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Herstellung von Gusseisen mit sphärolithischem Graphit
Die Überführung der lamellaren Graphitform des Gusseisens in die sph rolitlüsche Form bewirkt eine beträchtliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Gusseisens. Zu diesem Zwecke muss die chemische Zusammensetzung des zu behandelnden Gusseisens bestimmten, bekannten Voraussetzungen entsprechen. So muss z. B. das Gusseisen übereutektisch sein und der Schwefelgehalt weniger als 0, 015 bis 0,020 Gel.-% betragen Die Überführung des lamellaren Graphits in die sphärolithische Form ge- lingt in an sich bekannter Weise, z. B. durch Zusatz von Magnesium oder Metallen der Seltenen Erden bzw. jeweils Legierungen hievon.
Bei Verwendung von Magnesium oder einen hohen Anteil Magnesium enthaltender Legierungen stört insbesondere der bei der Temperatur des Gusses sich einstellende hohe Dampfdruck des Magnesiums sowie dessen hohe Oxydationsfreudigkeit. BeideEigenschaften bedingen kostspielige und technisch nicht einfach zu bewerkstelligende Vorkehrungen, wie z. B. das Arbeiten mit einer Tauchglocke. Magnesium hat des weiteren den Nachteil, dass bereits geringe Anteile bestimmter Legierungsbestandteile des Gusseisens bei der Ausbildung des sphärolithischen Graphits störend wirken bzw. diese ganz unterbinden. Zur Vermeidung dieses Nachteils hat man bereits den Zusatz geringer Mengen Metalle der Seltenen Erden zu den Magnesiumlegierungen vorgeschlagen, die auf die störenden Beimengungen maskierend wirken.
Eine solche Legierung ist von F. Wagner in Fresenius'Zeitschrift für Analytische Chemie 198 [1. 963], S. 99, beschrieben und hat folgende Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%) : 35 bis 55% Silizium, 2 bis 30% Kalzium, 3 bis 40% Eisen, 6 bis 40% Magnesium, 1% Aluminium und 0,5 bis 10% Metalle der Seltenen Erden.
Soll die Ausbildung der sphärolitischen Form des Graphits durch den Zusatz von Metallen der Seltenen Erden bewirkt werden, bedarf es hiezu jedoch grösserer Mengen als in der vorgenannten Legierung enthalten sind. So ist es bereits bekannt, die reinen Metalle der Seltenen Erden in Form des Mischmetalls oder einzelner hieraus gewonnener reiner Metalle, insbesondere Cer, einzusetzen. Bei einer Verwendung des Metallgemisches bzw. der Metalle in reiner Form tritt jedoch die Oxydationsanfälligkeit der Metalle der Seltenen Erden störend in Erscheinung und bewirkt einen Verlust an teuren Seltenen-Erd-Metallen, der zudem in seiner Höhe nicht exakt vorhersehbar ist.
Ähnlich verhält es sich bei den eisenhaltigen Legierungen der Metalle der Seltenen Erden, welche einen grossen Teil der Metalle der Seltenen Erden in ungebundener Form enthalten. Infolgedessen tritt auch bei Verwendung dieser Speziallegierungen bei der Zugabe zur Schmelze des Gusseisens ein unkontrollierbarer Verlust an Metallen der Seltenen Erden auf.
Man hat deshalb bereits versucht, die Metalle der Seltenen Erden in Form ihrer Legierungen mit andern Legierungspartnern, wie Magnesium und/oder Eisen, zu verwenden. So ist z. B. eine Legierung folgender Zusammensetzung von Wagner, loc. cit., beschrieben :
40% Silizium, i0% Kalzium, 30% Eisen, 10 Aluminium, 15% Metalle der Seltenen Erden.
Bei dieser Legierung handelt es sich um ein Vielstoffsystem, bei dem nicht eindeutig ausgesagt
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werden kann, in welcher Form die Metalle der Seltenen Erden enthalten sind. Der niedrige Gehalt der Seltenen Erden in dieser Legierung zwingt dazu, zur Erzielung des gewünschten Effektes verhältnismässig grosse Mengen dieser Legierung der Schmelze zuzufügen, welche dadurch in meist unerwünschter Weise mit den Begleitelementen dieser Legierung angereichert wird.
Es war somit erwünscht, eine Legierung, zu entwickeln, welche einen hohen Gehalt an Metallen der Seltenen Erden enthält, wobei die Metalle der Seltenen Erden in Form einer intermetallischen Verbindung vorliegen sollen, um unerwünschten Abbrand zu vermeiden, und wobei anderseits der Gehalt an unwirksamen Bestandteilen in dieser Legierung möglichst niedrig sein sollte. Als unwirksame Be- standteile im Sinne dieser Erfindung gelten die Anteile, welche nicht zur Ausbildungdessphärolithiscl1en Graphits beitragen, insbesondere die Elemente Eisen, Aluminium und Kalzium.
Ähnliche Verhältnisse sind bei den aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 336.858 bekannten Legie- rungen zu berücksichtigen, die 12 bis 45% Silizium, 15 bis 65% Metalle der Seltenen Erden, bis zu 6%
Kalzium und bis zu 65% Eisen enthalten und ausserdem ein bestimmtes Verhältnis der Seltenen Erd- metalle zu Silizium bzw. Kalzium aufweisen müssen.
Es war somit erwünscht, eine Legierung zu schaffen, welche einen hohen Gehalt an Metallen der
Seltenen Erden besitzt, wobei die Metalle der Seltenen Erden in Form einer intermetallischen Verbin- dung vorliegen sollen, um unerwünschten Abbrand zu vermeiden, und wobei anderseits der Gehalt an unwirksamen Bestandteilen in dieser Legierung möglichst niedrig sein sollte. Als unwirksame Bestand- teile im Sinne dieser Erfindung gelten die Anteile, welche nicht zur Ausbildung des sphärolithischen
Graphits beitragen, insbesondere die Elemente Eisen, Aluminium und Kalzium.
Auf Grund der durch die chemischen Eigenschaften der Metalle der Seltenen Erden bedingten experimentellen Schwierigkeiten existieren im Schrifttum noch keine eindeutigen und zuverlässigen
Zustandsdiagramme einer im wesentlichen aus Metallen der Seltenen Erden und Silizium aufgebauten
Legierung. Es waren deshalb keine sicheren Vorhersagen darüber zu treffen, wie eine Legierung be- schaffen sein muss, welche den obigen Anforderungen genügt.
Es wurde nun gefunden, dass man die vorstehend beschriebenen Anforderungen, wie hohe Wirksam- keit bei gleichzeitiger Ausschaltung unerwünschten Abbrandes und damit hohe Wirtschaftlichkeit beim
Einsatz erzielen kann, wenn man eine Legierung benutzt, die aus einer Mischung einer intermetallischen
Verbindung der Metalle der Seltenen Erden und Silizium im Mol-Verhältnis 1 : 2 entsprechend der
Formel ceci, und freiem Silizium, im wesentlichen im eutektischen Schmelzbereich, besteht. Gemäss der Erfindung wird das genannte Ziel dadurch verwirklicht, dass man zur Herstellung von Gusseisen mit
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Graphit eine Legierungwendet, wobei in der Legierung bis zu 12 Gew.-% unwirksame Bestandteile enthalten sein können.
Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäss zu verwendenden Legierungen besteht darin, dass sie innerhalb eines relativ niedrigen Bereiches, nämlich je nach Zusammensetzung, etwa zwischen 1325 und 1340 C schmelzen.
Vorzugsweise werden solche Legierungen verwendet, die 40 bis weniger als 55 Gel.-% Metalle der Seltenen Erden und 60 bis mehr als 45 Gew.-% Silizium, Rest herstellungsbedingte Verunreinigungen, enthalten.
Die unwirksamen Bestandteile, welche nicht mehr als 12 Gew... ufo betragen sollen, sind herstellungsbedingt. Es ist durchaus möglich, durch Auswahl geeigneter Rohstoffe und Verfahrensbedingungen diese Gehalte an unwirksamen Bestandteilen noch zu verringern. Eine erfindungsgemäss zu verwendende Legierung kann dabei beispielsweise die folgende Zusammensetzung (Angaben in Gew.-%) haben :
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Eisen, Rest 1, 010/0 nicht näher bestimmte Verunreinigungen.
Legierungen dieser Art sind wegen ihrer relativ grossen Beständigkeit an Luft nicht nur ausgezeichnet lagerfähig, sondern auch bei hohen Temperaturen, insbesondere bei den Temperaturen der Guss- eisenschmelze, trotz ihrer bisher nicht üblichen hohen Anteile an Metallen der Seltenen Erden, oxydationsbeständig. Die erfindungsgemäss zu verwendenden Legierungen lösen sich in der Gusseisenschmelze ohne störende Nebenerscheinungen auf. Auch die sonst bekannten Vorteile der Seltenen-Erd-Metalle, wie ihre ausgezeichnete Entschwefelungswirkung und ihre geringe Anfälligkeit gegen Störelemente bleiben voll erhalten.
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