AT389712B - In sand vergossenes werkstueck aus gusseisen mit kugelgraphit - Google Patents

Description

Nr. 389712

Die Erfindung betrifft ein in Sand vergossenes Werkstück mit Wandstärken größer 10 mm aus Gußeisen mit Kugelgraphit mit maximal 1,0 Masse-% Silizium (Si), vorzugsweise 0,2 · 0,6 % Silizium.

Gußeisen mit Si-Gehalten von maximal 1 Masse-% - alle %-Angaben sind als Masse-% zu verstehen · ist bekannt (CH-PS 508 729). Zur Ausscheidung des Kohlenstoffs als Graphit während des Erstarrungsvorganges enthält dieses Gußeisen 1 - 3 % Aluminium (Al), welches das Silizium als Graphitisierungselement teilweise ersetzt. Silizium und Aluminium haben bekanntlich eine versprödende Wirkung in dem Werkstoffgefüge zu Folge. Um eine möglichst hohe Zähigkeit zu erhalten, ist es daher notwendig, die Si- und Al-Gehalte in dem Gußeisen so gering wie möglich zu halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gußeisen mit Kugelgraphit zu schaffen, dessen Si-Gehalte deutlich unter 1 % liegen, ohne daß ihm ein anderes Legierungselement zur Graphitisierung - vor allem also kein Al - zugesetzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß es frei von - Si als Graphitisierungselement ersetzendem - Aluminium (Al) ist, daß sein Gefüge im Gußzustand karbidfrei ist, und daß schließlich nach Wärmebehandlungen mindestens eines der nachstehenden Grundgefüge Ferrit, Perlit, Bainit oder Martensit vorhanden ist; ein Verfahren zur seiner Herstellung ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze nach der zur Kugelgraphitbildung notwendigen Mg-Behandlung kurz vor der Erstarrung eine Impflegierung zugegeben wird, durch die der Schmelze 0,1 - 0,2 % beigefügt wird, und daß nach der Erstarrung zur Erzeugung der genannten Gefüge eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. "Kurz vor der Erstarrung" bedeutet dabei, daß die Impfung in der Form, im Gießstrahl oder im Gießtümpel erfolgt. Diese relative späte Impfung bewirkt, daß auch ohne die bisher üblichen Mengen an graphitisierenden Elementen eine Graphitausscheidung erreicht wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Si-Zugabe dadurch, daß der Schmelze 0,15 bis 0,3 % Ferrosilizium, 80 % Si enthaltend (FeSi-80), zugegeben wird. Die zur Kugelgraphitbildung notwendige Mg-Behandlung der Schmelze kann mitRein-Mg; Ni-Mg; Cu-Mg oder einem hochprozentigen Fe-Si-Mg durchgeführt werden.

Im Gußzustand liegt das Werkstück dabei im allgemeinen in einem perlitischen Gefüge ohne Primärkarbide vor. Die geforderten Gefüge werden durch Wärmebehandlungen erreicht, wie sie für die Erzeugung dieser Gefüge an sich bekannt sind. Dabei wird das Werkstück z. B. aus dem Gußzustand in Austenit-Bereich - d. h. auf 700 -950°C - erwärmt, in diesem Bereich 0,25 -10 Stunden gehalten und anschließend mit für das gewünschte Gefüge notwendiger Geschwindigkeit abgekühlt. Ein ferritisches Gefüge kann dabei durch langsame Ofenabkühlung bis maximal 20° C/h erhalten werden, während Perlit bei Abkühlung an Luft entsteht Durch isotherme Umwandlung im Salz-, Öl- oder Bleibad zwischen 250 und 450 0 C erhält man Bainit

Eine zusätzliche Aufgabe besteht weiterhin darin, aus dem genannten Gußeisen mit niedrigem Si-Gehalt ein Werkstück zu schaffen, bei dem durch Anlassen bei unterschiedlichen Anlaß-Temperaturen ein Martensit-Vergütungsgefüge erhalten wird, ohne daß es zu Ausscheidungen von Sekundär-Graphit kommt Hierfür kann man so vorgehen, daß zur Erzeugung eines Martensit-Vergütungsgefüges mit bestimmter Festigkeit und Dehnbarkeit das Werkstück aus dem Austenitbereich in Luft, 01 oder Wasser abgeschreckt und anschließend, je nach der gewünschten Festigkeit und Dehnbarkeit bei einer Temperatur zwischen 400 und 720°C angelassen wird.

Eine bestimmte Kombination von Festigkeit und Dehnbarkeit kann dabei durch geeignete Wahl der Anlaß-Temperaturen erreicht werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieis näher erläutert bei dem ein Werkstück mit reinem Martensit-Vergütungsgefüge hergestellt wird.

In einem Induktionsofen, der mit einer sauren oder basischen Auskleidung versehen ist, werden gleiche Mengen von niedrig-siliziertem Roheisen und unlegiertem Stahlschrott die je einen maxiamlen Si-Gehalt von 0,2 % haben - unter Zusatz eines Aufkohlungsmittels, z. B. Graphit zur Erzielung des gewünschten Kohlenstoff-Gehaltes in der weiter unten angegebenen Endzusammensetzung der Schmelze - geschmolzen und auf eine Temperatur von 1550 °C erhitzt

Bei dieser Temperatur erfolgt die zur Kugelgraphitbildung notwendig Mg-Behandlung der Schmelze, indem 0,5 % der Zusatzlegierung FeSi-Mg-40 (etwa 40 % Mg enthaltend) durch Tauchen der Schmelze zugegeben werden.

Als nächstes wird die mit Mg behandelte Schmelze in ein»' Sandform zu dem Gußstück vergossen, wobei erfindungsgemäß während des Gießvorganges eine Impfung erfolgt als Impfmittel dienen 0,2 % FeSi-80, das 80 % Si enthält

Der vergossenen Schmelze wird zu Analyse-Zwecken eine Probe entnommen, mit deren Hilfe die nachstehende Endzusammensetzung der Schmelze bestimmt wird (in Masse -%): c 3,4 - 3,7 Si 0,4 - 0,6 Mn 0,1 - 0,2 Mg 0,04 - 0,06 P max. 0,08 S max. 0,01 -2-

Claims (5)

1. Nr. 389712 Das Werkstück hat nach dem Erkalten im Gußzustand ein perlitisches Gefüge, das keine Primärkarbide enthält. Als Wärmebehandlung erfolgt nunmehr zunächst ein Aufheizen auf 900°C in den Austenitbereich, der etwa 720° bis 1145°C umfaßt. Auf der genannten Temperatur wird das Werkstück 0,25 h gehalten, wobei'jedoch im allgemeinen Haltezeiten von 0,1 -1 h zulässig sind. Aus dem Austenit-Bereich wird das Werkstück in Öl abgeschreckt, wobei ein Martensit-Gefüge entsteht. Anschließend wird eine Anlaßbehandlung bei Temperaturen von 400 bis 720°C - die Wahl der Anlaßtemperatur erfolgt in bekannter Weise nach Maßgabe der angestrebten mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Festigkeit und Plastizität - und Abkühlung im Ofen oder an Luft vorgenommen. Das Gefüge des der beschriebenen Wärmebehandlung unterworfenen Werkstücks ist ein rein martensitisches Vergütungsgefüge, das frei von sekundären Graphitausscheidungen ist, wobei sich seine mechanischen Eigenschaften je nach Anlaßtemperaturen ergeben zu: 0,2 %-Dehngrenze ^0,2 N/mm^ 300 - 900 Zugfestigkeit *m N/mm^ 500 -1200 Bruchdehnung A5 % 12-2 Brinell-Härte HB 200 - 350 Kerbschlagarbeit AV J 12-2 Um ein verbessertes plastisches Verformungsvermögen in Werkstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit zu gewährleisten und um die Ausscheidung von Sekundär-Graphit bei der Martensit-Vergütung zu vermeiden, ist das Werkstück, dessen Si-Gehalt max. 1 Masse-% beträgt, frei von Al und sein Gefüge im Gußzustand karbidfrei; darüberhinaus ist nach Wärmebehandlungen mindestens eines der nachstehenden Grundgefüge vorhanden: Ferrit, Perlit, Bainit und/oder Martensit Diese Eigenschaften werden dadurch erreicht, daß kurz vor der Erstarrung - d. h. in Form, Gießstrahl, oder Gießtümpel - eine Impfbehandlung vorgenommen wird, mit der der Schmelze 0,1 - 0,2 Masse-% an Silizium zugesetzt werden; nach der Erstarrung erfolgt zur Eizeugung der genannten Gefüge eine Wärmebehandlung. PATENTANSPRÜCHE 1. In Sand vergossenes Werkstück mit Wandstärken größer 10 mm aus Gußeisen mit Kugelgraphit mit maximal 1,0 Masse-% Silizium (Si), vorzugsweise 0,2 - 0,6 % Si, dadurch gekennzeichnet, daß es frei von - Si als Graphitisierungs-Element ersetzendem - Aluminium (Al) ist, daß sein Gefüge im Gußzustand karbidfrei ist, und daß schließlich nach Wärmebehandlungen mindestens eines der nachstehenden Grundgefüge Ferrit, Perlit, Bainit oder Martensit vorhanden ist.
2. 2. Werkstück nach Anspruch 1, gekennzeichnet, abgesehen von Verunreinigungen, durch 0-0,5 Masse-% 0 - 0,5 Masse-% 0-1,0 Masse-% 0 -10 Masse-% 0 - 3,0 Masse-% 0-1,0 Masse-% Vanadium (V) Chrom (Cr) Mangan (Mn) Nickel (Ni) Kupfer (Cu) Molybdän (Mo) als Legierungselemente.
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze nach der zur Kugelgraphitbildung notwendigen Mg-Behandlung kurz vor der Erstarrung eine Impflegierung zugegeben wird, durch die der Schmelze 0,1-0,2 Masse-% an Si beigefügt wird, und daß nach der Erstarrung zur Erzeugung der genannten Gefüge eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. -3- Nr. 389712
4. 4. Verfahren nach Anbruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus dem Gußzustand in den Austenitbereich erwärmt, in diesem Bereich 0,25 - 10 Stunden (h) gehalten und anschließend mit an das gewünschte Gefüge angepaßter Geschwindigkeit abgekühlt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Martensit- Vergütungsgefüges ohne Ausscheidung von Sekundär-Graphit das Werkstück aus dem Austenitbereich in Luft, Öl oder Wasser abgeschreckt und anschließend, je nach der gewünschten Festigkeit und Dehnbarkeit, bei einer Temperatur zwischen 400 und 720 °C angelassen wird. 10 -4-