Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Temperguss. Versuche, Tempergussstücke zu schweissen, insbesondere geschweisste Verbindungen zwi schen ihnen und Stücken aus Schmiedeeisen oder Stahl herzustellen, sind bis heute ohne praktischen Erfolg geblieben. Es hat sich her ausgestellt, dass selbst Stücke aus weissem Temperguss nicht haltbar und dicht mitein ander und mit Gegenständen aus Flusseisen zu verschweissen sind.
Das liegt an dem eigen tümlichen (31refügeaufbau des Tempergusses, der wiederum durch die Natur des Ausgangs- rnaterials und des Temperverfahrens, wie man sie bisher glaubte verwenden zu müssen, be dingt ist.
Das Temperverfahren wird heute bewusst auf einen Zerfall des Eisenkarbides, des Zemen- tits, geführt und der Prozess dann so geleitet, dass der entstehende Graphit durch den Sauer stoff des Glühmittels oxydiert und entfernt wird.
Um den Zernentitzerfall herbeizuführen und zu fördern, geht man von einem Robguss bestimmten Siliziunrgehaltes aus und regelt mit ihm und der (-r'lülrtemper@atur die Verfalls- geschwindigkeit. Orn den Zernentitzerfall nach der Gleichung FesC = 3Fe + C mit diesen Mitteln zu bewerkstelligen, sind je nach der Wandstärke Siliziumgehalte von 0,6-1,
50 % im Rohguss erforderlich.
Wenn man den Glühfrischprozess so durch den Siliziumgehalt des Rohgusses über einen Eisenkarbidzerfall führen und den als Graphit ausgeschiedenen Kohlenstoff durch Oxydation entfernen will, so lässt sich eine restlose Ent- kohlung auch in den Randzonen nur dann durchführen, wenn es gelingt, den Zerfalls kohlenstoff so zu vergasen wie er entsteht, das heisst, wenn es gelingt, die Oxydations geschwindigkeit gleich oder annähernd gleich der Zerfallgeschwindigkeit zu machen. Ein mal ausgeschiedener Graphit ist, wie Versuche ergeben haben, nur noch schwer zu oxydieren.
Diese Zusammenhänge machen das mit Hilfe eines bestimmten Siliziumgehaltes über den Eisenkarbidzerfall entstandene, auch dem stark getemperten, weissen Guss eigentümliche Gefüge verständlich, bei dem in ferritischer oder zementitischer Grundmasse Reste von Temperkohle liegen.
Die zwischen oder in den Ferritkristallen lagernde Temperkohle ist die Ursache für die mangelnde Schweissbarkeit der aus Temper- guss gefertigten Gussstücke. Unter dem Ein fluss der beim Schweissen angewandten hohen Temperaturen findet nämlich eine Vergasung der Temperkohle statt, so dass sich die Schweisse stark aufbläht und poröse, löcherige Schweissstellen entstehen.
Weiter aber geht die Temperkohle während des Schweissens mit dem Material des Schweissstabes und auch mit dein Ferrit der Schweissstelle in Lösung, so dass die Schweissnaht selbst und ihre Um gebung wieder stark zementitisches Gefüge erhält und dann hart und leicht brüchig wird.
Auf diesen Erkenntnissen aufbauend und davon ausgehend, dass die beim Tempern ent standene Temperkohle das Schweissen von Tempergussstüeken erschwert oder sogar un möglich macht, wird zur Herstellung gut schweissbarer Gegenstände aus Temperguss erfindungsgemäss ein Rohguss von solcher Zu sammensetzung verwendet, dass die Natur des Glühfrischprozesses geändert und dieser nicht mehr über den Eisenkarbidzerfall, sondern über einen allmählichen direkten Kohlenstoff- abbau des Zementits geführt wird.
Im Gegen satz zu dem bisher üblichen Temperverfahren kommt dabei ein Gusseisen mit 2,2-3,2 % C, unter 0,6% Si, 0,15-1,2% Mn und unter 0,1 0% S zur Verwendung.
Es hat sich gezeigt, dass ein derartiges Eisen bei den üblichen Glühtemperaturen und Glühzeiten nicht zum Eisenkarbidzerfall neigt, und dass hier der wesentlichste Teil des Kohlenstoffes unmittel bar durch Oxydation und allmählichen Kohlen stoffabbau des Eisenkarbids entfernt wird, so dass die das Schweissen störende und hindernde Graphit- oder Temperkohlebildung unterbleibt.
Dabei ist entsprechend der Eigenart des Pro zesses der C-Gehalt des Rohgusses erfindungs gemäss so niedrig eingestellt, dass das Aus gangsmaterial von vorneherein einen geringen Anteil an Zementit aufweist. Ausser, dass der niedrige Siliziumgehalt des Rohgusses von unter 0,6 % im Sinne einer geringeren Karbid- zerfallgeschwindigkeit wirkt, beförderter auch.
die Schweissbarkeit des Tempergusses allge mein. Ein hoher Siliziumgehalt beeinträchtigt die Schweissbarkeit des Werkstoffes infolge der beim Schweissen sich bildenden Kiesel säure. Auch treten bei höheren Si-Gehalten leicht Überhitzungserscheinungen und damit Sprödigkeit der Schweissstelle auf.
Ähnlich wie durch die beim Schweissen vergasende Temperkohle wird auch durch Schwefelgehalte von über 0,1% das Gefüge der Schweissnähte gestört, da die sich bilden den S02-Gase aus ihrer Schmelze entweichen müssen und durch den Schwefel die Diffusions geschwindigkeit bei der Temperung erniedrigt wird.
Der Schwefelgehalt des Robgusses soll daher erfindungsgemäss unter 0,1% liegen. Umfangreiche Versuche haben nun weiterhin ergeben, dass sieh die besten Ergebnisse er zielen lassen, wenn die beiden Stoffe Silizium und Schwefel im Rohguss in ganz bestimmtem Verhältnis zueinander stehen. In dem durch einen Siliziumgehalt von weniger als 0,
6"/o und einen Schwefelgehalt von unter 0,1% gekennzeichneten Gebiet der schweissbaren Tempergusslegierungen liegt nämlich ein Feld (siehe beigefügte Zeichnung), in dem der Roh guss eine ganz besondere Eignung für die Herstellung schweissbarer Tempergussstücke hat.
Ein solcher Rohguss mit bis zu 0,25 0/0 Silizium darf höchstens 0,100% Schwefel, ein Rohguss mit 0,3 % Silizium höchstens 0,082 % Schwefel, mit 0,
4% Silizium höchstens 0,050 % Schwefel und mit 0,50% Silizium höchstens 0,020 % Schwefel haben. Durch diese Zahlen angaben beschreibt sich ungefähr die Be grenzungslinie (.A-B-C-D) des Silizium- Schwefelfeldes (B) besonders gut schweiss barer Tempergusslegierungen. Geringe Ab weichungen verändern den Charakter der Kurve nicht.
Es hat sich herausgestellt, dass die inner halb des so gekennzeichneten Feldes liegen den Rohgusslegierungen einen Temperguss er geben, dessen Schweissbarkeit mit und ohne Schweissdraht der des Weicheisens entspricht. Diese Feststellung ist deswegen wichtig, weil sie die Verwendung von Tempergussstücken, insbesondere für zu schweissende Rohrverbin dungen, Fahrrad- und Automobilteile, wie überhaupt für Gegenstände ermöglicht, für deren Schweissverbindungen nicht nur hohe mechanische Festigkeit, sondern auch völlige Dichtheit verlangt wird.
Dieser Umstand er möglicbt es ferner, bei dei der Verschweissung P-on Tempergussstücken ohne Zusatzschweiss stoff zu arbeiten. So kann man jetzt beispiels weise die Anschlussenden von Tempergussfit- tings mit einem Wulst versehen und diesem Wulst beim Zusammenschweissen des Fittings mit den Rohrenden den Schweissstoff in ein facher Weise entnehmen.
Schmelzversuche haben weiter ergeben, dass beim Einhalten obiger Bedingungen auch dein Erschmelzen des Gusseisens grosse Be deutung zukommt. Es ist vorteilhaft, das nach der Erfindung verwendete Gusseisen, vor allem rnit Rücksicht auf seinen geringen Silizium gehalt, während des Einschmelzens und auch nachher weitgebendst durch Aluminium oder Mangan zu desoxydieren. Des weiteren hat es sich gezeigt, dass durch Einstellen einer redu zierenden Atmosphäre während des Schmelz prozesses besonders günstige Bedingungen ge schaffen werden.
Als Schmelzöfen verwendet man dabei mit Vorteil den Elektroofen, sowie öl-, kohlenstaub- oder gasbefeuerte Flamin- oder Trommelöfen.
Da schliesslich der Eisenkarbidzerfall an hohe Glühtemperaturen gebunden ist, kann ihm weiterhin durch das Glühen des Roh gusses bei Temperaturen unter 9500 C ent gegengearbeitet werden.
Auf die vorbeschriebene Weise und unter Beachtung der genannten Regeln sind ins besondere dünnwandige Tempergussstücke, vornehmlich auch Fittings oder dergleichen, leicht schweissbar zu machen, wodurch sich ihr Anwendungsgebiet natürlich erheblich erweitert.
Process for the production of items made of malleable cast iron. Attempts to weld malleable cast iron pieces, especially welded connections between them and pieces of wrought iron or steel, have remained unsuccessful to this day. It turned out that even pieces made of white malleable cast iron are not durable and cannot be welded tightly to one another and to objects made of mild iron.
This is due to the peculiar structure of malleable cast iron, which in turn is due to the nature of the starting material and the tempering process that was previously believed to have to be used.
Today, the tempering process is deliberately directed towards a disintegration of the iron carbide, the cement, and the process is then managed in such a way that the graphite that is formed is oxidized and removed by the oxygen in the annealing agent.
In order to bring about and promote the decay of carbon dioxide, one starts with a Robguss with a certain silicon content and regulates the rate of decay with it and the (-r'lülrtemper @ atur) , depending on the wall thickness, silicon contents of 0.6-1,
50% required in the raw casting.
If the annealing process is carried out through the silicon content of the raw casting via iron carbide decay and the carbon precipitated as graphite is to be removed by oxidation, complete decarburization can only be carried out in the edge zones if it is possible to break down the carbon in this way gasify as it arises, that is, if it is possible to make the rate of oxidation equal to or approximately equal to the rate of disintegration. Once graphite has precipitated, it is difficult to oxidize, as experiments have shown.
These relationships make the structure, which is also peculiar to the strongly tempered, white cast and which is created with the help of a certain silicon content through the decomposition of iron carbide, understandable, in which remnants of tempered carbon lie in the ferritic or cementitic matrix.
The tempering carbon stored between or in the ferrite crystals is the cause of the inadequate weldability of castings made from malleable cast iron. Under the influence of the high temperatures used during welding, gasification of the tempering carbon takes place, so that the welds expand considerably and porous, holey welds are created.
During the welding, however, the tempering carbon goes into solution with the material of the welding rod and also with the ferrite of the welding point, so that the welding seam itself and its surroundings have a strong cementitic structure again and then become hard and easily brittle.
Building on these findings and based on the fact that the tempering carbon produced during tempering makes the welding of malleable cast iron pieces difficult or even impossible, according to the invention a raw casting of such a composition is used for the production of easily weldable items from malleable cast iron that the nature of the annealing process is changed and this is no longer conducted via the iron carbide decay, but via a gradual direct carbon breakdown of the cementite.
In contrast to the previously used tempering process, a cast iron with 2.2-3.2% C, below 0.6% Si, 0.15-1.2% Mn and below 0.1 0% S is used.
It has been shown that such iron does not tend to decompose iron carbide at the usual annealing temperatures and annealing times, and that here the most essential part of the carbon is removed directly through oxidation and gradual carbon degradation of the iron carbide, so that the graphite which interferes with and hinders welding - or there is no tempering carbon formation.
According to the nature of the process, the C content of the raw casting is set so low according to the invention that the starting material has a low proportion of cementite from the outset. Except that the low silicon content of the raw casting of less than 0.6% has the effect of reducing the rate of carbide disintegration, promoted too.
the weldability of malleable cast iron in general. A high silicon content impairs the weldability of the material due to the silicic acid that forms during welding. In the case of higher Si contents, overheating and thus brittleness of the weld can easily occur.
Similar to the tempering carbon which gasifies during welding, the structure of the weld seams is also disturbed by sulfur contents of over 0.1%, since the S02 gases that form have to escape from their melt and the sulfur reduces the diffusion speed during tempering.
According to the invention, the sulfur content of the Robguss should therefore be below 0.1%. Extensive tests have now shown that the best results can be achieved if the two substances silicon and sulfur are in a very specific relationship to one another in the raw casting. In which by a silicon content of less than 0,
6 "/ o and a sulfur content of less than 0.1% marked area of the weldable malleable cast iron alloys is a field (see attached drawing) in which the raw cast has a very special suitability for the production of weldable malleable cast iron pieces.
Such a raw casting with up to 0.25% silicon may not exceed 0.100% sulfur, a raw casting with 0.3% silicon maximum 0.082% sulfur, with 0,
4% silicon have a maximum of 0.050% sulfur and with 0.50% silicon have a maximum of 0.020% sulfur. These figures roughly describe the delimitation line (.A-B-C-D) of the silicon-sulfur field (B) of malleable cast iron alloys that are particularly easy to weld. Small deviations do not change the character of the curve.
It has been found that the raw cast alloys that lie within the field marked in this way give a malleable cast iron whose weldability with and without welding wire corresponds to that of soft iron. This finding is important because it allows the use of malleable cast iron, especially for pipe connections to be welded, bicycle and automobile parts, as well as for objects whose welded connections require not only high mechanical strength, but also complete tightness.
This fact also makes it possible to work with the welding of P-on malleable cast iron pieces without additional welding material. For example, the connection ends of malleable cast iron fittings can now be provided with a bead and the welding material can be removed from this bead when the fitting is welded together with the pipe ends.
Melting tests have also shown that if the above conditions are met, the melting of the cast iron is also of great importance. It is advantageous to deoxidize the cast iron used according to the invention, especially with regard to its low silicon content, during the melting process and also afterwards as much as possible with aluminum or manganese. Furthermore, it has been shown that setting a reducing atmosphere during the melting process creates particularly favorable conditions.
The electric furnace, as well as oil, coal dust or gas-fired flame or drum furnaces, are advantageously used as melting furnaces.
Since iron carbide decay is ultimately linked to high annealing temperatures, it can still be counteracted by annealing the raw casting at temperatures below 9500 C.
In the above-described manner and taking into account the rules mentioned, thin-walled malleable cast iron pieces, especially fittings or the like, can be made easily weldable, which of course extends their field of application considerably.