CH270087A - Gray cast iron and process for its manufacture. - Google Patents

Gray cast iron and process for its manufacture.

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CH270087A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10Making spheroidal graphite cast-iron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C37/00Cast-iron alloys
    • C22C37/04Cast-iron alloys containing spheroidal graphite

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

  

      Graugu & eisen    und Verfahren zu seiner Herstellung.    Die vorliegende Erfindung bezieht sich  auf ein     Graugusseisen,    dessen Eigenschaften  denen des bekannten Gusseisens überlegen  sind, und zwar insbesondere bezüglich der       Gussfehlerfreiheit,    der Zugfestigkeit und der  Widerstandsfähigkeit gegen Stoss, welche Ei  genschaften begleitet sein können von gerin  ger Härte und guter     Bearbeitbarkeit.     



  Das erfindungsgemässe     Graugusseisen    ist  dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens  0,02 Gewichtsprozente     Cerium    enthält, und       class    der freie Kohlenstoff mindestens teilweise  in     Knöllchenform    vorliegt.  



  Das Verfahren zur Herstellung eines der  artigen     Graugusseisens    ist dadurch gekenn  zeichnet, dass einem geschmolzenen Eisen, wel  ches beim Guss ein nicht mehr als 0,5<B>%</B>     Phos-          hhor    enthaltendes     Graugusseisen    liefert, vor  dem Guss eine solche Menge     Cerium    zugefügt  wird,     class    das Gusseisen mindestens     0,021/o          Cerium    enthält, und dass der freie Kohlen  stoff mindestens teilweise in     Knöllehenform     vorliegt.  



  Als Ausgangsmaterial kann man irgendein  Eisen     verwenden,    das beim Erstarren aus dem       Schmelzfluss        Graugusseisen    liefert; dieses       Oraua        isseisen    kann eine Metallgrundlage auf  weisen, die entweder     perlitisch,        ferritisch     oder ein Gemisch von     Ferrit    und     Perlit    ist,  ferner kann sie auch     austenitisch    oder     mar-          tensitisch    sein.

   Der Phosphorgehalt wird       zweckmässigerweise        0,51/o    nicht überschreiten.    Im folgenden sind, wenn nicht anders be  merkt, sämtliche Prozentangaben als Gewichts  prozente aufzufassen, berechnet auf das feste  Gusseisen nach dem Guss.  



  Im     Graugusseisen    ist der freie Kohlenstoff  oder Graphit normalerweise ganz oder zur  Hauptsache in Form von Lamellen zugegen.  Die Wirkung des zugesetzten     Ceriums    besteht  nun darin, dass es den Graphit mindestens  teilweise in Form von     Knöllchen,    das heisst  von Kügelchen, an Stelle von Lamellen, auf  treten lässt, und unsere Versuche haben ge  zeigt, dass in Gegenwart eines geeigneten An  teils an     Cerium    der freie Kohlenstoff wäh  rend der Abkühlung nach dem Erstarren  vorwiegend oder ganz die     Knöllchenform    an  nimmt.  



  Die Gegenwart von Phosphor wirkt dieser       Knöllchenbildung    entgegen, da er, wenn er in       Mengen        von        mehr        als        0,5        %        zugegen        ist,        die     Auflösung einer genügenden Menge     Cerium     im Eisen bei normaler Schmelz- und Giess  temperatur verhindern kann.  



  Der Schwefelgehalt des Ausgangsmaterials  sollte ebenfalls so niedrig als möglich sein, da  der Schwefel sich vorzugsweise mit dem       Cerium    verbindet, so dass von diesem ein  namhafter Teil in Form von     Ceriumsulfid     verlorengeht, das, selbst wenn es im Guss  eisen zurückgehalten wird, für die     Knöllchen-          bildung    unwirksam ist.

   'Wenn also beispiels  weise das Ausgangsmaterial mehr Schwefel  enthält, so muss entsprechend mehr     Cerium         zugesetzt werden, damit das     Graugusseisen     genügend wirksames, das heisst mindestens       0,02%        Cerium        enthält.        Da        nun        Cerium        ein     sehr kostspieliges Material ist, so ist es aus  wirtschaftlichen     und    technischen Gründen  zweckmässig,

   das Ausgangsmaterial vor der       Zusetzung    des     Ceriums    einer     Entschwefelung     nach irgendeiner der bekannten Methoden zu  unterwerfen, damit der     Schwefelgehalt    des       Ausgangsmaterials        0,02        %        nicht        übersteigt.     



  Der Kohlenstoffgehalt des Ausgangsmate  rials kann in weiten Grenzen schwanken. Er  kann z. B. so hoch sein, dass er ein Gusseisen       mit        etwa        2,0        %,        aber        auch        ein        solches        mit          mehr        als        4,

  2        %        Kohlenstoff        liefert.        Gute        Er-          gebnisse    wurden erhalten mit     übereutekti-          schen        Eisen-Kohlenstofflegierungen,    z. B. mit  solchen, die nach dem Guss     einen    Prozent  gehalt an Kohlenstoff aufweisen, der grösser  ist als 4,3 -     -/3    (P     +        Si),       wobei P und     Si    die Prozentgehalte des Guss  eisens an Phosphor     bzw.    Silizium bedeuten.

    Wenn die angewendete Legierung     untereutek-          tisch    ist, wenn also der Prozentgehalt an  Kohlenstoff in der     Legierung    kleiner ist als  die durch die vorstehende Formel angegebene  Zahl, so ist es zweckmässig, dass die     Legie-          rung    Nickel enthält, und zwar in einem     Pro-          zentsatz,        dass        ein        Gusseisen        mit        10        bis        40        %     Nickel entsteht.  



  Das Ausgangsmaterial wird natürlich auch  Silizium enthalten, und zwar wird der     Sili-          ziumgehalt    desselben     zweckmässigerweise    2,3       bis        7,0        %        betragen.        Wir        haben        jedoch        beob-          achtet,    dass für die Zwecke der vorliegenden  Erfindung     ein    Gehalt von weniger als 2,3 0/0       Siliziiun        ausgeglichen    werden kann (siehe un  ten, Beispiel 7)

   durch Anwesenheit von Nickel       imd/oder        Kupfer        in        geeigneten        Mengen        (3        %     Nickel und/oder Kupfer sind in dieser     Hin-          sicht        gleichwertig        mit        1%        Silizium).        Es        kann     aber auch dein geschmolzenen Ausgangsmate  rial ein -     siliziumhaltiges    Material zugefügt  werden,

   und zwar entweder vor oder zweck  mässiger nach dem Zusatz des     Ceriums    (siehe  unten, Beispiel 4).    Das als Ausgangsmaterial verwendete     Ei-          sen        kann        0,5        bis        7,0        %        Mangan        enthalten;     derartige Mengen sind ohne     Einfhzss    auf das  Ergebnis des erfindungsgemässen Verfahrens.  



  Ferner kann das als Ausgangsmaterial ver  wendete Eisen andere Bestandteile enthalten  oder mit solchen versetzt sein, z. B. Chrom bis       zu    4     %,        Molybdän        bis        zu    2     %        und        Vanadium          bis        zu    2     %;

          vorausgesetzt,        dass        diese        Eisen     ihren wesentlichen Charakter beibehalten, das  heisst dass sie     Graugusseisen    liefern, beein  trächtigen auch diese Elemente die Wirkung  der erfindungsgemässen     Verbesserung    nicht.  



  Die Wirkung des     Ceriums    bei der Bildung  der     Knöllchenstruktur    kann noch verstärkt  werden durch Behandlung der Schmelze mit  einem Zusatzstoff vor dem Zusatz des     Ce-          riums,    sie kann aber noch weiter verstärkt  werden, durch Behandlung der Schmelze mit  einem Zusatzstoff nach der Zufügung des       Ceriums.    Solche Zusatzstoffe können solche  sein, die die     Kohlenstoffausseheidung    begün  stigen, wie z.

   B.     Ferrosilizium,        Kalziumsilizid,     Silizium, Aluminium, Graphit oder Silizium  legierungen, die Kalzium, Aluminium, Man  gan,     Titanium    oder     Zirkonium    enthalten. Bei  Gegenwart von     Cerium    hat nämlich der Koh  lenstoff die Tendenz, sich um Kerne herum  in Form von     Knöllchen    aufzubauen; wenn  das mit     Cerium    behandelte Metall noch mit  einem die     Kohlenstoffausscheidung    begünsti  genden Mittel behandelt wird, so scheidet sich  der Graphit meistens vollständig in     Knöll-          chenform    auf den genannten Kernen ab.  



  Das     Cerium    kann in irgendeiner geeig  neten Form zugesetzt werden, entweder als  reines metallisches     Cerium,    als Mischmetall,       Ferrocerium,        Ceriumkarbid    oder als sonstige       Ceriumlegierung.    Wir vermeiden vorzugsweise  die Verwendung von Magnesium enthaltenden       Ceriumlegierungen,    da Magnesium anschei  nend die Lösung des     Ceriums    im Eisen er  schwert.     Gewünsehtenfalls    kann das     Cerium     in Form einer reduzierbaren     Ceriumverbin-          dung    angewendet werden.

   Wie bereits er  wähnt, ist     Ceriumsulfid    für die Zwecke der  Erfindung unwirksam und sollte vermieden  werden.           Wenn        nian    das     Cerium    zum geschmolzenen  Eisen hinzufügt, so treten Verluste am ge  nannten Element ein, die je nach dem Typus  des angewendeten Schmelzofens variieren. Die  Verluste sind am geringsten, wenn das als  Ausgangsmaterial dienende Eisen in einem       finit    Gas oder festem Brennstoff geheizten       Tiegelofen    oder in     einem    elektrisch geheizten  Induktionsofen oder in einem mit flüssigem  Brennstoff geheizten drehbaren Ofen ge  schmolzen wird.

   Grössere Verluste an     Ce-          rium    treten ein in direkt oder indirekt  beheizten elektrischen     Lichtbogenöfen    und  in     Drehrohröfen,    die mit Gas oder mit       pulverförmigem    Brennstoff geheizt werden.  Noch grösser sind die Verluste, wenn     das    Me  tall im     Kupolofen    geschmolzen wird.  



  Die Bemessung der     Ceriummenge,    die dem  Ausgangsmaterial zugesetzt werden soll, ist  wichtig. Wenn     Cerium    allein als Zusatz in  Frage kommt und der     Cergehalt    in den       (.;ussstücken    zu hoch bemessen wird, so bildet  sich     Weissgusseisen.    Für ein     Gussstüek    irgend  einer gegebenen     Querschnittsgrösse    besteht  eine     'Maximalgrenze    betreffend den     Cerium-          zusatz,    die nicht überschritten werden darf,  wenn die Bildung von     Weissgusseisen    vermie  den werden soll.

   Unter   Querschnitts       grösse      ist dabei die Dicke des     Guss-          btückes    an der Stelle des geringsten Quer  sehnittes zu verstehen. In der folgenden Ta  belle 1 sind die ungefähren maximal zuläs  sigen     Ceriunimengen    für     Gussstücke    verschie  dener     Querschnittsgrösse    angegeben, die keine  andern Zusätze enthalten. Natürlich ist die       Erfindun-    nicht     auf        (lussstücke    irgendeiner  besonderen     Querschnittsgrösse    beschränkt.

    
EMI0003.0035     
  
    <I>Tabelle <SEP> I.</I>
<tb>  Querschnittsgrösse <SEP> Maximalgehalt <SEP> an
<tb>  Cerium <SEP> zur <SEP> Vermeidung
<tb>  in <SEP> cm <SEP> von <SEP> Weissgusseisen
<tb>   'eiliger <SEP> als <SEP> 0,63 <SEP> 0,03
<tb>  0,63 <SEP> bis <SEP> 1,1<B>'</B>0,06
<tb>  1,12 <SEP> bis <SEP> 1,6 <SEP> 0,10
<tb>  1,6 <SEP> bis <SEP> 2,2-1 <SEP> 0,16
<tb>  2,24 <SEP> bis <SEP> 2,86 <SEP> 0,20
<tb>  2,86 <SEP> bis <SEP> 3,8 <SEP> 0,25       Für jede     Querschnittsgrösse    beträgt der  zur     Herheifülirung    des gewünschten     Resul-          tates    erforderliche Minimalgehalt an     Cerium     0,02 bis 0,03  !o.

   Die Zufügung von mehr als  diesen Minimalanteil, beispielsweise von bis zu       0,5        %,        kann        jedoch        Sicherheit        dafür        gewäh-          ren,        class    jeder Teil des     Gussstückes    zum we  nigsten den Minimalgehalt an     Cerium    auf  weist. Ausserdem kann, wie unten in Beispiel  2 gezeigt wird, die Zufügung von mehr       Cerium,    innerhalb der angegebenen Grenzen,  die Verbesserung der Eigenschaften noch er  höhen.

      Wenn auf den Zusatz von     Cerium    ein  solcher eines die     Kohlenstoffausscheidung    be  günstigenden Mittels, dessen Teilchen even  tuell als Kerne bei der     Knöllchenbildung    wir  ken können, folgt, so ist eine Beschränkung  des     Cerium-Prozentgehaltes    auf die in Ta  belle I angegebenen Maximalwerte nicht er  forderlich, und der zur Erzielung der besten  mechanischen Eigenschaften erforderliche Be  trag kann ohne Gefahr der Bildung von     Weiss-          01usseisen    zugefügt werden.  



  Die erfindungsgemäss hergestellten     Guss-          eisensorten    können     gewünsehtenfalls    einer       1V        ärmebehandhing    zwecks weiterer     Verbesse-          rung    ihrer mechanischen Eigenschaften unter  worfen werden. Verfahren zur Spannungs  verminderung, zur     Enthärtung    durch Anlas  sen, zur Normalisierung, zur Abschreckung  und. zum Tempern können angewendet wer  den, um speziellen Anforderungen zu genü  gen.

   Diese Verfahren ändern nichts an der       Knöllchenstruktur    des Kohlenstoffes, sondern  beeinflussen nur die metallische     CTrundsuli-          stanz.     



  Der Zusatz des     Cers    zum geschmolzenen  Eisen kann bei jeder Temperatur erfolgen,  die gewöhnlich bei Gusseisen vor dem Guss  angewendet     wird.    Das     Cer    löst sich in befrie  digendem Mass bei allen Temperaturen ober  halb von 1200  C, es ist aber vorteilhaft, hö  here Temperaturen anzuwenden. Im Falle der       Vexnv    endeng von     übereutektischen        Gusseisen-          sorten    sollte das     Cerium    zugesetzt werden,  bevor ein     nennenswerter    Betrag von festem      Graphit aus der Schmelze ausgeschieden  wurde.  



  Die erfindungsgemäss hergestellten     cerhal-          tigen    Gusseisen besitzen verbesserte mecha  nische Eigenschaften, wie z. B. Biegefestig  keit, Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Scher  festigkeit, Schlagfestigkeit, höheren     Elastizi-          tätsmodul    und höhere Ermüdungsfestigkeit  bei allen Temperaturen. Ausserdem zeigt das  Metall ein gewisses Mass von     Duktilität.     



  <I>Beispiele:</I>  <I>1. Einfacher Zusatz von</I>     Cerium.     Ein Roheisen mit einem Gehalt an  
EMI0004.0007     
  
    Gesamtkohlenstoff <SEP> 4,07%
<tb>  Silizium <SEP> 2,60%
<tb>  Mangan <SEP> 0,63%
<tb>  Schwefel <SEP> 0,0141/o
<tb>  Phosphor <SEP> <B>0,0280/0</B>       wurde in einem     Tiegelofen        geschmolzen    und       ziz    Probestäben von vier verschiedenen Grössen  vergossen.  



  Eine zweite Portion des gleichen Roheisens  wurde geschmolzen, mit     Cer    versetzt und zu  einem gleichen Satz von Probestäben -vergos  sen. Die beiden Sätze der Probestäbe zeigten  bei der Analyse  
EMI0004.0012     
  
    Geschmolzenes
<tb>  G <SEP> Geschmolzenes
<tb>  Roheisen <SEP> Roheisen <SEP> mit
<tb>  R
<tb>  Cerzusatz
<tb>  Gesamtkohlenstoff <SEP> 3,851)/o <SEP> 3,83%
<tb>  Silizium <SEP> 2,47% <SEP> 2,471/o
<tb>  Mangan <SEP> 0,5511/o <SEP> <B>0,530/0</B>
<tb>  Schwefel <SEP> 0,015% <SEP> <B>0,0101/0</B>
<tb>  Phosphor <SEP> 0,0241/0 <SEP> 0,0231/o
<tb>  Cerium <SEP> - <SEP> 0,0461/o       und ergaben folgende Prüfresultate:

    
EMI0004.0013     
  
    Durchmesser <SEP> Biegefestigkeit <SEP> Durchbiegung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Kerbzähigkeit
<tb>  der <SEP> Brinellhärte
<tb>  in <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> m/kg
<tb>  Probestäbe
<tb>  in <SEP> cm <SEP> ohne <SEP> Ce <SEP> mit <SEP> Ce <SEP> ohne <SEP> Ce <SEP> mit <SEP> Ce <SEP> ohne <SEP> Ce <SEP> mit <SEP> Ce <SEP> ohne <SEP> Ce <SEP> mit <SEP> Ce <SEP> ohne <SEP> Ce <SEP> mit <SEP> Ce
<tb>  5,3 <SEP> 3338,6 <SEP> 5433,5 <SEP> 0,58 <SEP> 0,63 <SEP> 1464 <SEP> 2913,5 <SEP> 153 <SEP> 164 <SEP> - <SEP>   3,0 <SEP> 3905,6 <SEP> 6898,4 <SEP> 0,73 <SEP> 1,27 <SEP> 2047 <SEP> 3370,2 <SEP> 163 <SEP> 185 <SEP> - <SEP>   2,18 <SEP> 4650,2 <SEP> 7669,9 <SEP> 0,48 <SEP> 0,81 <SEP> 2440,5 <SEP> 3496,4 <SEP> 185 <SEP> 195 <SEP> 1,79 <SEP> 6,2<B>1</B>
<tb>  1,5 <SEP> 5339,2 <SEP> 9828,2 <SEP> 0,40 <SEP> 0,76 <SEP> 2913,

  5 <SEP> 4567 <SEP> 202 <SEP> 231 <SEP> - <SEP> -       Die aus dem nicht mit     Cerium    behandelten  Material gegossenen Stäbe besassen die nor  male     Lamellenstruktur    des Graphits, während  die aus dem mit     Cerium    behandelten Material  gegossenen Stäbe Strukturen mit einem be  trächtlichen Anteil an     knöllchenförmigem     Graphit aufwiesen.    <I>2.</I>     Steigende        Cer-Zusätze.     



  Fünf Probestäbe, je 60 ein lang und  7,5 cm im Durchmesser wurden in     Grünsand-          formen    aus einem Metall gegossen, das vor  dem Schmelzen folgende Zusammensetzung  hatte  
EMI0004.0022     
  
    Gesamtkohlenstoff <SEP> 3,791/o
<tb>  Silizium <SEP> 2,80 <SEP> %
<tb>  Mangan <SEP> 0,53 <SEP> 0/0
<tb>  Phosphor <SEP> <B>0)0280/0</B>
<tb>  Schwefel <SEP> 0,0151/o       In jedem Fall wurde die geeignete Metall  menge in eine Giesspfanne zum Guss abgezapft.  Der erste Stab wurde ohne besondere Behand  lung gegossen, die übrigen dagegen wurden  gegossen nach     zunehmend    grösseren Zusätzen    von     Cer    zu dem in der Giesspfanne befind  lichen geschmolzenen Metall.

   Der     Cergehalt     jedes Stabes wurde durch Analyse bestimmt,  und die Prüfung der mechanischen     Eigen-          sehaften    ergab folgende Resultate:    
EMI0005.0001     
  
    Stab <SEP> Biegefestigkeit <SEP> Durchbiegung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Cergehalt
<tb>  N <SEP> r. <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> Brinellhärte <SEP> in <SEP> 0@0
<tb>  1 <SEP> 21.41,8 <SEP> 0,53 <SEP> 1054,9 <SEP> 98 <SEP> 0
<tb>  2 <SEP> 5983 <SEP> 0,53 <SEP> 2819,<B>2</B> <SEP> 167 <SEP> 0,040
<tb>  :

  l <SEP> 7223,5 <SEP> 0,88 <SEP> 3527,8 <SEP> 176 <SEP> 0,053
<tb>  4 <SEP> 7.196,8 <SEP> 0,86 <SEP> 3780 <SEP> 181. <SEP> 0,072
<tb>  8001,4 <SEP> 1,06 <SEP> 4142,1 <SEP> 179 <SEP> 0,101            1)er        Versuelisstab    Nr. l     zeigte    die normale       ,iIoüe        Lamelleiistruktur    des Graphits. Beim       Stab    Nr. 2 war ein Teil des Graphits in     Knöll-          ehenstruktur    vorhanden.

   Mit zunehmendem       Ceriumgehalt    in der Reihe der Stäbe     Nr.3,     4 und 5 nahm auch der Gehalt an     knöllchen-          förniiaein    Graphit zu, bis im Stab     Nr.5    der    Graphit nahezu vollständig in     Knöllchenform          vorhanden    war.  



  <I>3.</I>     Behandlung        vor   <I>dem Zusatz von</I>     Cerium.     Drei Probestäbe mit einem Durchmesser       von.    7,5 ein wurden aus einem Metall gegos  sen, das vor dem Schmelzen enthielt:  
EMI0005.0021     
  
    Gesamtkohlenstoff <SEP> 3,631/o
<tb>  Silizium <SEP> 2,651)/o
<tb>  Mangan <SEP> 0,48%
<tb>  Schwefel <SEP> 0,030%
<tb>  Phosphor <SEP> 0,0301/o       Drei Proben des in Giesspfannen enthal  tenen     Metalles    wurden mit der gleichen     Cer-          menge    in jedem Falle behandelt.

   Dem in       der    ersten Pfanne enthaltenen Metall wurde  sonst nichts zugesetzt und daraus der Stab       Nr.1    gegossen. Für den Stab Nr. 2 aus der  zweiten Giesspfanne wurden dem Metall vor  dein Zusatz des     Ceriums    0,2 Gewichtsteile Alu-         ininium    auf je 100 Teile Metall zugesetzt. Für  den Stab Nr. 3 aus der dritten Giesspfanne  wurden dem Metall vor dem Zusatz des     Ce-          riums    0,4 Gewichtsteile     Kalziumsilizid    auf je  <B>100</B> Teile Metall zugesetzt.  



  Die Ergebnisse der     Cerbestimmung    und  der Prüfung der mechanischen Eigenschaften  der drei Stäbe waren folgende:  
EMI0005.0033     
  
    Stab <SEP> Biegefestigkeit <SEP> Durchbiegung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Cergehalt
<tb>  Nr. <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> Brinellhärte <SEP> in
<tb>  1 <SEP> 5827 <SEP> 0,88 <SEP> 3071 <SEP> 166 <SEP> 0,044
<tb>  2 <SEP> 7354,9 <SEP> 1,4 <SEP> 4157,8 <SEP> 170 <SEP> 0,051
<tb>  3 <SEP> 8159,4 <SEP> 1,62 <SEP> 4252 <SEP> 173 <SEP> 0,061       Der Versuchsstab Nr. 1 enthielt     knöllehen-          fürinigen    Graphit zusammen mit     lamellen-          förmigein.    Der Stab Nr.

   2 enthielt mehr     knöll-          chenförmigen    Graphit, und noch mehr solcher       knöllehenförmiger    Graphit war im Stab Nr. 3  enthalten.  



       E.        Behandlung   <I>nach dem</I>     Cerzusatz.     



       1)er    Inhalt von zwei Giesspfannen, wobei  der von     Nr.1    mit     Cerium    allein behandelt  wurde, während der von Nr. 2 zuerst mit       C,eriuni    und dann durch einen Zusatz von         Ferrosilizium,    das Mangan und     Zirkon    ent  hielt, behandelt wurde, zeigte folgendes Ana  l     vsenergebnis     
EMI0005.0051     
  
    Nr. <SEP> 1 <SEP> Nr.

   <SEP> 2
<tb>  Gesamtkohlenstoff <SEP> 3,77% <SEP> 3,62%
<tb>  Silizium <SEP> 2,65% <SEP> 2,761)/o
<tb>  Mangan <SEP> 0,49% <SEP> 0,52%
<tb>  Schwefel <SEP> <B>0,0091/0</B> <SEP> 0,007%
<tb>  Phosphor <SEP> 0,030% <SEP> <B>0,0321/o</B>
<tb>  Cerium <SEP> 0,0551/o <SEP> 0,0381/o
<tb>  Zirkonium <SEP> - <SEP> 0,006%         Mit Probestäben von 3 cm Durchmesser wurden folgende mechanische Eigenschaften  festgestellt  
EMI0006.0001     
  
    Stab <SEP> Biegefestigkeit <SEP> Durchbiegung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Kerbzähigkeit
<tb>  Nr.

   <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> Brinellhärte <SEP> in <SEP> m/kg
<tb>  1 <SEP> 6930 <SEP> 1,22 <SEP> 3716,8 <SEP> 190 <SEP> 4,83
<tb>  2 <SEP> 8709,9 <SEP> 2,28 <SEP> 4834,9 <SEP> 209 <SEP> 11,316       Der Probestab     Nr.1    enthielt     knöllchen-          förmigen    Graphit zusammen mit einer gerin  gen Menge von     lamellenförmigem    Graphit.  Der Stab     Nr.2    wies vollständig     knöllchen-          förmige        Graphitstruktur    auf.  



  <I>5.</I>     Austenitisehes   <I>Eisen.</I>  



       Ein    Nickel     und    Kupfer enthaltendes     au-          stenitisehes    Eisen der Zusammensetzung  
EMI0006.0015     
  
    Kohlenstoff <SEP> 2,661/o
<tb>  gebunden <SEP> 0,58%
<tb>  graphitisch <SEP> 2,081/o
<tb>  Silizium <SEP> 2,56%
<tb>  Mangan <SEP> 1,16 <SEP> 0/0
<tb>  Schwefel <SEP> 0,0510/0     
EMI0006.0016     
  
    Phosphor <SEP> 0,067(1/o
<tb>  Nickel <SEP> 15,371/o
<tb>  Kupfer <SEP> 6,471/o
<tb>  Chrom <SEP> 0,83%       wurde in einem drehbaren, mit flüssigem  Brennstoff geheizten Ofen geschmolzen.  Probestäbe wurden mit und ohne Zusatz von       Cermischmetall    gegossen.

   Die mit     Cerium    be  handelten Stäbe zeigten bei der Analyse einen       Ceriumgehalt    von     0,0251/o          Schwefelgehalt        von        0,013        %.     



  Die Probestäbe ergaben bei der mechanischen  Prüfung folgende Resultate  
EMI0006.0025     
  
    Durchmesser <SEP> Biegefestigkeit <SEP> Durchbiegung <SEP> Zugfestigkeit
<tb>  des <SEP> Stabes <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> Brinellhärte
<tb>  in <SEP> cm <SEP> ohne <SEP> Cer <SEP> mit <SEP> Cer <SEP> ohne <SEP> Cer <SEP> mit <SEP> Cer <SEP> ohne <SEP> Cer <SEP> mit <SEP> Cer <SEP> ohne <SEP> Cer <SEP> mit <SEP> Cer
<tb>  4,0 <SEP> 3023,6 <SEP> 6425,6 <SEP> 1,01 <SEP> 2,0 <SEP> 1086,7 <SEP> 2787,6 <SEP> 112 <SEP> 156
<tb>  3,0 <SEP> 3260 <SEP> 6394 <SEP> 1,4 <SEP> 2,6 <SEP> 1228,5 <SEP> 2929,2 <SEP> 111 <SEP> 160
<tb>  2,08 <SEP> 3606 <SEP> 6504,4 <SEP> 1,27 <SEP> 2,3 <SEP> 1575,7 <SEP> 3401,8 <SEP> 115 <SEP> 154
<tb>  1,5 <SEP> 3417 <SEP> 7024 <SEP> 0,5 <SEP> 1,26 <SEP> 1545,4 <SEP> 2866,

  2 <SEP> 124 <SEP> 172       Die nicht mit     Cerium    behandelten Stäbe  besassen die normale     Graphitstruktur    in La  mellenform, während die mit     Ceriiun    behan  delten Stäbe vollständig     knöllchenförmige          Graphitstruktur    aufwiesen.  



  <I>6.</I>     Austenitisches   <I>Eisen.</I>       Wechselnde    Mengen von     Cerium    wurden  einem     austenitischen    Eisen zugesetzt, das in  einem indirekt geheizten elektrischen Licht  bogenofen geschmolzen war.

   Das ursprüng  lich angewendete Eisen enthielt:  
EMI0006.0035     
  
    Gesamtkohlenstoff <SEP> 2,92%
<tb>  Silizium <SEP> 2,51%     
EMI0006.0036     
  
    Mangan <SEP> 0,51%
<tb>  Schwefel <SEP> 0,020%
<tb>  Phosphor <SEP> 0,040%
<tb>  Nickel <SEP> 12,791/o
<tb>  Kupfer <SEP> 6,61%       Fünf Probestäbe zeigten folgende Ergebnisse  
EMI0006.0037     
  
    Stab <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Cergehalt
<tb>  Nr. <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> in
<tb>  1 <SEP> 1291,5
<tb>  2 <SEP> 1338,7 <SEP> 0,009
<tb>  3 <SEP> 2567,1 <SEP> 0,031
<tb>  4 <SEP> 3543,5 <SEP> 0,046
<tb>  5 <SEP> 4095 <SEP> 0,058         Der Probestab Nr.

   1 aus nicht     behandel-          iem    Metall zeigte die normale     Lamellenstruk-          tur    des     (rraphits.    Probestab     Nr.2,    der eine       urigenügende        Ceriummenge    enthielt, zeigte  eine ähnliche Struktur.

   Der Probestab     Nr.3     enthielt zahlreiche     Gra.phitknöllehen.    Im       Probestab        Nr.4    war die Zahl der Graphit  knöllchen noch grösser, während im Stab       1r.5    der gesamte     Crraphit    in     Knöllchenform     vorlag.  



  <I>i. Legiertes Eisen.</I>  



  Dieses Beispiel     zeigt    die Wirkung des     Cer-          zusatzes    zu einer Eisenlegierung mit gerin  gem     Siliziumgehalt,    wobei der Mangel an    Silizium durch geeigneten     Zusatz    von Nickel  ausgeglichen wurde.  



  Die Analyse ergab  
EMI0007.0021     
  
    Gesamtkohlenstoff <SEP> 3,831/o
<tb>  Silizium <SEP> 1,601/o
<tb>  Mangan <SEP> 0,48%
<tb>  Schwefel <SEP> 0,0120/0
<tb>  Phosphor <SEP> 0,026%
<tb>  Nickel <SEP> <B>2,581/0</B>            Probestäbe,    die mit und ohne     Cerzusatz          (der        gemäss        Analyse        0,046        %        betrug)        herge-          stellt    wurden, ergaben folgende Resultate:

    
EMI0007.0032     
  
    Durchmesser <SEP> Biegefestigkeit <SEP> Zugfestigkeit
<tb>  der <SEP> Stäbe <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> in <SEP> kg/cm2 <SEP> Brinellhärte
<tb>  in <SEP> cm <SEP> ohne <SEP> Cer <SEP> mit <SEP> Cer <SEP> ohne <SEP> Cer <SEP> mit <SEP> Cer <SEP> ohne <SEP> Cer <SEP> mit <SEP> Cer
<tb>  4,0 <SEP> 4441,4 <SEP> 6740,6 <SEP> <B>1</B>763,6 <SEP> .1126,4 <SEP> 191 <SEP> 255
<tb>  3,0 <SEP> 4362,6 <SEP> 7685,6 <SEP> 2126 <SEP> 5046 <SEP> 209 <SEP> 272
<tb>  2,18 <SEP> 4913,6 <SEP> 8725,3 <SEP> 2265,8 <SEP> 5496,3 <SEP> 207 <SEP> 278       Die Probestäbe aus unbehandeltem Metall  zeigten die normale     Laniellenstruktur,    wäh  rend in den     Stäben    mit     Ceriumzusatz    der ge  samte Graphit in     Knöllchenstruktur    vorlag.



      Gray cast iron and process for its manufacture. The present invention relates to a gray cast iron whose properties are superior to those of the known cast iron, in particular with regard to freedom from casting defects, tensile strength and impact resistance, which properties can be accompanied by low hardness and good machinability.



  The gray cast iron according to the invention is characterized in that it contains at least 0.02 percent by weight cerium and the free carbon is at least partially in the form of nodules.



  The method for producing such a gray cast iron is characterized in that a molten iron, which during casting delivers a gray cast iron containing no more than 0.5% phosphorus, is given such an amount prior to casting Cerium is added, class the cast iron contains at least 0.021 / o cerium, and that the free carbon is at least partially in the form of knolllehen.



  Any iron can be used as the starting material which, when solidified from the melt flow, yields gray cast iron; This Oraua iron can have a metal base that is either pearlitic, ferritic or a mixture of ferrite and pearlite, and it can also be austenitic or martensitic.

   The phosphorus content will expediently not exceed 0.51 / o. Unless otherwise noted, all percentages below are to be interpreted as percentages by weight, calculated on the solid cast iron after casting.



  In gray cast iron, the free carbon or graphite is normally present entirely or mainly in the form of lamellae. The effect of the added cerium is that it causes the graphite to appear at least partially in the form of nodules, i.e. balls instead of lamellas, and our tests have shown that in the presence of a suitable amount of cerium the free carbon during cooling after solidification predominantly or entirely takes on the form of nodules.



  The presence of phosphorus counteracts this formation of nodules, since if it is present in amounts of more than 0.5%, it can prevent a sufficient amount of cerium from dissolving in iron at normal melting and casting temperature.



  The sulfur content of the starting material should also be as low as possible, since the sulfur combines preferentially with the cerium, so that a considerable part of this is lost in the form of cerium sulfide, which, even if it is retained in the cast iron, is essential for the nodule- education is ineffective.

   If, for example, the starting material contains more sulfur, a correspondingly larger amount of cerium has to be added so that the gray cast iron contains sufficiently effective, i.e. at least 0.02%, cerium. Since cerium is a very expensive material, it is expedient for economic and technical reasons

   subjecting the feedstock to desulphurisation by any of the known methods prior to the addition of the cerium, so that the sulfur content of the feedstock does not exceed 0.02%.



  The carbon content of the starting material can fluctuate within wide limits. He can z. B. be so high that it is a cast iron with about 2.0%, but also one with more than 4,

  Provides 2% carbon. Good results have been obtained with hypereutectic iron-carbon alloys, e.g. B. with those that have a percentage of carbon after casting that is greater than 4.3 - - / 3 (P + Si), where P and Si mean the percentage of phosphorus and silicon in the cast iron.

    If the alloy used is hypothetical, i.e. if the percentage of carbon in the alloy is less than the number given by the above formula, it is advisable that the alloy contains nickel in a percentage that is that a cast iron with 10 to 40% nickel is produced.



  The starting material will of course also contain silicon, namely the silicon content of the same will expediently be 2.3 to 7.0%. However, we have observed that, for the purposes of the present invention, a content of less than 2.3% silicon can be compensated for (see example 7 below)

   due to the presence of nickel and / or copper in suitable quantities (3% nickel and / or copper are equivalent to 1% silicon in this respect). However, a silicon-containing material can also be added to your molten starting material,

   either before or more appropriately after the addition of the cerium (see below, Example 4). The iron used as the starting material can contain 0.5 to 7.0% manganese; such amounts do not affect the result of the process according to the invention.



  Furthermore, the iron used as a starting material may contain other components or be mixed with such, eg. B. Chromium up to 4%, molybdenum up to 2% and vanadium up to 2%;

          provided that these irons retain their essential character, that is to say that they provide gray cast iron, these elements also do not impair the effect of the improvement according to the invention.



  The effect of the cerium in the formation of the nodular structure can be increased by treating the melt with an additive before the addition of the cerium, but it can be further increased by treating the melt with an additive after the addition of the cerium. Such additives can be those that favor the carbon precipitation, such as.

   B. ferrosilicon, calcium silicide, silicon, aluminum, graphite or silicon alloys containing calcium, aluminum, Man gan, titanium or zirconium. In the presence of cerium, the carbon has a tendency to build up around cores in the form of nodules; if the metal treated with cerium is also treated with an agent that promotes carbon precipitation, the graphite is usually completely deposited in the form of nodules on the cores mentioned.



  The cerium can be added in any suitable form, either as pure metallic cerium, as misch metal, ferrocerium, cerium carbide or as another cerium alloy. We prefer to avoid the use of magnesium-containing cerium alloys, since magnesium apparently makes it difficult to dissolve the cerium in the iron. If desired, the cerium can be used in the form of a reducible cerium compound.

   As already mentioned, cerium sulfide is ineffective for the purposes of the invention and should be avoided. When the cerium is added to the molten iron, losses of the element mentioned occur which vary according to the type of furnace used. The losses are lowest when the iron used as the starting material is melted in a crucible furnace heated with finite gas or solid fuel or in an electrically heated induction furnace or in a rotatable furnace heated with liquid fuel.

   Larger losses of cerium occur in directly or indirectly heated electric arc furnaces and in rotary kilns that are heated with gas or fuel in powder form. The losses are even greater if the metal is melted in the cupola furnace.



  It is important to measure the amount of cerium to be added to the starting material. If only cerium is used as an additive and the cerium content in the (.; Castings is too high, white cast iron is formed. For a casting of any given cross-sectional size, there is a maximum limit for the cerium addition, which must not be exceeded. if the formation of white cast iron is to be avoided.

   The cross-sectional size is to be understood as the thickness of the casting at the point of the smallest cross-section. The following table 1 shows the approximate maximum permissible cerium quantities for castings of various cross-sectional sizes that do not contain any other additives. Of course, the invention is not limited to flow pieces of any particular cross-sectional size.

    
EMI0003.0035
  
    <I> Table <SEP> I. </I>
<tb> cross-section size <SEP> maximum salary <SEP>
<tb> Cerium <SEP> to avoid <SEP>
<tb> in <SEP> cm <SEP> of <SEP> white cast iron
<tb> '<SEP> more urgent than <SEP> 0.63 <SEP> 0.03
<tb> 0.63 <SEP> to <SEP> 1.1 <B> '</B> 0.06
<tb> 1.12 <SEP> to <SEP> 1.6 <SEP> 0.10
<tb> 1.6 <SEP> to <SEP> 2.2-1 <SEP> 0.16
<tb> 2.24 <SEP> to <SEP> 2.86 <SEP> 0.20
<tb> 2.86 <SEP> to <SEP> 3.8 <SEP> 0.25 For each cross-sectional size, the minimum cerium content required to achieve the desired result is 0.02 to 0.03! o.

   The addition of more than this minimum proportion, for example up to 0.5%, can, however, guarantee that each part of the casting has at least the minimum cerium content. In addition, as shown in Example 2 below, the addition of more cerium, within the stated limits, can increase the property improvement.

      If the addition of cerium is followed by an agent that promotes carbon precipitation, the particles of which can possibly act as nuclei in the formation of nodules, then it is not necessary to limit the cerium percentage to the maximum values given in Table I, and the amount necessary to achieve the best mechanical properties can be added without the risk of the formation of white iron.



  The types of cast iron produced according to the invention can, if desired, be subjected to a 1V heat treatment for the purpose of further improving their mechanical properties. Process for reducing stress, for softening by tempering, for normalizing, for deterring and. can be used for tempering to meet special requirements.

   These processes do not change anything in the nodular structure of the carbon, but only influence the metallic Ctrundsulfance.



  The cerium can be added to the molten iron at any temperature that is commonly used for cast iron prior to casting. The cerium dissolves to a satisfactory degree at all temperatures above 1200 C, but it is advantageous to use higher temperatures. In the case of hypereutectic cast irons, the cerium should be added before a significant amount of solid graphite has separated from the melt.



  The cerium-containing cast irons produced according to the invention have improved mechanical properties, such as B. flexural strength, tensile strength, compressive strength, shear strength, impact strength, higher modulus of elasticity and higher fatigue strength at all temperatures. In addition, the metal shows a certain degree of ductility.



  <I> Examples: </I> <I> 1. Simple addition of </I> Cerium. A pig iron with a content of
EMI0004.0007
  
    Total carbon <SEP> 4.07%
<tb> silicon <SEP> 2.60%
<tb> Manganese <SEP> 0.63%
<tb> sulfur <SEP> 0.0141 / o
<tb> Phosphorus <SEP> <B> 0.0280 / 0 </B> was melted in a crucible furnace and sample bars of four different sizes were cast.



  A second portion of the same pig iron was melted, cerium added and cast into an equal set of test bars. The two sets of test bars showed upon analysis
EMI0004.0012
  
    Melted
<tb> G <SEP> Melted things
<tb> Pig iron <SEP> Pig iron <SEP> with
<tb> R
<tb> Cerium additive
<tb> total carbon <SEP> 3.851) / o <SEP> 3.83%
<tb> silicon <SEP> 2.47% <SEP> 2.471 / o
<tb> Manganese <SEP> 0.5511 / o <SEP> <B> 0.530 / 0 </B>
<tb> Sulfur <SEP> 0.015% <SEP> <B> 0.0101 / 0 </B>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.0241 / 0 <SEP> 0.0231 / o
<tb> Cerium <SEP> - <SEP> 0.0461 / o and gave the following test results:

    
EMI0004.0013
  
    Diameter <SEP> flexural strength <SEP> deflection <SEP> tensile strength <SEP> notch toughness
<tb> the <SEP> Brinell hardness
<tb> in <SEP> kg / cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> in <SEP> m / kg
<tb> test bars
<tb> in <SEP> cm <SEP> without <SEP> Ce <SEP> with <SEP> Ce <SEP> without <SEP> Ce <SEP> with <SEP> Ce <SEP> without <SEP> Ce <SEP > with <SEP> Ce <SEP> without <SEP> Ce <SEP> with <SEP> Ce <SEP> without <SEP> Ce <SEP> with <SEP> Ce
<tb> 5.3 <SEP> 3338.6 <SEP> 5433.5 <SEP> 0.58 <SEP> 0.63 <SEP> 1464 <SEP> 2913.5 <SEP> 153 <SEP> 164 <SEP > - <SEP> 3.0 <SEP> 3905.6 <SEP> 6898.4 <SEP> 0.73 <SEP> 1.27 <SEP> 2047 <SEP> 3370.2 <SEP> 163 <SEP> 185 <SEP> - <SEP> 2.18 <SEP> 4650.2 <SEP> 7669.9 <SEP> 0.48 <SEP> 0.81 <SEP> 2440.5 <SEP> 3496.4 <SEP> 185 <SEP> 195 <SEP> 1.79 <SEP> 6.2 <B> 1 </B>
<tb> 1.5 <SEP> 5339.2 <SEP> 9828.2 <SEP> 0.40 <SEP> 0.76 <SEP> 2913,

  5 <SEP> 4567 <SEP> 202 <SEP> 231 <SEP> - <SEP> - The rods cast from the material not treated with cerium had the normal lamellar structure of graphite, while the rods cast from the material treated with cerium had structures with a considerable proportion of nodular graphite. <I> 2. </I> Increasing cerium additives.



  Five test rods, each 60 one long and 7.5 cm in diameter, were poured into green sand molds from a metal that had the following composition before melting
EMI0004.0022
  
    Total carbon <SEP> 3.791 / o
<tb> silicon <SEP> 2.80 <SEP>%
<tb> Manganese <SEP> 0.53 <SEP> 0/0
<tb> Phosphorus <SEP> <B> 0) 0280/0 </B>
<tb> Sulfur <SEP> 0.0151 / o In each case the appropriate amount of metal was tapped into a pouring ladle for casting. The first rod was cast without any special treatment, while the rest were cast after increasing the amount of cerium added to the molten metal in the ladle.

   The cerium content of each rod was determined by analysis, and testing of the mechanical properties gave the following results:
EMI0005.0001
  
    Rod <SEP> flexural strength <SEP> deflection <SEP> tensile strength <SEP> cerium content
<tb> N <SEP> r. <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> Brinell hardness <SEP> in <SEP> 0 @ 0
<tb> 1 <SEP> 21.41.8 <SEP> 0.53 <SEP> 1054.9 <SEP> 98 <SEP> 0
<tb> 2 <SEP> 5983 <SEP> 0.53 <SEP> 2819, <B> 2 </B> <SEP> 167 <SEP> 0.040
<tb>:

  l <SEP> 7223.5 <SEP> 0.88 <SEP> 3527.8 <SEP> 176 <SEP> 0.053
<tb> 4 <SEP> 7,196.8 <SEP> 0.86 <SEP> 3780 <SEP> 181. <SEP> 0.072
<tb> 8001.4 <SEP> 1.06 <SEP> 4142.1 <SEP> 179 <SEP> 0.101 1) he Versuelisstick No. 1 showed the normal, lamellar structure of graphite. In rod no. 2, part of the graphite was present in a nodular structure.

   With increasing cerium content in the row of rods 3, 4 and 5, the content of nodule-shaped graphite also increased, until the graphite was almost completely present in rod No. 5 in the form of nodules.



  <I> 3. </I> Treatment before <I> the addition of </I> Cerium. Three test rods with a diameter of. 7.5 a were cast from a metal that, before melting, contained:
EMI0005.0021
  
    Total carbon <SEP> 3.631 / o
<tb> silicon <SEP> 2,651) / o
<tb> Manganese <SEP> 0.48%
<tb> sulfur <SEP> 0.030%
<tb> Phosphorus <SEP> 0.0301 / o Three samples of the metal contained in the ladle were treated with the same amount of cerium in each case.

   Nothing else was added to the metal contained in the first pan and rod number 1 was cast from it. For rod no. 2 from the second ladle, 0.2 parts by weight of aluminum per 100 parts of metal were added to the metal before the cerium was added. For rod no. 3 from the third ladle, 0.4 parts by weight of calcium silicide for every 100 parts of metal were added to the metal before the cerium was added.



  The results of the cerium determination and the testing of the mechanical properties of the three bars were as follows:
EMI0005.0033
  
    Rod <SEP> flexural strength <SEP> deflection <SEP> tensile strength <SEP> cerium content
<tb> No. <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> Brinell hardness <SEP> in
<tb> 1 <SEP> 5827 <SEP> 0.88 <SEP> 3071 <SEP> 166 <SEP> 0.044
<tb> 2 <SEP> 7354.9 <SEP> 1.4 <SEP> 4157.8 <SEP> 170 <SEP> 0.051
<tb> 3 <SEP> 8159.4 <SEP> 1.62 <SEP> 4252 <SEP> 173 <SEP> 0.061 The test rod no. 1 contained lump-shaped graphite together with lamellar. The staff no.

   2 contained more nodular graphite, and even more such nodular graphite was contained in rod # 3.



       E. Treatment <I> after </I> cerium addition.



       1) it showed the contents of two ladles, where that of No. 1 was treated with cerium alone, while that of No. 2 was treated first with C, eriuni and then with an addition of ferrosilicon, which contained manganese and zirconium the following analysis result
EMI0005.0051
  
    No. <SEP> 1 <SEP> No.

   <SEP> 2
<tb> total carbon <SEP> 3.77% <SEP> 3.62%
<tb> silicon <SEP> 2.65% <SEP> 2.761) / o
<tb> Manganese <SEP> 0.49% <SEP> 0.52%
<tb> Sulfur <SEP> <B> 0.0091 / 0 </B> <SEP> 0.007%
<tb> Phosphorus <SEP> 0.030% <SEP> <B> 0.0321 / o </B>
<tb> Cerium <SEP> 0.0551 / o <SEP> 0.0381 / o
<tb> Zirconium <SEP> - <SEP> 0.006% The following mechanical properties were determined using test rods 3 cm in diameter
EMI0006.0001
  
    Rod <SEP> flexural strength <SEP> deflection <SEP> tensile strength <SEP> notch toughness
<tb> No.

   <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> Brinell hardness <SEP> in <SEP> m / kg
<tb> 1 <SEP> 6930 <SEP> 1.22 <SEP> 3716.8 <SEP> 190 <SEP> 4.83
<tb> 2 <SEP> 8709.9 <SEP> 2.28 <SEP> 4834.9 <SEP> 209 <SEP> 11.316 Sample bar No. 1 contained nodular graphite together with a small amount of lamellar graphite. The rod No. 2 had a completely nodular graphite structure.



  <I> 5. </I> Austenitic <I> iron. </I>



       An austenitic iron containing nickel and copper and having the composition
EMI0006.0015
  
    Carbon <SEP> 2.661 / o
<tb> bound <SEP> 0.58%
<tb> graphite <SEP> 2.081 / o
<tb> silicon <SEP> 2.56%
<tb> Manganese <SEP> 1.16 <SEP> 0/0
<tb> sulfur <SEP> 0.0510 / 0
EMI0006.0016
  
    Phosphorus <SEP> 0.067 (1 / o
<tb> Nickel <SEP> 15.371 / o
<tb> copper <SEP> 6.471 / o
<tb> Chromium <SEP> 0.83% was melted in a rotating furnace heated with liquid fuel. Test bars were cast with and without the addition of cerium mixed metal.

   The bars treated with cerium showed in the analysis a cerium content of 0.0251 / o sulfur content of 0.013%.



  The test bars gave the following results in the mechanical test
EMI0006.0025
  
    Diameter <SEP> flexural strength <SEP> deflection <SEP> tensile strength
<tb> of the <SEP> rod <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> in <SEP> cm <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> Brinell hardness
<tb> in <SEP> cm <SEP> without <SEP> Cer <SEP> with <SEP> Cer <SEP> without <SEP> Cer <SEP> with <SEP> Cer <SEP> without <SEP> Cer <SEP > with <SEP> Cer <SEP> without <SEP> Cer <SEP> with <SEP> Cer
<tb> 4.0 <SEP> 3023.6 <SEP> 6425.6 <SEP> 1.01 <SEP> 2.0 <SEP> 1086.7 <SEP> 2787.6 <SEP> 112 <SEP> 156
<tb> 3.0 <SEP> 3260 <SEP> 6394 <SEP> 1.4 <SEP> 2.6 <SEP> 1228.5 <SEP> 2929.2 <SEP> 111 <SEP> 160
<tb> 2.08 <SEP> 3606 <SEP> 6504.4 <SEP> 1.27 <SEP> 2.3 <SEP> 1575.7 <SEP> 3401.8 <SEP> 115 <SEP> 154
<tb> 1.5 <SEP> 3417 <SEP> 7024 <SEP> 0.5 <SEP> 1.26 <SEP> 1545.4 <SEP> 2866,

  2 <SEP> 124 <SEP> 172 The rods not treated with cerium had the normal graphite structure in the form of lamellas, while the rods treated with cerium had a completely nodular graphite structure.



  <I> 6. </I> Austenitic <I> Iron. </I> Varying amounts of cerium were added to an austenitic iron that had been melted in an indirectly heated electric arc furnace.

   The iron originally used contained:
EMI0006.0035
  
    Total carbon <SEP> 2.92%
<tb> silicon <SEP> 2.51%
EMI0006.0036
  
    Manganese <SEP> 0.51%
<tb> sulfur <SEP> 0.020%
<tb> phosphor <SEP> 0.040%
<tb> Nickel <SEP> 12.791 / o
<tb> Copper <SEP> 6.61% Five test bars showed the following results
EMI0006.0037
  
    Rod <SEP> tensile strength <SEP> cerium content
<tb> No. <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> in
<tb> 1 <SEP> 1291.5
<tb> 2 <SEP> 1338.7 <SEP> 0.009
<tb> 3 <SEP> 2567.1 <SEP> 0.031
<tb> 4 <SEP> 3543.5 <SEP> 0.046
<tb> 5 <SEP> 4095 <SEP> 0.058 The test rod no.

   1 made of untreated metal showed the normal lamellar structure of the (rraphite. Test bar no. 2, which contained a sufficient amount of cerium, showed a similar structure.

   The 3 sample bar contained numerous graphite knolls. In test bar 4, the number of graphite nodules was even greater, while in bar 1r.5 all of the crraphite was in nodule form.



  <I> i. Alloyed iron. </I>



  This example shows the effect of adding cerium to an iron alloy with a low silicon content, the lack of silicon being compensated for by suitable addition of nickel.



  The analysis showed
EMI0007.0021
  
    Total carbon <SEP> 3.831 / o
<tb> silicon <SEP> 1.601 / o
<tb> Manganese <SEP> 0.48%
<tb> sulfur <SEP> 0.0120 / 0
<tb> phosphor <SEP> 0.026%
<tb> Nickel <SEP> <B> 2.581 / 0 </B> Test rods that were produced with and without added cerium (which was 0.046% according to the analysis) gave the following results:

    
EMI0007.0032
  
    Diameter <SEP> flexural strength <SEP> tensile strength
<tb> of the <SEP> rods <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> in <SEP> kg / cm2 <SEP> Brinell hardness
<tb> in <SEP> cm <SEP> without <SEP> Cer <SEP> with <SEP> Cer <SEP> without <SEP> Cer <SEP> with <SEP> Cer <SEP> without <SEP> Cer <SEP > with <SEP> Cer
<tb> 4.0 <SEP> 4441.4 <SEP> 6740.6 <SEP> <B> 1 </B> 763.6 <SEP> .1126.4 <SEP> 191 <SEP> 255
<tb> 3.0 <SEP> 4362.6 <SEP> 7685.6 <SEP> 2126 <SEP> 5046 <SEP> 209 <SEP> 272
<tb> 2.18 <SEP> 4913.6 <SEP> 8725.3 <SEP> 2265.8 <SEP> 5496.3 <SEP> 207 <SEP> 278 The test rods made of untreated metal showed the normal linear structure, while In the rods with added cerium, the entire graphite was present in a nodular structure.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH I: (sraugusseisen, dadurch gekennzeichnet, < lall es mindestens 0,02 Gewichtsprozente Ceriunm enthält, und da.ss der freie Kohlen stoff mindestens teilweise in Knöllchenform vorliegt. UNTERANSPRÜCHE: PATENT CLAIM I: (cast iron, characterized in that it contains at least 0.02 percent by weight cerium, and that the free carbon is at least partially in the form of nodules. 1. Gra.rigusseisen nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es bezüglich des Kohlenstoffgehaltes übereutektisch ist und nicht mehr als 0,5 % Phosphor enthält. 2. 1. Gra.rigusseisen according to claim I, characterized in that it is hypereutectic with respect to the carbon content and does not contain more than 0.5% phosphorus. 2. Graugusseisen nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es nicht mehr als 0,02 % Schwefel und nicht mehr als 0,5 % Phosphor enthält, dass sein Kohlenstoffgehalt geringer ist als EMI0007.0063 wobei P und 8i die Prozentanteile an Phos phor und Silizium im Gusseisen bedeuten, Gray cast iron according to claim I, characterized in that it contains no more than 0.02% sulfur and no more than 0.5% phosphorus that its carbon content is less than EMI0007.0063 where P and 8i are the percentages of phosphorus and silicon in the cast iron, und dass es 10 bis 40 % Nickel enthält. 3. Graugusseisen nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich- net, dass es 2,3 bis 7 % Silizium, enthält. 4. and that it contains 10 to 40% nickel. 3. Gray cast iron according to claim I and dependent claim 2, characterized in that it contains 2.3 to 7% silicon. 4th Graugusseisen nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, da.ss es weniger als 2,3 % Silizium enthält und einen Kupfer- gelialt in einem Prozentsatz aufweist, der min destens das Dreifache der Differenz des Sili- ziumgehaltes gegenüber 2,3% Silizium beträgt. 5. Gray cast iron according to patent claim 1, characterized in that it contains less than 2.3% silicon and has a copper gelialt in a percentage which is at least three times the difference between the silicon content and 2.3% silicon. 5. Graugusseisen nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es weniger als 2,3 % Silizium enthält und einen Nickelgehalt in einem Prozentsatz aufweist, der mindestens das Dreifache der Differenz des Silizium- gehaltes gegenüber 2,3 % Silizium beträgt. 6. Gray cast iron according to patent claim I, characterized in that it contains less than 2.3% silicon and has a nickel content in a percentage which is at least three times the difference in silicon content compared to 2.3% silicon. 6th Graugusseisen nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es weniger als 2,3 % Silizium enthält und einen Gehalt an Nickel und Kupfer aufweist, der mindestens (las Dreifache der Differenz des Siliziumgehal- tes gegenüber 2, Gray cast iron according to claim 1, characterized in that it contains less than 2.3% silicon and has a nickel and copper content that is at least (three times the difference in silicon content compared to 2, 3 % Silizium beträgt. PATENTANSPRUCH II: Verfahren zur Herstellung eines Grauguss- eisens nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass einem geschmolzenen Eisen, das beim Guss ein nicht mehr als 0,5 Ge wichtsprozent Phosphor enthaltendes Grau gusseisen liefert, vor dem Guss eine solche Menge Cerium zugesetzt wird, dass das Guss- eisen mindestens 0, 3% silicon. PATENT CLAIM II: A method for producing a gray cast iron according to patent claim I, characterized in that a molten iron, which provides a gray cast iron containing no more than 0.5 percent by weight of phosphorus during casting, such an amount of cerium is added before casting that the cast iron is at least 0, 02 % Cerium enthält, und dass der freie Kohlenstoff mindestens teilweise in Knöllchenform vorliegt. UNTERANSPRÜCHE: 7. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Eisen nicht mehr als 0,02 1/o Schwefel enthält. B. Verfahren nach Patentanspruch II, dar, durch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Eisen ein bezüglich des Kohlenstoffgehaltes übereutektisches Gusseisen liefert. 9. 02% contains cerium, and that the free carbon is at least partially in the form of nodules. SUBClaims: 7. Method according to claim II, characterized in that the molten iron does not contain more than 0.02 1 / o sulfur. B. The method according to claim II, characterized in that the molten iron supplies a cast iron which is hypereutectic with respect to the carbon content. 9. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass eine geschmolzene, nickelhaltige Eisenlegierung verwendet wird, die ein bezüglich des Kohlenstoffgehaltes un- tereutektisches Gusseisen liefert, welches 10 bis 40 % Nickel enthält. 10. Method according to claim II, characterized in that a molten, nickel-containing iron alloy is used which supplies a cast iron which is hypoeutectic with regard to the carbon content and which contains 10 to 40% nickel. 10. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Eisen ein Gusseisen mit einem Siliziumgehalt von 2,3 bis 7 % Silizium liefert. 11. Method according to claim II, characterized in that the molten iron provides a cast iron with a silicon content of 2.3 to 7% silicon. 11. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass ein Silizium und Kupfer enthaltendes geschmolzenes Eisen ver wendet wird, welches Silizium und Kupfer in solcher Menge enthält, dass der prozen tuale Gehalt des Gusseisens an Silizium + ein Drittel des Prozentgehaltes an Kupfer min- destens 2,3 % ausmacht. 12. Method according to claim II, characterized in that a molten iron containing silicon and copper is used which contains silicon and copper in such an amount that the percentage silicon content of the cast iron + one third of the percentage copper content is at least 2 , 3%. 12. Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass ein Silizium und Nickel enthaltendes geschmolzenes Eisen ver wendet wird, welches Silizium und Nickel in solcher Menge enthält, dass der prozentuale Gehalt des Gusseisens an Silizium + ein Drit tel des Prozentgehaltes an Nickel minde- stens 2,3 % ausmacht. 13. Method according to claim II, characterized in that a molten iron containing silicon and nickel is used which contains silicon and nickel in such an amount that the percentage silicon content of the cast iron + one third of the nickel percentage content is at least 2 , 3%. 13th Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet,-dass ein Silizium, Kup- fer und Nickel enthaltendes geschmolzenes Eisen verwendet wird, welches Silizium, Kupfer und Nickel in solcher Menge enthält, dass der prozentuale Gehalt des Gusseisens an Silizium + ein Drittel des totalen Prozent gehaltes an Kupfer und Nickel mindestens 2,3 % ausmacht. 14. Method according to claim II, characterized in that molten iron containing silicon, copper and nickel is used which contains silicon, copper and nickel in such an amount that the percentage silicon content of the cast iron + one third of the total percentage the copper and nickel content is at least 2.3%. 14th Verfahren nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, däss man dem geschmol zenen Eisen vor dem Guss, aber nach dem Zusatz des Ceriums einen die Kohlenstoff ausscheidung begünstigenden Stoff zusetzt. 15. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 14. dadurch gekennzeichnet, dass man dem geschmolzenen Eisen vor dem Guss, aber nach dem Zusatz des Ceriums Perrosilizium zusetzt. 16. Method according to claim II, characterized in that a substance which promotes carbon precipitation is added to the molten iron before casting, but after the addition of the cerium. 15. The method according to claim II and dependent claim 14, characterized in that perrosilicon is added to the molten iron before casting, but after the addition of the cerium. 16. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass man dem geschmolzenen Eisen vor dem Guss, aber nach dem Zusatz des Ceriums Kal- ziiunsilizid zusetzt. 17. Verfahren nach Patentanspruch II und t?nteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass man dem geschmolzenen Eisen vor dem Guss, aber nach dem Zusatz des Ceriums Si lizium zusetzt. 18. Method according to claim II and dependent claim 14, characterized in that calcium silicide is added to the molten iron before casting, but after the addition of the cerium. 17. The method according to claim II and claim 14, characterized in that silicon is added to the molten iron before casting, but after the addition of the cerium. 18th Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, cla.ss man dem geschmolzenen Eisen vor dem (iuss, aber nach dem Zusatz des Ceriums Gra phit zusetzt. 19. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass man dem geschmolzenen Eisen vor dem Guss, aber nach dem Zusatz des Ceriums eine Kalzium enthaltende Siliziumlegierungzusetzt. 20. Method according to claim II and dependent claim 14, characterized in that graphite is added to the molten iron before the (iuss, but after the addition of the cerium. 19. The method according to claim II and dependent claim 14, characterized in that the molten iron Iron before casting, but after adding the cerium, a calcium-containing silicon alloy was added. Verfahren nach Patentanspruch II und I*'nteransprueh 14, dadurch gekennzeichnet, dass man dem geschmolzenen Eisen vor dem Guss, aber nach dem Zusatz des Ceriums eine aluminiumhaltige Siliziumlegierung zusetzt. 21. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass man dem geschmolzenen Eisen vor dem Guss, aber nach dem Zusatz des Ceriums eine manganhaltige Siliziumlegierung zusetzt. 22. Method according to patent claim II and claim 14, characterized in that an aluminum-containing silicon alloy is added to the molten iron before casting, but after the addition of the cerium. 21. The method according to claim II and dependent claim 14, characterized in that a manganese-containing silicon alloy is added to the molten iron before casting, but after the addition of the cerium. 22nd Verfahren nach Patentanspruch TI und Untera.nsprueli 14, dadurch gekennzeichnet, dass man dem geschmolzenen Eisen vor dem CTuss, aber nach dem Zusatz des Ceriums eine titanhaltige Siliziutnlegierung zusetzt. 23. Method according to claim TI and Untera.nsprueli 14, characterized in that a titanium-containing silicon alloy is added to the molten iron before the Cuss, but after the addition of the cerium. 23. Verfahren nach Patentanspruch II und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass man dem geschmolzenen Eisen vor dem Cuss, aber nach dem Zusatz des Ceriums eine zirkoniumhaltige Siliziumlegierung zusetzt. Method according to claim II and dependent claim 14, characterized in that a zirconium-containing silicon alloy is added to the molten iron before the cuss, but after the addition of the cerium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE969312C (en) * 1953-07-25 1958-05-22 Dr Phil Franz Roll Process for the production of a cast iron in which the graphite is present exclusively as spheroidal graphite

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE969312C (en) * 1953-07-25 1958-05-22 Dr Phil Franz Roll Process for the production of a cast iron in which the graphite is present exclusively as spheroidal graphite

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