Gusseisenwalze : auf der Abszisse ist der Gesamtgehalt an schädlichen Elementen gezeigt und auf der Ordinate ist der Verschleissgrad aufgetragen.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Gesamtgehalt an schädlichen Elementen und der Warmverformbarkeit der Gusseisenwalze ; auf der Abszisse ist die Temperatur in jedem der Versuche a), b), c) und d) der Versuchsreihe aufgetragen, und die Ordinate gibt das Mass der Verformbarkeit, ausgedrückt durch die Anzahl der Verdrehungen vor dem Bruch, an. Die den Kurven in der Figur beigeordneten Ziffern stellen die Nummern der Probestücke gemäss Tabelle 1 dar. In der Figur bezieht sich a) auf einen Fall mit einem Phosphorgehalt, b) mit einem Schwefelgehalt, c) mit einem Arsengehalt, d) mit einem Kupfer- und Zinngehalt.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen Gehalten an Legierungselementen und der Warmverformbar- keit : auf der Abszisse ist die Temperatur des Versuches für die in der Figur gezeigten Fälle a), b), c), d) und e) aufgetragen, und die Ordinate gibt die Warmverformbarkeit, ausgedrückt durch die Anzahl von Verdrehungen, wieder. Die den Kurven zugeordneten Ziffern bedeuten die Nummern der Probe-
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stücke gemäss Tabelle 3. In der Figur zeigt a) das Versuchsergebnis bei einem Gehalt an Mangan, b) bei einem Chromgehalt, c) bei einem Molybdängehalt, d) bei einem Vanadin- und e) bei Wolframgehalt.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt der erfindungsgemäss hergestellten Gusseisenwalze und den mechanischen Eigenschaften ; die Abszisse drückt den in jedem Fall vorhandenen Kohlenstoffgehalt aus und auf der Ordinate sind a) die Härte, b) die Zugfestigkeit und c) die Dehnung aufgetragen.
Im folgenden werden verschiedene Versuche beschrieben, die durchgeführt wurden, um die chemische Zusammensetzung und die Bedingungen für die Wärmebehandlung der erfindungsgemässen Gusseisenwalze zu bestimmen.
Versuchsbeispiel 1 : Dieser Versuch wurde durchgeführt, um die Beziehung zwischen dem Gesamtgehalt an schädlichen Elementen und den mechanischen und physikalischen Eigenschaften festzustellen.
In den Fig. 1, 2 und 3 sind die Ergebnisse von vielen Versuchen gezeigt, die alle unter den nachstehenden, gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, um die Beziehungen zwischen der Gesamtmenge von neun schädlichen Elementen, nämlich Phosphor, Schwefel, Kupfer, Zinn, Arsen, Blei, Antimon, Wismuth und Zink, und den mechanischen sowie physikalischen Eigenschaften festzustellen. Als chemi-
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3 gezeigt.
Das Probematerial von je 100 kg wurde in einem Hochfrequenzofen erschmolzen und durch Vergiessen, Schmieden und Wärmebehandlung nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt. Der Schmiedegrad betrug 4, 1 S. (Dies entspricht der durch"]IS"definierten Schreibweise, wobei"S"ein Schmieden im festen Zustand bedeutet und die Ziffer das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche A des Gusskörpers vor dem Schmieden und der Querschnittsfläche A/a nach dem Schmieden angibt.)
Das Versuchsmaterial wurde, nachdem es 40 min bei 9000 C gehalten wurde, nach langsamem Abkühlen des geschmiedeten Formstückes an der Luft gekühlt und dann nach 60 min auf 6300 C an der Luft gekühlt.
Fig. 1 zeigt die Beziehungen zwischen den Gehalten an schädlichen Elementen und den mechanischen Eigenschaften, wie a) Härte (BHN), b) Zugfestigkeit (kg/mm2) und c) Dehnung (0/0) ; Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen den Gehalten an schädlichen Elementen und den Längen der gebildeten Wärmerisse : Fig. 3 zeigt die Beziehungen zwischen den Gehalten an schädlichen Elementen und den Verschleissgraden in den Verschleissversuchen.
Wie aus diesen Figuren entnommen werden kann, werden die mechanischen Eigenschaften und die Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerissbildung des geschmiedeten Formstückes aus Gusseisen sehr schlecht, wenn der Gesamtgehalt an schädlichen Elementen 0, 15%, insbesondere 0, 20go, übersteigt.
Als notwendige Bedingung zur Erzielung von überlegenen Eigenschaften bei der erfindungsgemässen Gusseisenwalze zeigte sich also, dass der Gesamtgehalt der oben genannten schädlichen Elemente unter 0, 20% und insbesondere unter 0, 15% zu halten ist.
Versuchsbeispiel 2 : Dieser Versuch wurde durchgeführt, um die Beziehung zwischen den Gehalten an schädlichen Elementen und der Warmverformbarkeit festzustellen. Insbesondere wollte man bei diesem Versuch über die Beziehung zwischen der Warmverformbarkeit und der Menge jedes einzelnen der Elemente Phosphor, Schwefel, Arsen, Kupfer und Zinn, die die in Gusseisenwalzen am häufigsten aufscheinenden schädlichen Elemente darstellen, Auskunft erhalten. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt.
In der Figur zeigt a) den Fall eines Phosphorgehaltes als Variable, b) einen Schwefelgehalt, c) einen Arsengehalt, d) die Gesamtmenge an Kupfer und Zinn. Die Figur zeigt ferner die Temperaturvariation der Warmverformbarkeit für jeden Fall. Die chemischen Zusammensetzungen bei diesen Versuchsproben sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Tabelle 1
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<tb>
<tb> Chemische <SEP> Zusammensetzung <SEP> (
<tb> Probe <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> P <SEP> S <SEP> Cu <SEP> Sn <SEP> As <SEP> Pb, <SEP> Sb,
<tb> Nr.
<SEP> Bi, <SEP> Zn
<tb> 1 <SEP> 3,15 <SEP> 0,63 <SEP> 0,82 <SEP> 1,12, <SEP> 0,36 <SEP> 0,009 <SEP> 0,008 <SEP> 0,018 <SEP> 0,009 <SEP> 0,008 <SEP> Spuren
<tb> 2 <SEP> 3, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 58 <SEP> 0,81 <SEP> 1, <SEP> 18 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> 0, <SEP> 023 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> 0, <SEP> 017 <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> Spuren
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP> 1, <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 0, <SEP> 035 <SEP> 0, <SEP> 011 <SEP> 0, <SEP> 018 <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP> Spuren
<tb> 4 <SEP> 3, <SEP> 19 <SEP> 0, <SEP> 72 <SEP> 0, <SEP> 77 <SEP> 1, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 0, <SEP> 052 <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP> 0, <SEP> 021 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP> Spuren
<tb> 5 <SEP> , <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 65 <SEP> 0, <SEP> 78 <SEP> 1, <SEP> 07 <SEP> 0, <SEP> 39 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> 0,
<SEP> 013 <SEP> 0, <SEP> 020 <SEP> 0. <SEP> 011 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> Spuren
<tb> 6 <SEP> 3, <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 58 <SEP> 0, <SEP> 71 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 37 <SEP> 0, <SEP> 012 <SEP> 0, <SEP> 038 <SEP> 0, <SEP> 022 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP> Spuren
<tb> 7 <SEP> 3,05 <SEP> 0,62 <SEP> 0,79 <SEP> 1,19 <SEP> 0,42 <SEP> 0,011 <SEP> 0,008 <SEP> 0,021 <SEP> 0,011 <SEP> 0,016 <SEP> Spuren
<tb> 8 <SEP> 3,17 <SEP> 0,65 <SEP> 0,73 <SEP> 1,10 <SEP> 0,39 <SEP> 0,011 <SEP> 0,009 <SEP> 0,019 <SEP> 0,010 <SEP> 0,038 <SEP> Spuren
<tb> 9 <SEP> 3, <SEP> 16 <SEP> 0, <SEP> 59 <SEP> 0, <SEP> 74 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP> 0, <SEP> 012 <SEP> 0, <SEP> 065 <SEP> 0, <SEP> 023 <SEP> 0, <SEP> 011 <SEP> Spuren
<tb> 10 <SEP> 3, <SEP> 21 <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP> 1, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 33 <SEP> 0, <SEP> 013 <SEP> 0,
<SEP> 011 <SEP> 0, <SEP> 118 <SEP> 0, <SEP> 065 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> Spuren
<tb>
Die Gehalte an Blei, Antimon, Wismuth und Zink sind als Spuren angegeben. Dies bedeutet, dass diese Gehalte durch gewöhnliche chemische Analyse nicht festgestellt werden können. Im allgemeinen können so kleine Gehalte als Spuren angesehen werden. Die Warmverformbarkeit bei diesem Versuch ist durch die Anzahl an Verdrehungen vor dem Bruch, die sich bei einem Verwindungsversuch bei hoher Temperatur ergeben, ausgedrückt.
Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, übt ein Phosphorgehalt keinen ausgeprägten Einfluss auf die Warmverformbarkeit aus, doch zeigen Schwefel, Arsen und der Gesamtgehalt an Kupfer und Zinn mit steigender Menge einen deutlichen, schädlichen Einfluss auf die Warmverformbarkeit. Des weiteren wurde die Wirkung von Phosphor auf die mechanischen Eigenschaften des Gusskörpers untersucht.
Die Wärmebehandlung nach Versuchsbeispiel 1 wurde an den obigen Versuchsproben ?. 1 bis Nr. 4 durchgefuhrt. Die Resultate sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Mechanische <SEP> Eigenschaften
<tb> Probe <SEP> Nr. <SEP> Härte <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung
<tb> (BHN) <SEP> (kg/mm) <SEP> (le
<tb> 1 <SEP> 331 <SEP> 72, <SEP> 1 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 331 <SEP> 71, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 352 <SEP> 73, <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 363 <SEP> 75, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, werden die mechanischen Eigenschaften mit zunehmendem Phosphorgehalt schlechter.
Versuchsbeispiel 3 : Dieser Versuch wurde durchgeführt, um die Beziehungen zwischen den mechanischen Eigenschaften sowie der Warmverformbarkeit und den Gehalten an Legierungselementen, wie Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadin und Wolfram, festzustellen.
Die Vorbereitung des Versuchsmaterials war ähnlich wie bei Versuchsbeispiel l und die chemischen Zusammensetzungen der Versuchsproben sind in Tabelle 3 gezeigt.
<Desc/Clms Page number 8>
Tabelle 3
EMI8.1
<tb>
<tb> Chemische <SEP> Zusammensetzung <SEP> (0/0) <SEP>
<tb> Probe <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> V <SEP> W
<tb> Nr.
<tb>
1 <SEP> 3, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> 0, <SEP> 82 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 0, <SEP> 36 <SEP> 0, <SEP> 007- <SEP>
<tb> 2 <SEP> 3, <SEP> 21 <SEP> 0, <SEP> 68 <SEP> 1, <SEP> 25 <SEP> 1, <SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 42 <SEP> 0, <SEP> 008- <SEP>
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 18 <SEP> 0, <SEP> 72 <SEP> 0, <SEP> 73 <SEP> 2, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> - <SEP>
<tb> 4 <SEP> 3, <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 58 <SEP> 0, <SEP> 78 <SEP> 1, <SEP> 20 <SEP> 1, <SEP> 58 <SEP> 0, <SEP> 009- <SEP>
<tb> 5 <SEP> 3, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 69 <SEP> 0, <SEP> 84 <SEP> 1, <SEP> 09 <SEP> 1, <SEP> 88 <SEP> 0, <SEP> 007- <SEP>
<tb> 6 <SEP> 3,31 <SEP> 0,56 <SEP> 0,82 <SEP> 1,18 <SEP> 0,38 <SEP> 0,48
<tb> 7 <SEP> 3, <SEP> 09 <SEP> 0, <SEP> 68 <SEP> 0,88 <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 0, <SEP> 97 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 3, <SEP> 19 <SEP> 0, <SEP> 59 <SEP> 0, <SEP> 80 <SEP> 1,
<SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> 0, <SEP> 58 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 3, <SEP> 07 <SEP> 0, <SEP> 68 <SEP> 0, <SEP> 91 <SEP> 1, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP>
<tb>
Die Beziehungen zwischen den mechanischen Eigenschaften und den Mengen der Legierungselemente sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
EMI8.2
<tb>
<tb> Mechanische <SEP> Eigenschaften
<tb> Probe <SEP> Nr. <SEP> Härte <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung
<tb> (BHN) <SEP> (kg/mm <SEP> ) <SEP> (%) <SEP>
<tb> 1 <SEP> 331 <SEP> 72, <SEP> 1 <SEP> 3,8
<tb> 2 <SEP> 363 <SEP> 75, <SEP> 3 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 429 <SEP> 81, <SEP> 6 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 429 <SEP> 83, <SEP> 6 <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 444 <SEP> 87, <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 401 <SEP> 80, <SEP> 3 <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 7 <SEP> 429 <SEP> 83, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 444 <SEP> 85, <SEP> 4 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 461 <SEP> 88, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
EMI8.3
EMI8.4
<tb>
<tb> 5C <SEP> 3,02 <SEP> S <SEP> 0, <SEP> 007 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0,56 <SEP> Cu <SEP> 0,012
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 57 <SEP> As <SEP> 0,
<SEP> 008 <SEP>
<tb> Cr <SEP> 1, <SEP> 10 <SEP> Sn <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP>
<tb> Mo <SEP> 0, <SEP> 39 <SEP> Pb <SEP> Sp
<tb> V <SEP> 0, <SEP> 007 <SEP> Bi <SEP> Sp
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> Zn <SEP> Sp
<tb> Sb <SEP> Sp
<tb>
<Desc/Clms Page number 9>
2. Grösse des Probestückes :
Durchmesser 25 mm, Länge 200 mm, Schmiedegrad 3, 6 S.
3. Mechanische Eigenschaften und mikroskopische Struktur nach der Wärmebehandlung :
EMI9.1
<tb>
<tb> Zugfestig-Dehnung <SEP> Härte <SEP> Mikrokeit <SEP> (0/0) <SEP> (EHN) <SEP> skopische
<tb> (kg/mnr) <SEP> Struktur
<tb> a) <SEP> Geglüht <SEP> bei <SEP> 9500 <SEP> C <SEP> eutektischer <SEP> Zementit,
<tb> während <SEP> 10 <SEP> h <SEP> 58,0 <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP> 302 <SEP> Ferrit, <SEP> ultrafeiner <SEP> Graphit <SEP>
<tb> b) <SEP> luftgekühlt <SEP> nach <SEP> eutektischer
<tb> 40 <SEP> min <SEP> Erhitzen <SEP> Zementit
<tb> bei <SEP> 9000 <SEP> C <SEP> 75, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 6 <SEP> 401
<tb> luftgekühlt <SEP> nach <SEP> sorbitischer
<tb> 60 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 6300 <SEP> C <SEP> Perlit
<tb> luftgekühlt <SEP> nach <SEP> ultrafeiner
<tb> 60 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 1800 <SEP> C <SEP> Graphit
<tb> e)
<SEP> ölgekühlt <SEP> nach <SEP> eutektischer
<tb> 40 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 8500 <SEP> C <SEP> Zementit
<tb> luftgekühlt <SEP> nach <SEP> ultrafeiner
<tb> 60 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 630 <SEP> C <SEP> 91, <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 444 <SEP> Graphit
<tb> luftgekühlt <SEP> nach <SEP> feiner <SEP> Sorbit
<tb> 60 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 1800 <SEP> C
<tb>
Wie aus dem obigen ersichtlich, kann die Härte der Gusseisenwalze gemäss der Erfindung durch die Wärmebehandlung innerhalb eines gewissen Bereiches beliebig geregelt werden.
Versuchsbeispiel 5 : Um Aufschluss über die Beziehungen zwischen den Kohlenstoffgehalten der nach dem erfindungsgemässen Verfahren tatsächlich hergestellten Walzen nach den Wärmebehandlungen durch Glühen, Normalisieren und Anlassen und den mechanischen Eigenschaften, wie Härte, Zugfestigkeit und Dehnung, zu erhalten, wurde die Härte (ausgedrückt in BHN), Zugfestigkeit (kg/mm1 und Dehnung (0/0) bei variierenden Kohlenstoffgehalten und Wärmebehandlungsbedingungen gemessen. Die Resultate sind in Fig. 6 gezeigt. Wie die Ergebnisse zeigen, ist die Gusseisenwalze gemäss der Erfindung viel zäher als jede auf dem Markt befindliche Walze.
Bei den Gusseisenwalzen wirken in vielen Fällen wiederholte Biegebeanspruchungen und Torsionsbeanspruchungen bei hohen Arbeitstemperaturen auf die Walze ein. Bei Warmwalzen ergeben sich auf Grund des oftmaligen Erwärmens und Abkühlens Temperaturwechselbeanspruchungen, weshalb sich als eine Art von Ermüdungsbruch feine Risse bilden. Während des Walzens wird die Walze auf Grund der Reibung zwischen der Walzenoberfläche und dem Walzgut allmählich abgenutzt. Es ist daher erwünscht, dass die Walze Widerstandsfähigkeit gegen Druck, Stoss und die beim Walzen vorliegende Temperatur und Verschleiss besitzt. Bei den verschiedenen üblichen Gusseisenwalzen ist es schwierig, alle diese Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Gusseisenwalze hat nahezu die gleiche chemische Zusammensetzung wie die allgemein üblichen Gusseisenwalzen, besitzt jedoch eine grosse Zähigkeit, die mit der einer Stahlgusswalze vergleichbar ist. Ferner besitzt sie eine überlegene Verschleissfestigkeit, die bei den Stahlgusswalzen nicht erreichbar ist, und ihre Rissfestigkeit ist äusserst gross.
Wenn daher diese Walze unter besonders schweren Bedingungen verwendet wird, beispielsweise solchen, wo sonst der Einsatz von Stahlgusswalzen unter Inkaufnahme der geringeren Verschleissfestigkeit wegen der hohen Zähigkeit erforderlich wäre, wo trotz Einsatz einer duktilen Walze und einer Adamitwalze die Festigkeit nicht ausreicht oder wo auf Grund der tiefen und komplizierten Gestalt des Kalibers leicht ein Bruch der Walze oder ein Bruch des Kaliberteiles auftreten könnte, zeigt die erfindungsgemässe Walze wegen ihrer hervorragenden Eigenschaften noch eine ausserordentlich lange Lebensdauer.
Im folgenden werden verschiedene Beispiele von Ergebnissen, die beim praktischen Gebrauch der
<Desc/Clms Page number 10>
erfindungsgemässen Gusseisenwalze erzielt wurden und Methoden zu deren Herstellung beschrieben :
Beispiel1 :DasgeschmolzeneMetall,dasineinemelektrischenStahlerzeugeungsofenvomTyp Héroult gefrischt wurde, wurde in eine oktagonale 11 t-Kokille vergossen. Der Block wurde durch Schmieden mit einer Presse bei einer Arbeitstemperatur von 1110 bis 9300 C zu einer Trio-Vorwalze für ein Profilstahlgerüst (Ballendurchmesser 680 mm, Ballenlänge 1800 mm, Gesamtlänge 2700 mm, Gewicht 6590 kg) geformt.
Dieser Gussblock hatte ein Gefüge ähnlich weissem Gusseisen mit einem grossen Gehalt an ausgeschiedenem eutektischem Zementit und besass die folgende chemische Zusammensetzung duo):
EMI10.1
<tb>
<tb> C <SEP> 2, <SEP> 07 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 59 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 009
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> Cr <SEP> 1, <SEP> 03 <SEP>
<tb> Mo <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0,019
<tb> V <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP>
<tb> As <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> Sn <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP>
<tb> Pb <SEP> Spuren
<tb> Zn <SEP> Spuren
<tb> Sb <SEP> Spuren
<tb> Bi <SEP> Spuren
<tb>
Der Gesamtgehalt an schädlichen Elementen, mit Ausnahme von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadin, betrug 0,
053je. Dies entspricht in ausreichendem Mass dem vorgeschriebenen oberen Grenzwert von 0, 200/0, insbesondere zo für die Menge an schädlichen Elementen in der erfindungsgemässen Gusseisenwalze. Der Schmiedegrad der Walze, die aus diesem Gusseisenkörper hoher Reinheit hergestellt wurde, beträgt im Ballenteil 2, 6 S.
Nach Warmformgebung, Glühen bei 8000 C und grober Bearbeitung wurde das Eisenformstück 10 h bei 9000 C gehalten und normalisiert und darauf 15 h bei 6500 C und 15 h bei 2000 C gehalten, wobei das geschmiedete Formstück die folgenden mechanischen Eigenschaften zeigte :
EMI10.2
<tb>
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/mm1 <SEP> 57, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/mm) <SEP> 91, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Dehnung <SEP> (0/0) <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Einschnürung <SEP> (0/0) <SEP> 8, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Kerbschlagzähigkeit
<tb> (Charpy-Probe)-(kg <SEP> m/cm2) <SEP> 0,8
<tb> Härte <SEP> (BHN) <SEP> 298
<tb>
Bei Verwendung dieser Walze als Vorwalze für ein 180/90-U-Stahl-Walzwerk wurde eine Gesamtwalztonnage von 51237 t erzielt.
Dieser Wert ist 2, 6 mal grösser als das Ergebnis, das man bei einer üblichen Sonderstahlgusswalze (C :1,03% Cr:1,0% Mo: 0, 3 erhält.
Beispiel 2 : Das in einem Heroult-Elektroofen gefrischte, schmelzflüssige Metall wurde in einer oktagonalen 5 t-Metallkokille vergossen und der Gussblock wurde in einer Presse bei einer Arbeitstemperatur von 1080 bis 9800 C zu einer Triomittelwalze für Handelsstahl geschmiedet (Ballendurchmesser 330 mm, Ballenlänge 1000 mm, Gesamtlänge 1570 mm, Gewicht 820 kg).
Dieser Gussblock hatte ein Gefüge ähnlich weissem Gusseisen, mit einem hohen Gehalt an ausgeschiedenem eutektischem Zementit, und besass die folgende chemische Zusammensetzung (0/0) :
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
<tb>
<tb> C <SEP> 2,48 <SEP> V <SEP> 0,006
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 50 <SEP> As <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 58 <SEP> Sn <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> Pb <SEP> Spuren
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 007 <SEP> Zn <SEP> Spuren
<tb> Cr <SEP> 1, <SEP> 08 <SEP> Sb <SEP> Spuren
<tb> Mo <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP> Bi <SEP> Spuren
<tb> Cu <SEP> 0,019
<tb>
Die Gesamtmenge der schädlichen Elemente, mit Ausnahme von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadin, betrug 0, 0500/0, was genügend unterhalb des oberen Grenzwertes von 0, 20%,
insbesondere unterhalb von 0, 150/0, für den Gehalt an schädlichen Elementen der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Gusseisenwalze liegt. Der Schmiedegrad im Ballenteil der aus diesem Gusseisenblock hoher Reinheit hergestellten Walze beträgt 4, 3 S.
Nach Warmformgebung, Glühen bei 8000 C und grober Bearbeitung wurde eine Normalglühung durchgeführt, nachdem die Walze 3 h bei 9000 C gehalten wurde, und dann wurde sie bei 6300 C 8 h und anschliessend 5 h bei 1800 C gehalten ; die erzielten mechanischen Eigenschaften waren wie folgt :
EMI11.2
<tb>
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/mm2) <SEP> 53, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/mm2) <SEP> 80, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Dehnung <SEP> (solo) <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Einschnürung <SEP> do) <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Kerbschlagzähigkeit
<tb> (kg.m/cm2) <SEP> 0,5
<tb> Härte <SEP> (BHN) <SEP> 331
<tb>
EMI11.3
eisenwalze erzielt werden kann.
Beispiel 3 : Das in einem Heroult-Elektroofen gefrischte, schmelzflüssige Metall wurde in einer halbgekühlten Kokille, die einen verlorenen Kopf mit einer besonderen Kegelgestalt besass, vergossen und in einer Presse zu einer Fertigwalze für ein Profilstahlgerüst geschmiedet (Ballendurchmesser 340 mm, Ballenlänge 1000 mm, Gesamtlänge 1570 mm, Gewicht 1040 kg), wobei die Arbeitstemperatur 1100 bis 9500 C betrug.
Dieser Gussblock hatte ein Gefüge ähnlich weissem Gusseisen mit einem hohen Gehalt an ausgeschiedenem eutektischem Zementit und besass die folgende chemische Zusammensetzung (%) :
EMI11.4
<tb>
<tb> C <SEP> 3, <SEP> 48 <SEP> V <SEP> 0, <SEP> 007
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 59 <SEP> As <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> Sn <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> Pb <SEP> Spuren
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 007 <SEP> Zn <SEP> Spuren
<tb> Cr <SEP> 1, <SEP> 11 <SEP> Sb <SEP> Spuren
<tb> Mo <SEP> 0, <SEP> 31 <SEP> Bi <SEP> Spuren
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 018 <SEP>
<tb>
Der Gesamtgehalt an schädlichen Elementen, mit Ausnahme von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadin, betrug zo was ausreichend unterhalb des oberen Grenzwertes von 0, 200/0,
insbesondere 0.15% an schädlichen Elementen in der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Gusseisenwalze liegt.
Der Schmiedegrad am Ballenteil der aus diesem Walzenmaterial hoher Reinheit, wie oben beschrieben, hergestellten Walze beträgt 3, 5 S.
<Desc/Clms Page number 12>
Nach Warmformgebung, Glühen bei 8000 C und grober Bearbeitung wurde eine Normalisierungsbehandlung durchgeführt, indem die Walze 5 h bei 900 C gehalten, 10 h bei 6300 C angelassen und 8 h bei 200 C geglüht wurde, wobei die erzielten mechanischen Eigenschaften wie folgt waren :
EMI12.1
<tb>
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/mm2) <SEP> 50,3
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/mm2) <SEP> 77, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Dehnung <SEP> (lu) <SEP> 2,5 <SEP>
<tb> Einschnürung <SEP> (0/0) <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP>
<tb> Kerbschlagzähigkeit
<tb> (kg.m/cm2) <SEP> 0, <SEP> 7
<tb> Härte <SEP> (BHN) <SEP> 379
<tb>
Bei Verwendung dieser Walze als Fertigwarmwalze für gleichschenkeligen Winkelstahl mit runder Kante (65/65) betrug die Gesamtwalztonnage 27850 t.
Verglichen mit der üblichen legierten Kornge-
EMI12.2
det, wobei die Arbeitstemperatur 1050 bis 9800 C betrug, um eine Fertigwalze für ein Profilstahlgerüst herzustellen (Ballendurchmesser 327 mm, Ballenlänge 1000 mm, Gesamtlänge 1590 mm, Gewicht 760 kg).
Dieser Gussblock hatte ein Gefüge ähnlich weissem Gusseisen, mit einer grossen Menge von ausge-
EMI12.3
EMI12.4
<tb>
<tb> :C <SEP> 3, <SEP> 53 <SEP> W <SEP> 0, <SEP> 32 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 62 <SEP> Cu <SEP> 0, <SEP> 020 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 56 <SEP> As <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> Sn <SEP> 0, <SEP> 009
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP> Pb <SEP> Spuren
<tb> Cr <SEP> 0, <SEP> 98 <SEP> Zn <SEP> Spuren
<tb> Mo <SEP> 0, <SEP> 61 <SEP> Sb <SEP> Spuren
<tb> V <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP> Bi <SEP> Spuren
<tb>
Der Gesamtgehalt an schädlichen Elementen, mit Ausnahme von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän, Vandin und Wolfram, betrug 0, 050U/o, was ausreichend unterhalb der Obergrenze von 0, 20%, insbesondere 0, 15qu,
für den Gehalt an schädlichen Elementen in der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Gusseisenwalze liegt.
Der Schmiedegrad am Ballenteil der aus diesem Walzenmaterial grosser Reinheit, wie oben, hergestellten Walze betrug 2,9 S.
Nach Warmformgebung, Glühen bei 8000 C und grober Bearbeitung wurde eine Normalisierungsbehandlung durchgeführt, indem die Walze 5 h bei 9000 C gehalten wurde und die nach 8stündigem Anlassen bei 6500 C und 5stündigem Glühen bei 180 C vorliegenden mechanischen Eigenschaften waren die folgenden :
EMI12.5
<tb>
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/mm) <SEP> 50,2
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/mm2) <SEP> 79,5
<tb> Dehnung <SEP> (lo) <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Einschnürung <SEP> (%) <SEP> 3,5
<tb> Kerbschlagzähigkeit
<tb> (kg <SEP> ; <SEP> m/cm <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP>
<tb> Härte <SEP> (BHN) <SEP> 352
<tb>
<Desc/Clms Page number 13>
Bei Verwendung dieser Walze als letzte Fertigwarmwalze für U-Stahl von 65 X 125 betrug die Gesamtwalztonnage 25100 t und zeigte somit eine 4 mal längere Lebensdauer im Vergleich zu der übli-
EMI13.1
2, 84'%), Si : 1, 51'%', Mn :
0, 67%, P : 0, 12%, S : 0, 008%, Ni :1,37% Cr: 0, 80%, Mo : 0, 78%).
Beispiel 5 : Das in einem Héroult-Elektroofen gefrischte, schmelzflüssige Metall wurde zu einem Gussblock für eine zylindrische Schale von 5 t vergossen, und dieser wurde heiss geschmiedet, ausgehöhlt und auf dem Lochdorn geschmiedet, um eine zylindrische Schale zu erzeugen (Aussendurchmesser 630 mm, Dicke 120 mm, Länge 1500 mm), wobei die Arbeitstemperatur 1080 bis 9000 C betrug.
Diese Gusseisenschale hatte ein Gefüge ähnlich weissem Guss- bzw. Roheisen und die folgende chemische Zusammensetzung (ils) :
EMI13.2
<tb>
<tb> C <SEP> 2, <SEP> 45 <SEP> V <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0,65 <SEP> As <SEP> 0,008
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 59 <SEP> Sn <SEP> 0, <SEP> 007
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> Pb <SEP> Spuren
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP> Zn <SEP> Spuren
<tb> Cr <SEP> 1, <SEP> 02 <SEP> Sb <SEP> Spuren
<tb> Mo <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP> Bi <SEP> Spuren
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP>
<tb>
Der Gesamtgehalt an schädlichen Elementen, mit Ausnahme von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadin, betrug zo was unterhalb der erfindungsgemäss vorgeschriebenen Grenze für die schädlichen Elemente liegt.
Nachdem diese Schale bei 8000 C geglüht und roh bearbeitet worden war, wurde eine Normalglühbehandlung durchgeführt, indem sie 6 h bei 9000 C gehalten wurde, und 9 h lang bei 6500 C angelassen. Die mechanischen Eigenschaften der Schale waren nach 5stündigem Glühen bei 1800 C wie folgt :
EMI13.3
<tb>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/mrri) <SEP> 80, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/rmJ) <SEP> 52, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Dehnung <SEP> ('/0) <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Einschnürung <SEP> (elm) <SEP> 3, <SEP> 5
<tb> Kerbschlagzähigkeit
<tb> (kg, <SEP> mJ <SEP> cm <SEP> 0, <SEP> 7 <SEP>
<tb> Härte <SEP> (BHN) <SEP> 321
<tb>
Es wurde eine Verbundgusseisenwalze (Ballendurchmesser 630 mm, Ballenlänge 1500 mm, Gesamtlänge 2400 mm, Gewicht 3980 kg) hergestellt, indem die obige Schale auf einen Schmiedestahlkem,
der entsprechend der Stahlsorte SF60 (JIS, Schmiedestücke aus unlegiertem Stahl) normalgeglüht und angelassen worden ist, aufgeschrumpft wurde.
Bei Verwendung dieser Walze als Duo-Warmmittelwalze für Federstahl von 35 mm Durchmesser wurde eine Gesamtwalztonnage von 59500 t erzielt, was etwa doppelt so hoch ist wie die Tonnage einer üblichen legierten duktilen Walze (C :3,00%, Si:1,36%, Mn:0,68%, Ni:1,59%, Cr:0,85%, Mu: 0,70%).
Beispiel 6 : Das in einem Heroult-Elektroofen gefrischte, schmelzflüssige Metall wurde zu einem Gusskörper für eine 2 t-Schale zentrifugal vergossen und auf einem Lochdorn zur Schalenform geschmiedet (Aussendurchmesser 349 mm, Innendurchmesser 80 mm, Länge 1000 mm), wobei die Arbeitstemperatur 1080 bis 9300 C betrug.
Diese Gusseisenzylinderschale hatte ein Gefüge ähnlich weissem Gusseisen und besass die folgende chemische Zusammensetzung duo):
EMI13.4
<tb>
<tb> C <SEP> 3, <SEP> 05 <SEP> V <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 62 <SEP> As <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP> Sn <SEP> 0, <SEP> 009 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 007 <SEP> Pb <SEP> Spuren
<tb>
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
<tb>
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP> Zn <SEP> Spuren
<tb> Cr <SEP> 1, <SEP> 03 <SEP> Sb <SEP> Spuren
<tb> Mo <SEP> 0, <SEP> 65 <SEP> Bi <SEP> Spuren
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP>
<tb>
Der Gehalt an schädlichen Elementen, mit Ausnahme von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadin betrug 0,
0550/0 und lag somit unterhalb der erfindungsgemäss vorgeschriebenen Grenze für schädliche Elemente.
Nachdem dieses geschmiedete Formstück in Schalenform bei 8000 C geglüht und roh bearbeitet worden war, wurde eine Normalglühung durchgeführt, indem es 5 h bei 9000 C gehalten wurde. Die mechanischen Eigenschaften nach 7stündigem Anlassen bei 6000 C und 4stündigem Glühen bei 1800 C waren wie folgt :
EMI14.2
<tb>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/rnnf) <SEP> 75. <SEP> 6 <SEP>
<tb> Streckgrenze <SEP> (kg/mnf) <SEP> 48. <SEP> 8 <SEP>
<tb> Dehnung <SEP> (je) <SEP> 2,1 <SEP>
<tb> Einschnürung <SEP> go) <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Kerbschlagzähigkeit
<tb> (kg <SEP> ;. <SEP> m/cm1 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Härte <SEP> (BHN) <SEP> 444
<tb>
Diese Schale wurde auf einen Schmiedestahlkern, der gemäss Stahls orte SF60 normal geglüht und angelassenwordenwar, aufgeschrumpft, wodurch eine Verbundgusseisenwalze (Ballendurchmesser 349 mm, Ballenlänge 1000 mm, Gesamtlänge 1590 mm, Gewicht 1060 kg) erzeugt wurde.
Bei Verwendung dieser Walze als letzte Duo-Fertigwarmwalze für 65/125 U-Stahl betrug die Ge-
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einer 4,3 mal längeren Lebensdauer entspricht.
Beispiel 7 : Das in einem Heroult-Elektroofen gefrischte, schmelzflüssige Metall wurde zu einem Gussblock für eine zylindrische Schale von 3 t vergossen und dieser wurde heiss geschmiedet, ausgehöhlt und auf dem Lochdorn bei einer Arbeitstemperatur von 1100 bis 9500 C zu einer Schale für eine Verbundwalze geformt (Aussendurchmesser 750 mm, Dicke 90 mm, Länge 700 mm).
Dieser Gusseisenblock hatte ein Gefüge ähnlich weissem Gusseisen und zeigte die folgende chemische Zusammensetzung (lu) :
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<tb>
<tb> C <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> V <SEP> 0, <SEP> 006 <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 63 <SEP> As <SEP> 0, <SEP> 007 <SEP>
<tb> Mn <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP> Sn <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP>
<tb> P <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> Pb <SEP> Spuren
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 008 <SEP> Zn <SEP> Spuren
<tb> Cr <SEP> 1, <SEP> 05 <SEP> Sb <SEP> Spuren
<tb> Mo <SEP> 0, <SEP> 38 <SEP> Bi <SEP> Spuren
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 020 <SEP>
<tb>
Der Gesamtgehalt an schädlichen Elementen, mit Ausnahme von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadin, betrug 0, 054% und lag somit unterhalb der erfindungsgemäss vorgeschriebenen Grenze für schädliche Elemente.
Nachdem dieser schalenförmige Gusseisenkörper bei 7800 C geglüht und roh bearbeitet worden war, wurde er, nachdem er 6 h bei 8500 C gehalten wurde, in Öl abgeschreckt und 9 h bei 6500 C angelassen. Seine mechanischen Eigenschaften waren nach Glühen bei 1800 C während 5 h wie folgt :
<Desc/Clms Page number 15>
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<tb>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kg/mm) <SEP> 135, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Dehnung <SEP> (li) <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Einschnürung <SEP> (0/0) <SEP> 2,8
<tb> Härte <SEP> (BHN) <SEP> 477
<tb>
Diese Schale wurde für eine Verbundgusseisenwalze (Ballendurchmesser 750 mm, Ballenlänge 700 mm, Gesamtlänge 1864 mm, Gewicht 3060 kg) verwendet, indem sie auf einen Schmiedestahl- kern, der gemäss Stahlsorte S45C (JIS, unlegierter Maschinenbaustahl) mit Wasser abgeschreckt und angelassen wurde.
Bei Verwendung dieser Walze als Quartostützwalze zum Kaltwalzen von legierten Werkzeugstahlblechen mit einer Dicke von 10 mm und einer Breite von 60 mm erzielte man eine Gesamtwalztonna-
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:PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Gusseisenwalzen mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere grosser Zähigkeit, Verschleissfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerisse, dadurch gekennzeichnet, dass
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zylindrischen oder polygonalen Stückes bzw.
in einer Hohlform von diesem, mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,7 bis 3, 8%, einem Siliziumgehalt von unter 2, 50/0 und einem Gesamtgehalt an schädlichen Elementen, wie Phosphor, Schwefel, Kupfer, Zinn, Arsen, Blei, Antimon, Wismuth und Zink, von unter 0, 20%, insbesondere unter 0, 15%, und einem im Gusszustand ähnlichen Gefüge wie weisses Gusseisen hergestellt, b) dieser Gusseisenkörper durch Warmformgeben, insbesondere durch Pressschmieden, im Temperaturbereich von 1125 bis 9000 C, gegebenenfalls nach Dispersionsglühen und einer Homogenisierungsbehandlung, zu einem Gusseisenformstück in Walzenform verformt und c) das Formstück einer Warmbehandlung unterworfen wird, wie langsamem Kühlen im Ofen oder in Sand,
Glühen im Temperaturbereich von 750 bis 8500 C, Abschrecken mit Wasser, Abschrecken mit Öl oder Normalisieren nach Warmhalten im Temperaturbereich von 850 bis 9500 C, worauf das Formstück durch mechanische Bearbeitung fertiggestellt wird.