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Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit
Die Vorteile von Gusseisen mit Kugelgraphit hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, beson- ders der Zähigkeit, sind bekannt. In der Praxis wird zur Zeit die kugelförmige Ausbildung des Graphits durch Behandeln der Gusseisenschmelzen mit Magnesium erreicht. Dieses wird fast nie in reiner Form, sondern als Legierung mit Nickel oder Kalzium und Silicium oder Eisen und Silicium u. a. verwendet.
Das Einbringen von Magnesium bzw. magnesiumabgebenden Stoffen in Gusseisenschmelzen wird praktisch gut beherrscht, stellt aber auf Grund des hohen Dampfdruckes von Magnesium einen unangenehmen Arbeitsgang dar, dem auch noch andere Nachteile anhaften.
Magnesium bindet zunächst Sauerstoff und Schwefel in der Schmelze. Darüber hinaus muss ein kleiner Überschuss von Magnesium vorhanden sein, damit der Graphit während des Erstarren kugelförmig ausgebildet wird. Von Nachteil ist, dass das gebildete Magnesiumsulfid nicht vollständig verschlackt, sondern zu einem Teil in der Gusseisenschmelze verbleibt. Beim Abstehen der Schmelze kann durch den Sauerstoff der Atmosphäre aus dem Magnesiumsulfid Magnesiumoxyd und Schwefel entstehen. Dieser Schwefel wird wieder vom Eisen gelöst. Man spricht von Rückaufschwefelung, durch die die kugelförmige Ausbildung des Graphits gestört oder ganz verhindert wird. In der Schmelze befindliches Magnesiumsulfid kann ausserdem mit der SiO-haltigen Zustellung des Schmelzgefässes bzw. der Pfanne reagieren, wodurch ebenfalls Schwefel in Freiheit gesetzt wird.
Magnesiumbehandelte Gusseisenschmelzen müssen daher bald nach der Behandlung rasch vergossen werden, wenn gutes Gusseisen mit Kugelgraphit erhalten werden soll, und sind nicht umschmelzbeständig.
Die Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit gelingt ausser mit Magnesium auch durch Zugabe anderer Elemente. Zu nennen sind beispielsweise die Seltenerdmetalle. Diese haben ebenfalls grosse Affinität zu Sauerstoff und Schwefel. Allerdings verschlacken die Sulfide noch schwerer als bei Magnesium, so dass die gleichen Nachteile noch in verstärktem Masse auftreten. Wahrscheinlich wird in der Praxis aus diesem Grund nie Gusseisen mit Kugelgraphit allein mit Seltenerdmetallen ohne Magnesium hergestellt. Dagegen ist die Einbringung der Seltenerdmetalle in Gusseisenschmelzen wegen ihres niedrigeren Dampfdruckes einfacher.
Es sind auch Veröffentlichungen und Patentschriften bekannt, denen zufolge Kalzium ebenfalls imstande ist, die kugelförmige Ausbildung von Graphit in Gusseisen zu bewirken. Widersprechende Beobachtungen in dieser Richtung haben vielleicht ihre Ursache darin, dass manche kalziumabgebenden Stoffe, wie beispielsweise Kalziumcarbid, neben Kalzium auch Stickstoff einzubringen, der bei der Entstehung von kugelförmigem Graphit zu stören scheint. Kalzium hat einen niedrigeren Dampfdruck als Magnesium und lässt sich daher ohne grössere Schwierigkeiten in Gusseisenschmelzen einbringen. Störend ist seine Neigung zur Bildung von Kalziumcarbid mit dem Kohlenstoff des Gusseisens.
Ein grosser Vorteil ist, dass Kalziumsulfid sehr leicht verschlackt, so dass der Schwefel durch Kalzium tatsächlich aus Gusseisenschmelzen weitgehend entfernt werden kann. Trotzdem wird nur äusserst selten über die erfolgreiche Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit mit Kalzium allein ohne Magnesium berichtet.
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Sehr häufig kombiniert man die Magnesiumzugabe mit einer Vorentschwefelung des Gusseisens mit Kalzium bzw. kalziumabgebenden Stoffen und setzt obendrein noch etwas Seltenerdmetalle, beispielsweise in Fonn von Cennischmetall zu. Letzteres hat zusätzlich die Eigenschaft, nachteilige Einflüsse sogenannter Störelemente ganz oder teilweise auszuschalten. Störelemente sind Titan, Wismut, Antimon, Blei u. a., die bereits in äusserst kleinen Mengen von Hunderstel Prozent und weniger die Kugelgraphitbildung stören oder verhindern.
Trotz dieser Kombinationen muss man bei der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit mit Magnesium die Nachteile der scharfen Reaktion beim Einbringen und das geringe Abstehvermögen der Schmelze in Kauf nehmen.
EMI2.1
Kugelgraphit überführt werden kann, ohne dass Magnesium zugesetzt wird.
Das Entschwefeln mit Kalzium oder kalziumabgebenden Stoffen auf die erwähnt niedrigen Schwefelgehalte genügt nicht, um Gusseisen mit Kugelgraphit in guter Qualität zu erhalten. Die Versuche haben ferner gezeigt, dass auch bei Zugabe von Seltenerdmetallen zu dem entschwefelten Gusseisen in Mengen bis 0, 50/0 noch kein gutes Gusseisen mit Kugelgraphit entsteht. Höhere Zusätze an Seltenerdmetallen sind unwirtschaftlich und fördern trotz guter Impfung die Weisserstarrung.
Zur Beurteilung der Qualität von Gusseisen mit Kugelgraphit bedient man sich bei der metallographischen Begutachtung beispielsweise der Richtreihen des Vereins Deutscher Giessereifachleute. Danach unterscheidet man in Gusseisen mit Kugelgraphit folgende Graphitformen :
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<tb>
<tb> K- <SEP> Graphit <SEP> Ideale <SEP> Kugeln
<tb> L- <SEP> Graphit <SEP> von <SEP> der <SEP> Kugelform <SEP> abweichende <SEP> oder <SEP> etwas <SEP> zerklüftete <SEP> Kugeln
<tb> M-Graphit <SEP> stark <SEP> ausgefranste <SEP> Graphitkugeln <SEP> und <SEP> -flocken <SEP>
<tb> N-Graphit <SEP> noch <SEP> stärker <SEP> entartete, <SEP> sternförmige <SEP> Graphitformen
<tb> P-Graphit <SEP> Wurm- <SEP> oder <SEP> Vermicular-Graphit, <SEP> abgerundete, <SEP> gedrungene
<tb> Lamellen <SEP> (Quasiblattfonn).
<SEP>
<tb>
EMI2.3
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mit Kugelgraphit aus titanhaltigem Roheisen herzustellen, wenn 0, 7 bis 2, 00/0 Kupfer zugesetzt werden.
Erfindungsgemäss hat sich femer gezeigt, dass Zusätze von 0, 3 bis 0, 80/0 Vanadin die Festigkeit von
Gusseisen mit Kugelgraphit wesentlich erhöhen, ohne dass das Vanadin irgendeinen positiven oder negativen Einfluss auf die Graphitausbildung hat. Dadurch ist es möglich, nach dem oben beschriebenen Verfahren ein Gusseisen mit Kugelgraphit hoher Festigkeit zu erzeugen, das überwiegend ferritisches Grundgefüge im Gusszustand besitzt. Ausserdem ist es dadurch möglich, zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit handelsübliches Roheisen mit Gehalten an Vanadin und Titan zu verwenden.
Die notwendige Entschwefelung auf Schwefelgehalte unter 0, 0030/0 gelingt sehr vorteilhaft durch Kalziumkarbidbehandlung, ohne oder mit Zusatz von etwas Flussspat. Dieses Verfahren wurde in der österr. Patentschrift Nr. 263833 beschrieben. Es ist aber beispielsweise auch möglich, die Entschwefelung und den Zusatz von Kupfer gemeinsam durch Einbringen handelsüblicher Kupfer-Kalzium-Vorlegie- rungen vorzunehmen. Ferner kann man die Entschwefelung mit Hilfe von Kalzium-Silicium-Vorlegierung durchführen oder vervollständigen. Auch ein gemeinsames Einbringen von Kalzium und Titan ist durch Verwendung handelsüblicher Kalzium-Silicium-Titan-Vorlegierungen möglich.
Dadurch, dass das Kalziumsulfid verschlackt und der Schwefel im Gusseisen nicht nur gebunden, sondern tatsächlich entfernt wird, besteht keine Gefahr einer Rückaufschwefelung beim Abstehen, so dass erfindungsgemäss hergestellte Gusseisenschmelzen länger abstehen dürfen und sogar umschmelzbeständig sind. Fallweise wird es erforderlich sein, nach längerer Zeit oder nach dem Umschmelzen etwas Seltenerdmetalle zu ergänzen und einen kleinen Kalziumüberschuss, zweckmässig bei der lmpfung, nachzugeben.
Die Seltenerdmetalle wurden bei den eigenen Versuchen als"Cenmischmetall"zugegeben, das aus Monaziterzen gewonnen worden war. Die Seltenerdsilicide des siliciumhaltigen Cermischmetalls sind auch, aber nicht so gut geeignet, weshalb das Cermischmetall der eigenen Versuche nur Spuren an Silicium enthielt.
Beispiele :BeidenfolgendenBeispielenwurdennachstehendeMaterialienverwendet:
EMI3.1
<tb>
<tb> %C <SEP> %Si <SEP> %Mn <SEP> %P <SEP> %S <SEP> %V <SEP> %Ti <SEP> %Ze <SEP> 1)
<tb> OB-Roheisen <SEP> 4,09 <SEP> 0,45 <SEP> 0,01 <SEP> < 0, <SEP> 025 <SEP> 0, <SEP> 016
<tb> Vantitroheisen <SEP> 3,83 <SEP> 2,55 <SEP> 0,56 <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> 0,007 <SEP> 0,60 <SEP> 0,40
<tb> Blasstahlschrott <SEP> 0,09 <SEP> 0,02 <SEP> 0,35 <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> 0,019
<tb> Graphitgriess <SEP> 100
<tb> FeSi <SEP> 2) <SEP> 77, <SEP> 2
<tb> Impf-FeSi <SEP> 3) <SEP> 76,4
<tb> Cer-Mischmetall <SEP> 4) <SEP> 99, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
1) 100% Ze = 48, 70/0 Ce, Rest andere Seltenerdmetalle 2) stückig 3) Körnung 0, 6 bis 3 mm 4) auf Monazitbasis Beispiel l : Einfluss des Kupferzusatzes Schmelzofen :
90 kg-M. F.-Induktionsofen, sauer zugestellt Einsatz : Vantitroheisen Behandlung : Gemisch von 2% CaC 2 + 0, 20/0 CaF 2 in vier Partien bei 14200C eingerührt. zo Cer-Mischmetall zugesetzt. Mit 0, 70/0 Impf-FeSi geimpft, Y2-Proben mit 25 mm Wanddicke gegossen.
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EMI4.1
<tb>
<tb>
Abstich <SEP> NI. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> Kupferzugabe <SEP> % <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 50 <SEP> 1, <SEP> 00 <SEP>
<tb> Zusammensetzung <SEP> % <SEP> C <SEP> 3, <SEP> 59 <SEP> 3, <SEP> 53 <SEP> 3, <SEP> 52 <SEP> 3, <SEP> 49 <SEP>
<tb> % <SEP> Si <SEP> 2, <SEP> 95 <SEP> 3, <SEP> 00 <SEP> 2, <SEP> 89 <SEP> 2, <SEP> 95 <SEP>
<tb> 0/0 <SEP> S <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP>
<tb> % <SEP> V <SEP> 0, <SEP> 70 <SEP> 0, <SEP> 70 <SEP> 0, <SEP> 69 <SEP> 0, <SEP> 68 <SEP>
<tb> % <SEP> Ti <SEP> 0, <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP>
<tb> %Cu <SEP> - <SEP> 0,25 <SEP> 0,50 <SEP> 1,
09
<tb> Graphit <SEP> % <SEP> K <SEP> 30 <SEP> 35 <SEP> 45 <SEP> 80
<tb> % <SEP> L <SEP> 20 <SEP> 25 <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> % <SEP> M <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 5 <SEP> 5
<tb> % <SEP> N <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 0
<tb> % <SEP> P <SEP> 40 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 0
<tb> Zugfestigkeit
<tb> kp/mm2 <SEP> 50,6 <SEP> 53,5 <SEP> 55,4 <SEP> 64,1
<tb> Streckgrenze
<tb> kp/mm <SEP> 2 <SEP> 36, <SEP> 7 <SEP> 38,9 <SEP> 39,9 <SEP> 45,9
<tb> Dehnung
<tb> % <SEP> 6, <SEP> 1 <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP> 9, <SEP> 9 <SEP>
<tb>
Folgerung : Bei Gusseisen dieser Zusammensetzung und dieser Vorbehandlung entsteht durch
Zugabe von Kupfer gutes Gusseisen mit Kugelgraphit.
Beispiel 2 : Einfluss des Titanzusatzes Schmelzofen : 90 kg-M. F.-Induktionsofen, sauer zugestellt Einsatz : OB-Roheisen mit 0, 5% Mn und 1,6% Cu Behandlung : Gemisch von 2% CaC2 + 0,2% CaF2 in vier Partien bei 14200C eingerührt.
0, 05% Cer-Mischmetall zugesetzt. Mit 0, 7% Impf-FeSi geimpft, Y2- Pro- ben mit 25 mm Wanddicke gegossen.
EMI4.2
<tb>
<tb>
Abstich <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> Titan-Zusatz <SEP> % <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP>
<tb> Zusammensetzung <SEP> %C <SEP> 3, <SEP> 58 <SEP> 3, <SEP> 57 <SEP> 3, <SEP> 57 <SEP>
<tb> % <SEP> Si <SEP> 2, <SEP> 91 <SEP> 2, <SEP> 89 <SEP> 2, <SEP> 84 <SEP>
<tb> % <SEP> S <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP>
<tb> % <SEP> Cu <SEP> 1, <SEP> 67 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP>
<tb> % <SEP> Ti-0, <SEP> 14 <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP>
<tb> Graphit <SEP> % <SEP> K <SEP> 35 <SEP> 75 <SEP> 70
<tb> % <SEP> L <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 20
<tb> % <SEP> M <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> 5
<tb> % <SEP> N <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> 5
<tb> % <SEP> P <SEP> 35 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
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(Fortsetzung) :
EMI5.1
<tb>
<tb> Abstich <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> Zugfestigkeit
<tb> kp/mm2 <SEP> 53, <SEP> 0 <SEP> 54, <SEP> 0 <SEP> 54, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Streckgrenze
<tb> kp/mm2 <SEP> 43,5 <SEP> 41,5 <SEP> 40,7
<tb> Dehnung
<tb> % <SEP> 4,3 <SEP> 10,4 <SEP> 13,6
<tb>
EMI5.2
entsteht durch Zugabe von Titan gutes Gusseisen mit Kugelgraphit.