Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von sphärolithischem Gusseisen, wobei durch dieses Verfahren die Sphärolithenzahl und -form des Gusseisens verbessert und andererseits die Menge an degenerierten Graphitformen vermindert werden soll.
Es ist bekannt, dass Gusseisen mit sphärolithischer Graphitausbildung, die durch die Anwesenheit von Magnesium und/oder Cer verursacht wird, eine relativ grosse Anzahl kleiner Ausscheidungen oder eine kleinere Anzahl voluminöserer Ausscheidungen enthalten kann. Diese Ausscheidungen können die ideale Kugelform besitzen oder unregelmässige Umrisse aufweisen, mit vermikulitartigem Graphit vermischt sein, kompakte Graphitflocken darstellen, sowie in Form von Zellengraphit oder zerplatzten Kugeln vorliegen, und man fasst bekanntlich alle diese Veränderungen unter der Bezeichnung degenerierte Graphitformen zusammen. Es ist weiterhin bekannt, dass die Anwesenheit derartiger degenerierter Formen im Gusseisen zur Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften beiträgt, insbesondere bezüglich der Schlagfestigkeit und der Dehnung.
Weiterhin ist bekannt, dass beim Vorliegen kleinerer, zahlreicherer, perfekter Kugeln die Zugfestigkeit und die Streckgrenze ansteigen und beim Vergiessen des Gusseisens zu geringerer Abscheidung von Graphit in der Form führen, was manchmal als Kohlenstoffflotation bezeichnet wird.
Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein sphärolithisches Gusseisen mit kleineren, möglichst idealen Graphitkügelchen zu schaffen. Dadurch soll es möglich werden, dem sphärolithischen Gusseisen bessere mechanische Eigenschaften zu verleihen, grössere Gussstücke mit homogener Struktur herzustellen, die Wirksamkeit von Störelementen herabzusetzen und das Problem der Kohlenstoff-Flotation auszu schalten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von sphärolithischem Gusseisen, das sich dadurch auszeichnet, dass man die Sphärolithenzahl und -form verbessert und andererseits die Menge an degenerier ten Graphitformen vermindert, indem man einer Eisenschmelze, die mindestens eines der Elemente Aluminium, Titan und
Cer enthält, Antimon, Wismut, Blei, Germanium, Zinn, Ar sen oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Bestandteile in Form der Metalle oder Oxide oder als Salze in einer solchen Menge zugibt, dass der Gesamtgehalt an die sen Elementen 10 bis 75 o/o des Summengehaltes der Eisen schmelze an den Elementen Aluminium, Titan und Cer ausmacht.
Die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendete Ei senschmelze, der die erwähnten Elemente, deren Oxide oder deren Oxiden oder Salzen, insbesondere Blei und/oder Ger Elemente Aluminium, Titan oder Cer oder eine Mischung aus
2 oder 3 dieser Elemente enthalten, wobei dann die Zugabe der Metalle Antimon, Wismut, Blei, Germanium, Zinn, Arsen oder einer Mischung aus 2 oder mehreren dieser Metalle oder deren Salze in einer solchen Menge zu erfolgen hat, dass der Gesamtgehalt an diesen Elementen 10 bis 75 0/0 des Summengehaltes der Eisenschmelze an Aluminium, Titan und Cer ausmacht.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens können also ohne weiteres auch Eisenschmelzen her angezogen werden, die nur eines der Elemente Aluminium,
Titan oder Cer enthalten, wesentlich ist in jedem Fall die richtige Zugabemenge an den oben genannten Metallen oder deren Oxiden oder Salzen, insbesondere Blei und/oder Ger mamum.
Bei einer speziellen Ausführungsart des erfindungsgemäs sen Verfahrens werden der Eisenschmelze Blei und/oder Ger manium entweder in Form der Metalle oder als Oxide oder Salze in einer solchen Menge zugegeben, dass die Gesamtmenge an diesen Elementen 0,002 bis 0,05 Gew.-O/o, insbesondere 0,002 bis 0,02 Gew.-0/0, beträgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens stellt einen Grossteil oder die Gesamtmenge der zugegebenen Bestandteile Blei und/oder Germanium dar.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes sphärolithisches Gusseisen mit verbesserter Sphärolithenzahl und -form, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens eines der Elemente Blei, Germanium, Wismut, Arsen, Antimon oder Zinn enthält, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen 10 bis 75 Gew.- /0 des Summengehaltes des Gusseisens an den Elementen Aluminium, Titan und Cer ausmacht. In derZeichnung sind sowohl Mikrophotogramme von nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltem sphärolitischem Gusseisen als auch eines nach einem bisher bekannten Verfahren hergestellten sphärolithischen Gusseisens wiedergegeben. Ferner ist auch ein Zustandsdiagramm eines Eisens veranschaulicht.
Im einzelnen veranschaulichen die Fig. 1 bis 7 das Folgende:
Fig. 1 ein Mikrophotogamm, Vergrösserung 100fach, der Struktur eines bekannten sphärolithischen Gusseisens mit üblicher Graphitausbildung;
Fig. 2 ein Mikrophotogramm einer solchen Graphitausscheidung in 600facher Vergrösserung;
Fig. 3 ein Mikrophotogramm mit 100facher Vergrösserung des gleichen sphärolithischen Gusseisens, welches jedoch zusätzlich Blei enthält;
Fig. 4 ein Mikrophotogramm, 100fache Vergrösserung, des Eisens gemäss Fig. 2, dem man Germanium zugesetzt hat;
Fig. 5 ein Mikrophotogramm, 100fache Vergrösserung eines sphärolithischen Gusseisens, welches 0,056 o/o Aluminium als Störelement enthält;
Fig. 6 ein Mikrophotogramm mit 100facher Vergrösserung des Gusseisens gemäss Fig. 5, dem man 0,02 O/o Blei zugegeben hat, und
Fig. 7 ein Zustandsdiagramm eines Eisens mit 2 o/o Silicium, wobei auf der Abszisse der Kohlenstoffgehalt in Prozent und auf der Ordinate die Temperatur in C aufgetragen ist, und in welches man den Schmelzpunkt der Oxide mehrerer Elemente eingetragen hat, die sich in sphärolithischem Gusseisen finden oder diesem als Spurenelemente beigegeben werden.
Die Wirkung sogenannter Störelemente, oft auch schädliche Elemente genannt, auf die Form der Graphitausscheidung in Kugelgraphitguss ist schon so lange bekannt, als man gefunden hat, dass die Zugabe bestimmter Elemente wie Magnesium, Cer, Calcium, Yttrium und andere zu Gusseisen in bestimmten Mengen zum Auftreten der Graphitausscheidung in sphärolithischer Form in derartigen Gusseisen führen. Die Herstellung von sphärolithischem Gusseisen ist in den vergangenen 20 Jahren der Gegenstand zahlreicher Patente und
Patentanmeldungen gewesen.
Man weiss, dass die genaue Form der Ausscheidungen, Abwesenheit von degeneriertem Graphit und die Grösse der
Ausscheidungen, d. h. die Ausscheidungszahl, von sehr vielen
Faktoren abhängt, beispielsweise dem Kohlenstoffäquiva lent der Schmelze, der Abkühlungsgeschwindigkeit des Guss eisens, der Gegenwart oder Abwesenheit bestimmter Störele mente und dem Abkühlungswert oder der Graphitierungs fähigkeit der Schmelze. Beispielsweise scheiden sich aus einer Schmelze mit hohem anfänglichem Abkühlungswert im allgemeinen grössere Graphitteilchen aus, die weniger zahl reich sind und schlechtere Form haben als aus einer Schmel ze mit einem- niedrigeren Abkühlungswert.
Die wanderung des Abkühlungswertes der Schmelze auf einen niedrigeren Wert, beispielsweise durch spätere Zugabe von Silicium (entweder vor oder nach dem Zusatz des für den Kugelgraphit wirksamen Elements), erhöht im allgemeinen die Ausscheidungszahl und verbessert die Teilchenform. In ähnlicher Weise führt eine Schmelze mit einem höheren Kohlenstoffäquivalent, beispielsweise eine hyper-eutektische Zusammensetzung, zu einer besseren Ausscheidungszahl und verbesserter Form als ein Bad mit einer hypereutektischen Zusammensetzung.
Es wurdeweiterhln festgestellt, dass hyper-eutektische Schmelzen im allgemeinen dazu neigen, einen Guss mit stärkerer Kohlenstoffflotation als hypo-eutektische Schmelzen unter den gleichen Bedingungen zu liefern.
Es war ausgesprochen überraschend, dass die beim erfindungsgemässen Verfahren zugesetzten Bestandteile schon in sehr kleinen Mengen den vorher beschriebenen Einfluss der Zusammensetzung und des Abkühlungswertes der Eisenschmelze maskieren oder neutralisieren können.
Es ist bekannt, dass bestimmte Elemente, insbesondere Titan, Blei, Aluminium u. a. starke Störfaktoren darstellen, die zu degenerierter Graphitform führen, insbesondere in schweren, langsam abkühlenden Gussstücken. Man ist daher dazu übergegangen, den Elementen, welche den Kugelgraphitguss bilden, Cer beizugeben. Dieses Metall kann zu einer beliebigen Zeit zugegeben werden, ist jedoch in einem späteren Zeitpunkt besonders wirksam.
Andere Elemente, wie Zinn, Arsen, Wismut, Antimon u. a. führen unter bestimmten Bedingungen zur Verbesserung der Ausscheidungszahl und der Form der Graphitteilchen. Bei Zugabe in zu grossen Mengen ändert sich jedoch deren Wirksamkeit, und die Graphitteilchen werden degeneriert. Wismut beispielsweise, welches die Ausscheidungszahl verbessert, muss in Verbindung mit Cer angewendet werden, um die Produktion degenerierter Teilchen zu vermeiden.
Bezüglich der genauen Mengen, in denen man diese verschiedenen Elemente zugeben soll, und die unter gewissen Bedingungen nützlich, unter anderen jedoch schädlich sind, herrscht eine beträchtliche Verwirrung. Diese Verwirrung gründet sich einesteils auf die grosse Anzahl derartiger Elemente, die eine bestimmte Wirkung ausüben können, auf die Schwierigkeit der genauen chemischen Bestimmung dieser Elemente, den kumulativen Effekt verschiedener Kombinationen dieser Elemente, wobei sich eine additive oder eine subtraktive Wirkung ergeben kann, und im allgemeinen auf das Fehlen einer genauen Kenntnis des Mechanismus, nach dem bei der Abkühlung Graphit in sphärolithischer Form auftritt.
Beispielsweise wird das Cer von vielen Fachleuten als ein schädliches Element angesehen, wogegen die gleiche Anzahl an erfahrenen Metallurgen es als ein Element ansieht, welches nützlich ist, weil es schädliche Effekte anderer Elemente neutralisiert.
Die Wahrheit liegt zwischen diesen Extremen. Unter bestimmten Bedingungen hat Cer in kleinen Mengen günstige Auswirkung, und in grösseren Mengen und unter anderen Bedingungen kann es degenerierte Graphitformen erzeugen.
Das gleiche Verhalten kann man dem Element Magnesium zuschreiben, welches zur Erzeugung von Kugelgraphit zugesetzt wird. Kleine Mengen an Magnesium erzeugen keine vollständig sphärolithischen Strukturen.
Man nimmt allgemein an, dass die Gegenwart von mindestens 0,03 bis 0,04 o/o Magnesium zur Erzeugung vollständig sphärolithischer Strukturen erforderlich ist. Unter anderen Bedingungen kommt man jedoch mit 0,05 bis 0,1 o/o Magnesium vollständig aus. Unter bestimmten Bedingungen erzeugen andererseits grössere Mengen an Magnesium, beispielsweise etwa 0,08 o/o oder darüber, weniger perfekte Graphitformen.
Im allgemeinen üben die bekannten Störelemente unter bestimmten Bedingungen einen günstigen Einfluss in kleinen Mengen und einen ungünstigen Einfluss in grösseren Mengen aus; die Vorhersage des Vehaltens dieser Spurenelemente unter bestimmten, gegebenen Bedingungen ist eine ausserordentlich schwierige, wenn nicht unmögliche Aufgabe.
Während man einen allgemeinen qualitativen Effekt vorhersagen kann, ist es beim jetzigen Stand der Technik noch nicht möglich, irgendwelche quantitative Vorhersagen zu machen.
Es ist als ausgesprochen überraschend zu bezeichnen, dass die beim erfindungsgemässen Verfahren zugesetzten Elemente mit niedrigem Schmelzpunkt, nämlich Antimon, Wismut, Blei, Germanium, Zinn und Arsen und von diesen insbesondere Blei und Germanium bei der Zugabe zu sphärolithischem Gusseisen eine Erhöhung der Ausscheidungszahl und eine Verbesserung der Graphitausscheidung verursachen.
Diese Feststellung ist deshalb so überraschend, denn bis jetzt ist wenig oder fast nichts über das Verhalten von Germanium in Gusseisen bekannt geworden, und man hat ausserdem bis jetzt Blei stets als ein sehr schädliches Element angesehen, da dessen Anwesenheit zur Ausbildung degenerierter Graphitstrukturen im Kugelgraphitguss führte. Aus diesen Gründen war bisher stets die Verwendung von Cer in Gusseisen vorgeschlagen worden, um die schädlichen Auswirkungen des Bleis zu neutralisieren. Um so überraschender ist, dass nunmehr gefunden wurde, dass gerade das Gegenteil richtig ist, und dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren Blei zur Schmelze des sphärolithischen Gusseisens zugegeben werden kann, um die schädlichen Auswirkungen des in der Schmelze enthaltenen Cers zu neutralisieren.
Neben den beim erfindungsgemässen Verfahren zugesetzten Elementen können gegebenenfalls zusätzlich noch Selen und gewisse andere Materialien beigegeben werden, die unter bestimmten Herstellungsbedingungen die Wirksamkeit des beim erfindungsgemässen Verfahren bevorzugt zugesetzten Bleis und Germaniums erhöhen können.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es nicht nötig, die eingeführten Materialien als solche zuzusetzen, sondern es können auch deren Oxide oder Salze, insbesondere die Silikate zugegeben werden. Unter manchen Bedingungen sind jedoch die Salze nicht so wirksam wie die Elemente selbst.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird die Zugabe von Germanium und/oder Blei deshalb bevorzugt, weil diese Zusätze die wirksamste Verbesserung der Ausscheidungszahl hervorrufen, und zwar bereits dann, wenn sie in Mengen von 0,002 bis 0,02 Gew.-O/o, bezogen auf das Gewicht des in Gusseisen enthaltenen Eisens, zugesetzt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren ist jedoch nicht auf die Anwendung dieses Konzentrationsbereiches beschränkt, weil gegebenenfalls in der Schmelze ein gewisser Verlust bei den zugesetzten Materialien auftreten kann und es schwierig ist, die Elemente im Endprodukt mit ausreichender Genauigkeit chemisch zu bestimmen. Unter bestimmten Bedingungen können ausserdem noch geringere Mengen an Blei oder Germanium wirksam sein und es sind andere Verfahrensbedingungen denkbar, bei denen grössere Mengen immer noch wirksam sind.
Weil noch viele der anderen Spurenelemente die Wirksamkeit von Blei oder Germanium steigern oder auch herabsetzen können, ist verständlich, dass eine genaue Angabe des Zusatzes von Blei oder Germanium, einzeln oder zusammen, sehr schwie rigist.
Es ist nicht mit Genauigkeit bekannt, warum Blei oder Germanium die Ausscheidungszahl und die Form der Ausscheidungen so bedeutend verbessern, es wird jedoch angenommen, dass diese Elemente niedrig schmelzende Einschlüs se oder Verbindungen bilden, und es scheint wichtig zu sein, dass diese Elemente im Periodensystem nahe beieinander stehen. Es konnte jedoch eine Arbeitstheorie entwickelt werden, die den Mechanismus der Erfindung erklärt, und es war möglich, demgemäss die Verwendung einer grossen Anzahl von Elementen anzugeben und die Technik bedeutend zu bereichern. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Theorie beschränkt.
Es besteht keine allgemein annehmbare Theorie über die Art der Bildung von Kugelgraphit bei der Verfestigung von Gusseisen, dem man bestimmte Mengen an Agenzien zugesetzt hat, die die Sphärolithisierung bewirken. Man nimmt allgemein an, dass sich Kugelgraphit auf einem Kern abscheidet, beispielsweise Magnesiumsilicid, wenn man Magnesium zur Schmelze gegeben hat, und dass die Verfestigung, mit Ausnahme hyper-eutektischer Ausscheidungen, mit der Kristallisation von Austenit und Sphärolithen beginnt, wobei der Austenit die Sphärolithen umgibt und wobei die Sphärolithen durch Wanderung von Kohlenstoff vom Austenit zum Graphitsphärolithen wachsen. Die Abwesenheit anderer bekannter Kerne, beispielsweise Mangansulfid, ist zur Bildung von Kugelgraphit essentiell, und daher muss man den Schwefelgehalt auf sehr geringe Werte bringen, bevor eine Sphärolithenbildung einsetzen kann.
Wie bei jeder Verfestigung eines geschmolzenen Metalls ist auch hier die Gegenwart oder Abwesenheit bestimmter Kristallisationskerne in der Schmelze ein wesentliches Erfordernis der Kristallisation. In Abwesenheit von Kernen, die eine Unterkühlung mit schneller und gleichzeitiger Kristallisation von Graphit und Austenit verhindern, hängt die Grösse und Form der Sphärolithen hauptsächlich von der Zahl der Kerne und der linearen Kristallisationsgeschwindigkeit ab. Bei Anwesenheit sehr vieler Kerne sind die entstehenden Sphärolithen ausserordentlich klein, und bei einer hohen linearen Kristallisationsgeschwindigkeit besteht die Neigung zur Ausbildung der perfekten Kügelchen.
Wenn sich in der Schmelze andere Kerne, üblicherweise in Form von Inklusionen, befinden, können diese das sehr labile Gleichgewicht stark beeinflussen, welches zur Bildung der Graphitsphärolithen notwendig ist, und auch wenn sie diese Bildung nicht völlig unterdrücken, können sie trotzdem die Anzahl der Kerne und die lineare Kristallisationsgeschwindigkeit beeinflussen, und zwar soweit, dass die Sphärolithen weniger zahlreich sind und sich nur unvollständig und ungleichförmig ausbilden oder sich so langsam bilden, dass sie zum Schwimmen auf der Schmelze neigen und eine starke Abtrennung verursachen, die als Kohlenstoff-Flotation bekannt ist.
Die genaue Bestimmung der Zusammensetzung der bekannten Einschlüsse in Gusseisen ist ganz ausserordentlich schwierig. In erster Linie lassen sich die allgemeinen Gesetze über chemische Wechselwirkungen nicht immer bei den hohen Temperaturen anwenden, die im geschmolzenen Gusseisen auftreten, welches den Prozess der Verfestigung durchmacht. Man nimmt allgemein an, dass diese Inklusionen in Form der Oxide, Silikate, Sulfide und Nitride verschiedener Elemente vorliegen, genauer gesagt, als Komplexe von Oxiden und Sulfiden, Es ist weiterhin bekannt, dass diese Komplexe hohe Schmelzpunkte haben und im flüssigen Gusseisen unlöslich sind, wodurch sie sich vor der Verfestigung abscheiden, oder sie haben niedrige Schmelzpunkte und sind löslich oder mischbar mit flüssigem Gusseisen.
Ihre Bildungstemperatur und relative Löslichkeit in der Schmelze beeinflusst in grossem Masse ihre allgemeine Auswirkung auf die Verfestigung und ihren Effekt auf die Fällung sphärolithischen Graphites aus der Schmelze.
In den meisten Fällen sind die Silikatkomplexe des Mangans, Aluminiums und Titans im Gusseisen anwesend, und es wird angenommen, dass sie den grössten Einfluss bei der Verfestigung ausüben. Für den Silikat-Sulfid-Komplex des Mangans ist es beispielsweise bekannt, dass entweder die Entfernung des Schwefels oder des Mangans die Bildung von sphärolithischem Graphit herbeiführt oder, was genauer ist, die Bildung von Flockengraphit unmöglich macht Im Falle der Titan-Komplexe ist es bekannt, dass die Gegenwart von Titan zur Bildung des unterkühlten Graphits der Struktur D führt und nicht zu gewöhnlichem Flockengraphit.
Die Rolle der Aluminium- oder Tonerdekomplexe ist noch nicht so gut bekannt, jedoch da die meisten feuerfesten Stoffe, Ferrolegierungen und Impfmittel Aluminium enthalten, ist es ansser- ordentlich schwierig, eine Schmelze zu erzeugen, die keine Tonerdekomplexe und andere, aluminiumhaltige Inklusionen aufweist.
Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wurde gefunden, dass bei hochreinen Schmelzen insbesondere Elemente, die gewöhnlich noch anwesend sind und hochschmelzende Inklusionen bilden, beispielsweise Aluminium, Cer und Titan, auch Magnesium in höheren Mengen, zur Ausbildung schlechterer und degenerierter Graphitformen neigen.
In Fig. 7 ist zum Vergleich der Schmelzpunkt der Oxide bestimmter Elemente angegeben, da bezüglich des Schmelzpunktes der Zusammensetzung, der Löslichkeit und der Stabilität von Silikaten oder Silikat-Sulfid-Komplexen dieser Elemente nur sehr wenige Werte verfügbar sind. Dabei wurde von der allgemeinen Annahme ausgegangen, dass Ele mente mit hohem Schmelzpunkt ihrer Oxide hochschmelzende Silikate oder Silikatkomplexe bilden. Dabei ist aber selbstverständlich, dass bei einer Elementkombination der genaue Schmelzpunkt nur eine Vermutung darstellt, und dass alle keramischen Kombinationen eutektische Gemische mit niedrigeren Schmelzpunkten bilden.
Andererseits wurde gefunden, dass Elemente mit niedriger schmelzenden Oxiden und auch niedriger schmelzenden Silikaten und Silikatkomplexen zur Bildung von kleineren und perfekteren sphärolithischen Graphitteilchen günstig sind, obschon diese Elemente als solche nicht direkt zur Ausbildung von Sphärolithen führen. Es wird weiter angenommen, dass die Elemente mit niedriger schmelzenden Oxiden die Neigung besitzen, sich mit den Elementen zu verbinden, die höher schmelzende Komplexe bilden und deren Neigung zur Herstellung schlechterer Sphärolithen bekannt ist, und durch Erniedrigung des Gesamtschmelzpunktes diese Elemente unwirksam machen und vielleicht auch die Löslichkeit dieser Komplexe in der Schmelze erhöhen.
Daher war es möglich, Elemente wie Blei zur Vermeidung der schädlichen Wirkungen des Aluminiums zu verwenden, vgl. Fig. 6 und Fig. 5. Es wird angenommen, dass das Blei zusammen mit dem Aluminium einen niedrig schmelzenden Silikatkomplex bildet, wodurch eine mögliche Auswirkung auf die Kristallisation von sphärolithischem Graphit ausgeschaltet wird. Es ist weiterhin vernünftig anzunehmen, dass überschüssige Mengen an Blei oder anderen Elementen, die niedrig schmelzende Komplexe oder Inklusionen bilden, mit dem im Kugelgraphitgusseisen anwesenden Magne sium reagieren, welches Kerne von Magnesiumsilikat bildet, und dann die Wirksamkeit des Magnesiums neutralisieren.
Im erfindungsgemässen Verfahren hat die Zugabe von kleinen Mengen der genannten Elemente, deren Oxide oder Salze bei Temperaturen unterhalb des Liquidus-Solidus-Bereiches von Kugelgraphitgussschmelzen die Wirkung in Richtung einer Verbesserung der Sphärolith-Struktur. Die Wirkung der Zugabe dieser Elemente und anderer Elemente ist in Fig. 7 veranschaulicht. Andererseits führt die Gegenwart von Elementen, deren Oxide weit oberhalb des Liquidus Solidus-Bereiches schmelzen, z.
B. der in Fig. 7 gezeigten Ele mente Aluminium, Titan und Cer zur Degenerierung der Graphitausscheidungen, und diese Tendenz zur Erzeugung degenerierter Formen kann durch die vorsichtige Zugabe von Elementen, deren Oxide einen Schmelzpunkt stark unterhalb des Liquidus-Solidus-Bereiches von Kugelgraphitguss haben, nämlich von Antimon, Wismut, Blei, Germanium, Zinn, Arsen oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Bestandteile, beseitigt werden.
Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die angeführte Menge eines der genannten Elemente, ihrer Oxide oder Salze, beispielsweise Blei, der Schmelze zugesetzt, um die Menge eines Elementes mit hochschmelzendem Oxid, beispielsweise Aluminium, zu neutralisieren, welches in der Schmelze anwesend sein kann; wenn beispielsweise Aluminium in Mengen von 0,05 o/o in der Schmelze anwesend ist, so wird dieser zwischen 10 ovo und 75 /0 der angegebenen Menge an Blei zugesetzt. Wenn Titan, Blei und Cer anwesend sind, so wird die Summe ihrer Konzentrationen zur Bestimmung der zuzugebenden Menge an Blei zugrunde gelegt. Wenn andererseits Elemente wie Arsen, Antimon, Wismut und Zinn anwesend sind, die niedrig schmelzende Oxide bilden, so wird deren Menge von der zuzugebenden Bleimenge abgezogen.
Beispiel
Es wurde eine Gusseisenschmelze hergestellt, die 0,02 o/o Titan und 0,03 o/o Aluminium enthielt. Die Schmelze enthielt weiterhin 0,005 o/o Arsen, 0,001 ovo Blei und 0,002 o/o Zinn. Zu einem Teil der Schmelze wurde eine Magnesium-Silicium Legierung zugegeben, bis der Gehalt dieses Teiles der Schmelze an Magnesium 0,04 o/o betrug. Es wurde gefunden, dass ein gegossener Stab aus dieser Schmelze etwa 80 o/o sphärolithischen Graphit und etwa 20 o/o degenerierten sphärolithischen Graphit enthielt, wobei etwa die Hälfte dieses degenerierten Graphites in Form einer explodierten hyper-eutektischen Graphitstruktur vorlag.
Da der Gesamtgehalt an Elementen mit hochschmelzenden Oxiden 0,02 + 0,03 = 0,05 o/o und die Summe der Elemente mit niedrigschmelzenden Oxiden 0,005 + 0,001+0,002 = 0,008 O/o betrug, so ergab sich der Überschuss an Elementen mit hochschmelzenden Oxiden zu 0,05 minus 0,008 = 0,042 O!o. Demgemäss wurden 50 o/o dieses Wertes, d. h. 0,021 /o, an Blei zur Schmelze gegeben und dann die Magnesium-Silicium Legierung zugegeben, bis der Gehalt an Magnesium 0,04 o/o betrug. Aus diesem zweiten Teil der Schmelze wurde ein zweiter Versuchsstab gegossen.
Es wurde nun gefunden, dass dessen Struktur zu 100 o/o aus kleinen, perfekten Sphärolithen bestand, und dass praktisch kein degenerierter Graphit und keine explodierten graphitischen Sphärolithen anwesend waren.
Andere Elemente mit niedrig schmelzenden Oxiden und Oxidkomplexen, wie Kupfer und Molybdän, wirken zwar in ähnlicher Weise wie die beim erfindungsgemässen Verfahren zugegebenen Elemente, sie sind jedoch im allgemeinen schwierig quantitativ zu bestimmen und demgemäss werden sie beim erfindungsgemässen Verfahren nicht oder höchstens zusätzlich zu den genannten Elementen, beispielsweise Blei oder Germanium, eingesetzt. Die Elemente Wismut, Antimon und Arsen verhindern wirksam die Bildung degenerierter Graphitstrukturen durch die hochschmelzenden Oxide. Da aber Blei und Germanium die Ausscheidungszahl stark erhöhen und Wismut nur zusammen mit Cer vollständig wirksam ist, werden vorzugsweise nur Blei und Germanium beim erfindungsgemässen Verfahren verwendet.
Wegen der schwierigen genauen chemischen Bestimmung der verschiedenen Spurenelemente wird die Zugabe der erwähnten Elemente im allgemeinen durch einen Versuch bestimmt. Dabei wird einer vorgegebenen Schmelze so viel Magnesium zugegeben, dass diese 0,04 o/o Mg enthält, worauf man einen Versuchsstab giesst, der entweder 25 oder 75 mm Durchmesser hat, was vom mittleren Querschnitt des zu giessenden Stücks abhängt. Dann wird dieser Versuchsstab auf Ausscheidungszahl und die Anwesenheit von degeneriertem Graphit geprüft. Je nach dem Resultat dieser Prüfung wird Blei oder Germanium zur Schmelze zugegeben, wobei man sich in der Hauptsache auf die Menge von Aluminium und Titan in der Schmelze stützt.
Dann giesst man einen zweiten Versuchs stab und prüft dessen Struktur. Auf dieser Grundlage wird die minimale Zugabe an Blei oder Germanium ermittelt, die vollständig wirksam ist, ohne einen Überschuss darzustellen. Diese Versuchsergebnisse können dann später unter ähnlichen Bedingungen wieder verwendet werden.
Es wird vorgezogen, stets vom Blei und Germanium so wenig wie möglich zuzugeben. Dies kann auch dadurch erreicht werden, dass man von vornherein den Aluminiumoder Titangehalt der Schmelze möglichst stark verringert.
Wenn man die Wahl zwischen der Zugabe von Blei oder Germanium hat, so wird Blei wegen seines niedrigeren Preises vorgezogen. Wenn jedoch eine eher ferritische Struktur erwünscht ist, soll Germanium verwendet werden. Es wurde nämlich gefunden, dass Germanium die Ausbildung der ferritischen Struktur begünstigt.
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zur Herstellung von sphärolithischem Gusseisen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Sphärolithenzahl und -form verbessert und andererseits die Menge an degenerierten Graphitformen vermindert, indem man einer Eisenschmelze, die mindestens eines der Elemente Aluminium, Titan und Cer enthält, Antimon, Wismut, Blei, Germanium, Zinn, Arsen oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Bestandteile in Form der Metalle oder Oxide oder als Salze in einer solchen Menge zugibt, dass der Gesamtgehalt an diesen Elementen 10 bis 75 o/o des Summengehaltes der Eisenschmelze an den Elementen Aluminium, Titan und Cer ausmacht.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man der Eisenschmelze Blei und/oder Germanium, entweder in Form der Metalle oder als Salze in einer solchen Menge zugibt, dass die Gesamtmenge an diesen Elementen 0,002 bis 0,05 Gew.-o/o, bezogen auf das Gewicht der Gusseisenschmelze, beträgt.
2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man 0,002 bis 0,02 Gew.-O/o an Blei und/oder Germanium, bezogen auf das Gewicht der Gusseisenschmelze, zusetzt.
PATENTANSPRUCH II
Nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I hergestelltes sphärolithisches Gusseisen mit verbesserter Sphärolithenzahl und -form, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eines der Elemente Blei, Germanium, Wismut, Arsen, Antimon oder Zinn enthält, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen 10 bis 75 Gew.-O/o des Summengehaltes des Gusseisens an den Elementen Aluminium, Titan und Cer ausmacht.
UNTERANSPRÜ
The present invention relates to a method for producing spherulitic cast iron, the aim of this method being to improve the number and shape of spherulites of the cast iron and, on the other hand, to reduce the amount of degenerated graphite shapes.
It is known that cast iron with spherulitic graphite formation, which is caused by the presence of magnesium and / or cerium, can contain a relatively large number of small precipitates or a smaller number of larger precipitates. These precipitates can have the ideal spherical shape or irregular outlines, be mixed with vermiculite-like graphite, represent compact graphite flakes, as well as be in the form of cell graphite or burst spheres, and it is known that all these changes are summarized under the term degenerate graphite forms. It is also known that the presence of such degenerate shapes in cast iron contributes to the deterioration of the mechanical properties, in particular with regard to impact resistance and elongation.
It is also known that the presence of smaller, more numerous, perfect spheres increases the tensile strength and the yield strength and leads to less deposition of graphite in the mold when the cast iron is cast, which is sometimes referred to as carbon flotation.
The invention has set itself the goal of creating a spherulitic cast iron with smaller, ideally possible graphite spheres. This should make it possible to give the spherulitic cast iron better mechanical properties, produce larger castings with a homogeneous structure, reduce the effectiveness of interfering elements and switch off the problem of carbon flotation.
The present invention relates to a process for the production of spherulitic cast iron, which is characterized in that the number and shape of spherulites is improved and, on the other hand, the amount of degenerate graphite forms is reduced by adding an iron melt containing at least one of the elements aluminum, titanium and
Contains cerium, antimony, bismuth, lead, germanium, tin, arsenic or a mixture of two or more of these components in the form of metals or oxides or as salts in such an amount that the total content of these elements is 10 to 75% / o the total content of the iron melt in the elements aluminum, titanium and cerium.
The iron melt used in the process according to the invention, which contains the mentioned elements, their oxides or their oxides or salts, in particular lead and / or iron elements, aluminum, titanium or cerium or a mixture of them
Contain 2 or 3 of these elements, with the addition of the metals antimony, bismuth, lead, germanium, tin, arsenic or a mixture of 2 or more of these metals or their salts in such an amount that the total content of these elements 10 to 75% of the total amount of aluminum, titanium and cerium in the molten iron.
To carry out the process according to the invention, iron melts can easily be drawn in that contain only one of the elements aluminum,
Containing titanium or cerium, the correct amount of the above-mentioned metals or their oxides or salts, in particular lead and / or ger mum, is essential in any case.
In a special embodiment of the process according to the invention, lead and / or ger manium are added to the molten iron either in the form of metals or as oxides or salts in such an amount that the total amount of these elements is 0.002 to 0.05% by weight , in particular 0.002 to 0.02% by weight 0/0.
In a preferred embodiment of the method according to the invention, a large part or the total amount of the added constituents is lead and / or germanium.
Furthermore, the invention relates to a spherulitic cast iron produced by the process according to the invention with an improved number and shape of spherulites, which is characterized in that it contains at least one of the elements lead, germanium, bismuth, arsenic, antimony or tin, the sum of the contents being These elements make up 10 to 75% by weight of the total content of the cast iron in the elements aluminum, titanium and cerium. The drawing shows both microphotograms of spherulitic cast iron produced by the method according to the invention and of a spherulitic cast iron produced by a previously known method. A state diagram of an iron is also illustrated.
In detail, Figs. 1 to 7 illustrate the following:
1 shows a microphotograph, magnification 100 times, of the structure of a known spherulitic cast iron with the usual graphite formation;
2 shows a microphotogram of such a graphite precipitate enlarged 600 times;
3 shows a photomicrograph with 100 times enlargement of the same spherulitic cast iron, but which additionally contains lead;
FIG. 4 shows a microphotogram, magnified 100 times, of the iron according to FIG. 2 to which germanium has been added;
5 shows a microphotograph, 100 times enlarged, of a spherulitic cast iron which contains 0.056 o / o aluminum as a disruptive element;
6 shows a photomicrograph with 100 times enlargement of the cast iron according to FIG. 5, to which 0.02% lead has been added, and
7 shows a phase diagram of an iron with 2 o / o silicon, the carbon content in percent being plotted on the abscissa and the temperature in C on the ordinate, and in which the melting point of the oxides of several elements has been entered, which are in spherulitic Find cast iron or be added to it as trace elements.
The effect of so-called interfering elements, often also called harmful elements, on the form of graphite precipitation in nodular cast iron has been known for as long as it was found that the addition of certain elements such as magnesium, cerium, calcium, yttrium and others to cast iron in certain amounts Occurrence of graphite precipitation lead in spherulitic form in such cast iron. The manufacture of spherulitic cast iron has been the subject of numerous patents and
Patent applications have been.
It is known that the exact shape of the precipitates, the absence of degenerate graphite and the size of the
Excretions, d. H. the number of elimination, from very many
Depending on factors, for example the carbon equivalent of the melt, the cooling rate of the cast iron, the presence or absence of certain Störele elements and the cooling value or the ability of the melt to graphite. For example, larger graphite particles generally separate from a melt with a high initial cooling value, which are fewer in number and have a poorer shape than from a melt with a lower cooling value.
The migration of the cooling value of the melt to a lower value, for example through the later addition of silicon (either before or after the addition of the element effective for the spheroidal graphite), generally increases the precipitation number and improves the particle shape. Similarly, a melt with a higher carbon equivalent, for example a hyper-eutectic composition, leads to a better precipitation number and improved shape than a bath with a hypereutectic composition.
It has also been found that hyper-eutectic melts generally tend to produce a casting with more carbon flotation than hypo-eutectic melts under the same conditions.
It was extremely surprising that the constituents added in the process according to the invention can mask or neutralize the previously described influence of the composition and the cooling value of the iron melt, even in very small amounts.
It is known that certain elements, especially titanium, lead, aluminum and the like. a. represent strong disruptive factors that lead to degenerate graphite form, especially in heavy, slowly cooling castings. A move has therefore been made to add cerium to the elements that make up spheroidal graphite cast iron. This metal can be added at any time, but is particularly effective at a later time.
Other elements such as tin, arsenic, bismuth, antimony and the like a. lead under certain conditions to an improvement in the precipitation number and the shape of the graphite particles. However, when added in too large amounts, their effectiveness changes and the graphite particles degenerate. For example, bismuth, which improves the precipitation rate, must be used in conjunction with cerium to avoid the production of degenerate particles.
There is considerable confusion as to the exact amounts in which to add these various elements, which are useful in certain conditions and harmful in others. This confusion is based partly on the large number of such elements that can exert a certain effect, the difficulty of the precise chemical determination of these elements, the cumulative effect of various combinations of these elements, which can result in an additive or a subtractive effect, and im general to the lack of precise knowledge of the mechanism by which graphite appears in spherulitic form during cooling.
For example, cerium is considered by many skilled in the art to be a deleterious element, while the same number of skilled metallurgists consider it an element which is useful because it neutralizes deleterious effects of other elements.
The truth lies between these extremes. Under certain conditions, cerium has beneficial effects in small amounts, and in larger amounts and under other conditions it can produce degenerate forms of graphite.
The same behavior can be ascribed to the element magnesium, which is added to produce spheroidal graphite. Small amounts of magnesium do not create fully spherulitic structures.
It is generally believed that the presence of at least 0.03-0.04 percent magnesium is required to produce fully spherulitic structures. Under other conditions, however, 0.05 to 0.1 o / o magnesium is completely sufficient. On the other hand, under certain conditions, larger amounts of magnesium, for example about 0.08 o / o or more, produce less perfect graphite shapes.
In general, the known interfering elements exert a favorable influence in small quantities and an unfavorable influence in larger quantities under certain conditions; Predicting the behavior of these trace elements under certain given conditions is an extremely difficult, if not impossible, task.
While one can predict a general qualitative effect, with the current state of the art it is not yet possible to make any quantitative predictions.
It can be described as extremely surprising that the elements with a low melting point added in the process according to the invention, namely antimony, bismuth, lead, germanium, tin and arsenic, and of these in particular lead and germanium, when added to spherulitic cast iron, cause an increase in the precipitation number and a Cause improvement in graphite precipitation.
This finding is therefore so surprising, because until now little or almost nothing has been known about the behavior of germanium in cast iron, and furthermore lead has always been viewed as a very harmful element, as its presence led to the formation of degenerate graphite structures in nodular cast iron . For these reasons, the use of cerium in cast iron has always been suggested in order to neutralize the harmful effects of lead. It is all the more surprising that it has now been found that precisely the opposite is true and that, according to the process according to the invention, lead can be added to the melt of the spherulitic cast iron in order to neutralize the harmful effects of the cerium contained in the melt.
In addition to the elements added in the process according to the invention, selenium and certain other materials can optionally also be added which, under certain manufacturing conditions, can increase the effectiveness of the lead and germanium preferably added in the process according to the invention.
When carrying out the method according to the invention it is not necessary to add the introduced materials as such, but their oxides or salts, in particular the silicates, can also be added. However, under some conditions the salts are not as effective as the elements themselves.
In the process according to the invention, the addition of germanium and / or lead is preferred because these additives bring about the most effective improvement in the elimination rate, even when they are used in amounts of 0.002 to 0.02% by weight, based on the Weight of iron contained in cast iron. The method according to the invention is not limited to the use of this concentration range, however, because a certain loss of the added materials may possibly occur in the melt and it is difficult to chemically determine the elements in the end product with sufficient accuracy. Under certain conditions, smaller amounts of lead or germanium can also be effective and other process conditions are conceivable in which larger amounts are still effective.
Because many of the other trace elements can increase or decrease the effectiveness of lead or germanium, it is understandable that an exact specification of the addition of lead or germanium, individually or together, is very difficult.
It is not known with any accuracy why lead or germanium improve the number and shape of the precipitates so significantly, but it is believed that these elements form low melting point inclusions or compounds and it appears to be important that these elements appear in the periodic table stand close together. However, a working theory explaining the mechanism of the invention has been developed and it has been possible accordingly to state the use of a large number of elements and to significantly enrich the technique. However, the invention is not limited to this theory.
There is no generally acceptable theory as to the nature of the formation of spheroidal graphite in the solidification of cast iron to which certain amounts of agents which bring about spherulitization have been added. It is generally assumed that spheroidal graphite deposits on a core, for example magnesium silicide, when magnesium has been added to the melt, and that solidification, with the exception of hyper-eutectic precipitates, begins with the crystallization of austenite and spherulites, the austenite being the spherulites surrounds and wherein the spherulites grow by migration of carbon from the austenite to the graphite spherulites. The absence of other known cores, for example manganese sulphide, is essential for the formation of spheroidal graphite and therefore the sulfur content must be brought to very low values before spherulite formation can begin.
As with any solidification of a molten metal, the presence or absence of certain nuclei in the melt is an essential requirement for crystallization. In the absence of cores that prevent supercooling with rapid and simultaneous crystallization of graphite and austenite, the size and shape of the spherulites depends mainly on the number of cores and the linear crystallization speed. If a large number of cores are present, the spherulites formed are extremely small, and at a high linear crystallization rate there is a tendency to form perfect spheres.
If there are other cores in the melt, usually in the form of inclusions, these can strongly influence the very unstable equilibrium which is necessary for the formation of the graphite spherulites, and even if they do not completely suppress this formation, they can still reduce the number of cores and affect the linear crystallization rate to the extent that the spherulites are less numerous and form incomplete and non-uniformly or form so slowly that they tend to float on the melt and cause a severe separation known as carbon flotation .
The exact determination of the composition of the known inclusions in cast iron is extremely difficult. In the first place, the general laws of chemical interactions do not always apply to the high temperatures encountered in molten cast iron undergoing the solidification process. It is generally assumed that these inclusions are in the form of oxides, silicates, sulphides and nitrides of various elements, more precisely, as complexes of oxides and sulphides. It is also known that these complexes have high melting points and are insoluble in liquid cast iron, whereby they precipitate before solidification, or they have low melting points and are soluble or miscible with liquid cast iron.
Their formation temperature and relative solubility in the melt largely influence their general effect on solidification and their effect on the precipitation of spherulitic graphites from the melt.
In most cases the silicate complexes of manganese, aluminum and titanium are present in cast iron, and it is believed that they have the greatest influence on solidification. For the silicate-sulfide complex of manganese, for example, it is known that either the removal of the sulfur or the manganese causes the formation of spherulitic graphite or, more precisely, makes the formation of flake graphite impossible. In the case of the titanium complexes, it is known that the presence of titanium leads to the formation of the supercooled graphite of structure D and not to ordinary flake graphite.
The role of aluminum or alumina complexes is not so well known, but since most refractories, ferro-alloys and inoculants contain aluminum, it is extremely difficult to produce a melt that does not have alumina complexes and other aluminum-containing inclusions.
When carrying out the process according to the invention, it was found that in high-purity melts, in particular elements that are usually still present and form high-melting inclusions, for example aluminum, cerium and titanium, and also magnesium in higher amounts, tend to form poorer and degenerate graphite forms.
In FIG. 7 the melting point of the oxides of certain elements is given for comparison, since only very few values are available with regard to the melting point of the composition, the solubility and the stability of silicates or silicate-sulfide complexes of these elements. The general assumption was that elements with a high melting point of their oxides form high-melting silicates or silicate complexes. It goes without saying, however, that the exact melting point of a combination of elements is only a guess and that all ceramic combinations form eutectic mixtures with lower melting points.
On the other hand, it has been found that elements with lower melting oxides and also lower melting silicates and silicate complexes are favorable for the formation of smaller and more perfect spherulitic graphite particles, although these elements as such do not lead directly to the formation of spherulites. It is further assumed that the elements with lower melting oxides have the tendency to combine with the elements which form higher melting complexes and whose tendency to produce poorer spherulites is known, and by lowering the total melting point make these elements ineffective and perhaps also increase the solubility of these complexes in the melt.
It was therefore possible to use elements such as lead to avoid the harmful effects of aluminum, cf. 6 and 5. It is assumed that the lead forms a low-melting silicate complex together with the aluminum, thereby eliminating a possible effect on the crystallization of spherulitic graphite. It is also reasonable to assume that excess amounts of lead or other elements that form low-melting complexes or inclusions will react with the magnesium present in nodular cast iron, which nucleates magnesium silicate, and then neutralizes the effectiveness of the magnesium.
In the process according to the invention, the addition of small amounts of the elements mentioned, their oxides or salts at temperatures below the liquidus-solidus range of nodular cast iron melts has the effect of improving the spherulite structure. The effect of adding these elements and other elements is illustrated in FIG. On the other hand, the presence of elements whose oxides melt well above the liquidus solidus range, e.g.
B. the elements shown in Fig. 7 aluminum, titanium and cerium to degenerate the graphite precipitates, and this tendency to produce degenerate shapes can be achieved by the careful addition of elements whose oxides have a melting point well below the liquidus-solidus range of nodular cast iron , namely of antimony, bismuth, lead, germanium, tin, arsenic or a mixture of two or more of these components can be removed.
When carrying out the process according to the invention, the stated amount of one of the elements mentioned, their oxides or salts, for example lead, is added to the melt in order to neutralize the amount of an element with high-melting oxide, for example aluminum, which may be present in the melt; If, for example, aluminum is present in the melt in amounts of 0.05 o / o, it is added between 10 ovo and 75 / o of the specified amount of lead. If titanium, lead and cerium are present, the sum of their concentrations is used to determine the amount of lead to be added. On the other hand, if elements such as arsenic, antimony, bismuth and tin, which form low-melting oxides, are present, the amount thereof is subtracted from the amount of lead to be added.
example
A cast iron melt was produced which contained 0.02 o / o titanium and 0.03 o / o aluminum. The melt also contained 0.005 o / o arsenic, 0.001 o / o lead and 0.002 o / o tin. A magnesium-silicon alloy was added to part of the melt until the magnesium content of this part of the melt was 0.04%. It was found that a cast rod from this melt contained about 80 o / o spherulitic graphite and about 20 o / o degenerated spherulitic graphite, about half of this degenerated graphite being in the form of an exploded hyper-eutectic graphite structure.
Since the total content of elements with high-melting oxides was 0.02 + 0.03 = 0.05% and the sum of the elements with low-melting oxides was 0.005 + 0.001 + 0.002 = 0.008%, the excess of elements resulted with refractory oxides to 0.05 minus 0.008 = 0.042 O! o. Accordingly, 50 per cent of this value, i.e. H. 0.021 / o, of lead was added to the melt and then the magnesium-silicon alloy was added until the magnesium content was 0.04 o / o. A second test rod was cast from this second part of the melt.
It has now been found that 100 o / o of its structure consisted of small, perfect spherulites, and that practically no degenerate graphite and no exploded graphitic spherulites were present.
Other elements with low-melting oxides and oxide complexes, such as copper and molybdenum, act in a similar way to the elements added in the process according to the invention, but they are generally difficult to determine quantitatively and accordingly they are not or at most in addition to those mentioned in the process according to the invention Elements, such as lead or germanium, used. The elements bismuth, antimony and arsenic effectively prevent the formation of degenerate graphite structures due to the high-melting oxides. However, since lead and germanium greatly increase the number of precipitates and bismuth is only fully effective together with cerium, only lead and germanium are preferably used in the process according to the invention.
Because of the difficult and precise chemical determination of the various trace elements, the addition of the elements mentioned is generally determined by experiment. A given melt is added so much magnesium that it contains 0.04 o / o Mg, after which a test rod is poured with a diameter of either 25 or 75 mm, depending on the mean cross-section of the piece to be cast. Then this test rod is checked for precipitation number and the presence of degenerated graphite. Depending on the result of this test, lead or germanium is added to the melt, mainly relying on the amount of aluminum and titanium in the melt.
Then you pour a second test rod and check its structure. On this basis, the minimum addition of lead or germanium is determined which is fully effective without representing an excess. These test results can then be used again later under similar conditions.
It is preferred to always add as little lead and germanium as possible. This can also be achieved by reducing the aluminum or titanium content of the melt as much as possible from the outset.
Given the choice between adding lead or germanium, lead is preferred because of its lower price. However, if a more ferritic structure is desired, germanium should be used. It has been found that germanium favors the formation of the ferritic structure.
PATENT CLAIM I
Process for the production of spherulitic cast iron, characterized in that the number and shape of spherulites is improved and, on the other hand, the amount of degenerated graphite forms is reduced by adding an iron melt which contains at least one of the elements aluminum, titanium and cerium, antimony, bismuth, lead, Germanium, tin, arsenic or a mixture of two or more of these components in the form of metals or oxides or as salts is added in such an amount that the total content of these elements is 10 to 75 o / o of the total content of the iron melt in the elements aluminum, Titanium and cerium.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that lead and / or germanium, either in the form of metals or as salts, is added to the molten iron in an amount such that the total amount of these elements is 0.002 to 0.05% by weight o, based on the weight of the cast iron melt.
2. The method according to dependent claim 1, characterized in that 0.002 to 0.02% by weight of lead and / or germanium, based on the weight of the cast iron melt, is added.
PATENT CLAIM II
Spherolithic cast iron produced by the process according to claim I with improved spherulites number and shape, characterized in that it contains at least one of the elements lead, germanium, bismuth, arsenic, antimony or tin, the sum of the contents of these elements being 10 to 75 wt .-O / o of the total content of the cast iron in the elements aluminum, titanium and cerium.
SUBClaim