Verwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit als Werkstoff für gut schweissbare Gegenstände
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit als Werkstoff bei der Herstellung schweissgeeigneter Gegenstände.
Es ist bekannt, dass der Werkstoff Gusseisen mit Kugelgraphit grundsätzlich eine schlechte Schweisseignung besitzt, weil aufgrund der chemischen Zusammensetzung im Bereich der Wärmeeinflusszone beim Schweissvorgang Gefügeveränderungen auftreten, welche die mechanischen Eigenschaften verändern. Im allgemeinen weist die Schweissverbindung Mängel auf, welche einmal darin bestehen, dass an der Übergangsstelle Schweissgut-Grundwerkstoff ungenügende mechanische Eigenschaften vorhanden sind, und welche zum anderen infolge der Schweissschrumpfspannungen zu makroskopischen Trennungen zwischen Schweissgut und Grundwerkstoff führen, da diese Spannungen von der Verbindung nicht aufgenommen werden konnten. Dar überhinaus entsteht an der Schweissverbindung eine höhere Härte und eine Verminderung der Zähigkeit, welche ebenfalls die Schweissverbindung ungeeignet machen.
Es ist nun versucht worden, diese Mängel durch Anwendung unterschiedlicher Schweissverfahren und durch die Benutzung verschiedener Schweisszusatz Werkstoffe zu beheben, indem man die Wärmemenge, die beim Schweissen in das Gussstück übergeht, möglichst klein zu halten versucht, um damit den Einfluss auf die Gefügeänderungen zu vermindern. Alle diese Versuche haben aber zu keiner praktischen Lösung geführt.
Insbesondere beim Schweissen von Bauteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit Stahl treten verstärkt die oben aufgeführten Mängel auf. Hier ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung Schwierigkeiten, weil insbesondere der Kohlenstoffgehalt beider Werkstoffe zu einer unterschiedlichen Höhe der Schmelztemperatur fürht. Daher ist praktisch für diese Werkstoffe nur dann eine beschränkte Möglichkeit vorhanden, eine Verbindungsschweissung auszuführen, wenn besondere Vorsichtsmassnahmen ergriffen werden. Man musste zur Umgehung dieser Schwierigkeiten anstelle des Werkstoffes Kugelgraphitguss einen anderen Werkstoff verwenden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Mängel bei der Schweissung von Gusseisen mit Kugelgraphit zu beheben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, Gusseisen mit Kugelgraphit als Werkstoff bei der Herstellung schweissgeeigneter Gegenstände zu verwenden, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gussstücke vor der Schweissung einer entkohlenden Glühung im Temperaturbereich zwischen 900 und 12000C unterzogen werden, wodurch der Kohlenstoffgehalt, mindestens im Bereich der Schweisszonen, herabgesetzt wird.
Vorzugsweise wird der Kohlenstoff in der entkohlten Zone auf höchstens 0,3%C begrenzt.
Die zu verwendenden Legierungen sind alle Kugelgraphitgussorten mit perlitischem und ferritischem Gefüge, wie zum Beispiel in der Norm DIN 1693 beschrieben sind.
Werden Werkstücke aus diesen Legierungen einer entkohlenden oder oxydierenden Glühung im Temperaturbereich zwischen 900 und 12000C unterzogen, so werden mindestens die zum Schweissen vorgesehenen Zonen entkohlt. Die Entkohlung muss soweit durchgeführt werden, bis im Bereich der zum Schweissen vorgeschenen Zonen Kohlenstoffgehalte vorliegen, wie sie von schweissbaren Stahlsorten bekannt sind. Nach dieser entkohlenden Glühung kann dann eine normale Abkühlung bis auf Raumtemperatur erfolgen. Es kann zur Einstellung bestimmter Gebrauchseigenschaften des Werkstoffes notwendig sein, dann noch eine Wärmebehandlung im Sinne einer Weichglühung oder Vergütung durchzuführen. In diesem Zustand ist die Schweisseignung des Werkstückes vorhanden.
Je nach dem Beanspruchungen, die an die Schweissverbindung bei der praktischen Verwendung gestellt werden, ist es möglich, das geschweisste Werkstück ohne weitere thermische Nachbehandlung zu verwenden; darüber hinaus kann aber auch eine solche Wärmebehandlung ohne weiteres nachgeschaltet werden.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels beschrieben. Ein Werkstück aus einem Kugelgraphitguss, dessen chemische Zusammensetzung folgende Werte aufweist, soll geschweisst werden.
3,39 0/, C 0,17 0/, Mn
2,52 % Si 0,05 % Mg übliche Zusätze und Verunreinigungen, Rest Eisen.
Das Werkstück mit einer zum Schweissen vorbereiteten Wanddicke von 7 mm wird dann während einer Zeit von 48 Stunden in einer oxydierend wirkenden Atmosphäre auf 1 0700C erhitzt. Durch diese Glühbehandlung wird der Kohlenstoffgehalt in den Randzonen d.h. also auch in den Schweisszonen auf etwa 0,2%C vermindert.
Sodann lässt man das Werkstück bis auf Raumtemperatur abkühlen und unterzieht es anschliessend einer Wärmebehandlung, bei der es durch Erhitzen auf 7400C angelassen wird. Ein solches Werkstück kann dann unbedenklich nach allen vorkommenden Verfahren geschweisst werden, ohne dass eine Verminderung der Festigkeit des Grundwerkstoffes eintritt. Passt man dabei die Schweisszusatzwerkstoffe hinsichtlich der metallischen Legierungsbestandteile festigkeitsmässig - dem Grundwerkstoff an, so erhält auch die Schweissverbindung eine dem Grundwerkstoff entsprechende Festigkeit.
Dies liess sich bisher beim Werkstoff Gusseisen mit Kugelgraphit nicht erreichen. Wird die Schweissverbindung nach Verfahren durchgeführt, bei denen kein Schweisszusatzwerkstoff zur Anwendung kommt, so erhält auch dann die Schweissverbindung die Festigkeit des Grundwerkstoffes.
Durch die entkohlende Glühbehandlung und der damit verbundenen Verminderung des Kohlenstoffgehaltes erhöht sich der Schmelzpunkt des Werkstoffes in der Schweisszone in solche Temperaturbereiche, wie sie bei Stahlwerkstoffen üblich sind. Dadurch ist eine technisch einwandfreie Ausführung einer Verbindungsschweissung mit Stahl gewährleistet. Weiterhin bedingt der niedrige Kohlenstoffgehalt im Bereich der Schweisswärmeeinflusszone im Grundwerkstoff Gusseisen mit Kugelgraphit während des Schweissens keine schädigenden Gefügeumwandlungen, die die mechanischen Eigenschaften der Schweissverbindung stören oder die zu makroskopischen Fehlern in der Verbindung führen können.
Use of spheroidal graphite cast iron as a material for easily weldable objects
The invention relates to the use of spheroidal graphite cast iron as a material in the manufacture of objects suitable for welding.
It is known that the material cast iron with spheroidal graphite is generally poorly suitable for welding because, due to the chemical composition in the area of the heat-affected zone, structural changes occur during the welding process which change the mechanical properties. In general, the welded joint has deficiencies, which consist in the fact that there are insufficient mechanical properties at the transition point between the weld metal and the base material, and on the other hand, as a result of the weld shrinkage stresses, these lead to macroscopic separations between the weld metal and the base material, since these tensions are not absorbed by the connection could become. In addition, the welded joint has a higher hardness and a reduction in toughness, which also make the welded joint unsuitable.
Attempts have now been made to remedy these deficiencies by using different welding processes and by using different welding filler materials by trying to keep the amount of heat that is transferred into the casting during welding as small as possible in order to reduce the influence on the structural changes . However, none of these attempts have resulted in any practical solution.
In particular, when welding components made of spheroidal graphite cast iron with steel, the above-mentioned deficiencies occur to a greater extent. Difficulties arise here due to the different chemical composition, because in particular the carbon content of the two materials leads to a different level of the melting temperature. Therefore, in practice, there is only a limited possibility of performing a joint weld for these materials if special precautionary measures are taken. To avoid these difficulties, another material had to be used instead of spheroidal graphite cast iron.
The invention is now based on the object of eliminating the above-described deficiencies in the welding of cast iron with spheroidal graphite.
To solve this problem, it is proposed to use spheroidal graphite cast iron as a material in the production of objects suitable for welding, the invention being characterized in that the castings are subjected to a decarburizing annealing in the temperature range between 900 and 12000C before welding, whereby the carbon content, at least in the area of the welding zones.
Preferably the carbon in the decarburized zone is limited to a maximum of 0.3% C.
The alloys to be used are all types of nodular cast iron with a pearlitic and ferritic structure, as described, for example, in the DIN 1693 standard.
If workpieces made of these alloys are subjected to a decarburizing or oxidizing annealing in the temperature range between 900 and 12000C, at least the zones intended for welding are decarburized. The decarburization must be carried out until there is carbon content in the area of the zones prior to welding, as is known from weldable types of steel. After this decarburizing annealing, normal cooling down to room temperature can then take place. In order to set certain properties of the material, it may be necessary to carry out a heat treatment in the form of soft annealing or tempering. In this state, the workpiece is suitable for welding.
Depending on the stresses that are placed on the welded joint during practical use, it is possible to use the welded workpiece without further thermal treatment; in addition, however, such a heat treatment can easily be followed.
The invention is described by means of the following example. A workpiece made of spheroidal graphite cast iron, the chemical composition of which has the following values, is to be welded.
3.39 0 /, C 0.17 0 /, Mn
2.52% Si 0.05% Mg common additives and impurities, remainder iron.
The workpiece with a wall thickness of 7 mm prepared for welding is then heated to 1070 ° C. for 48 hours in an oxidizing atmosphere. This annealing treatment reduces the carbon content in the edge zones, i.e. thus also reduced to around 0.2% C in the welding zones.
The workpiece is then allowed to cool to room temperature and then subjected to a heat treatment in which it is tempered by heating to 7400C. Such a workpiece can then be safely welded using all of the processes that occur, without the strength of the base material being reduced. If the welding filler materials are adjusted to the basic material in terms of strength with regard to the metallic alloy constituents, then the welded joint also acquires a strength corresponding to the basic material.
So far, this has not been possible with spheroidal graphite cast iron. If the welded connection is carried out according to processes in which no welding filler material is used, then the welded connection also maintains the strength of the base material.
As a result of the decarburizing annealing treatment and the associated reduction in the carbon content, the melting point of the material in the welding zone increases in the temperature ranges that are common with steel materials. This guarantees a technically perfect execution of a connection weld with steel. Furthermore, the low carbon content in the area of the welding heat-affected zone in the base material cast iron with spheroidal graphite does not cause any damaging structural transformations during welding, which disturb the mechanical properties of the welded joint or which can lead to macroscopic defects in the joint.