CH655950A5

CH655950A5 - Werkstueck aus gusseisen mit kugelgraphit.

Info

Publication number: CH655950A5
Application number: CH587283A
Authority: CH
Inventors: Diethard Dr Schock
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1983-10-31
Filing date: 1983-10-31
Publication date: 1986-05-30
Also published as: ATA211384A; JPS6096747A; GB2148939A; FR2554022B1; DE3339885C1; GB2148939B; AT389712B; GB8424688D0; FR2554022A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkstück mit Wandstärken grösser als 10 mm aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit maximal 1,0 Masse-% Silizium (Si), vorzugsweise 0,2-0,6% Silizium.

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

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

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass es frei von - Si als Graphitisierungselement ersetzendem - Aluminium (AI) ist, dass sein Gefüge frei von Primärkarbiden ist, und dass mindestens eines der nachstehenden Grundgefüge Ferrit, Perlit, Bainit oder Martensit vorhanden ist; ein

Verfahren zu seiner Herstellung ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze nach der zur Kugelgraphitbildung notwendigen Mg-Behandlung kurz vor der Erstarrung eine Impflegierung zugegeben wird, durch die der Schmelze 5 0,1-0,2% Si beigefügt wird, und dass nach der Erstarrung zur Erzeugung der genannten Gefüge eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.

«Kurz vor der Erstarrung» bedeutet dabei, dass die Impfung in der Form, im Giessstrahl oder im Giesstümpel erfolgt. "> Diese relativ späte Impfung bewirkt, dass auch ohne die bisher üblichen Mengen an graphitisierenden Elementen eine Graphitausscheidung erreicht wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Si-Zugabe dadurch, dass der Schmelze 0,15 bis 0,3% Fer-rosilizium, 80% Si enthaltend (FeSi-80), zugegeben wird. Die 15 zur Kugelgraphitbildung notwendige Mg-Behandlung der Schmelze kann mit Rein-Mg; Ni-MG; Cu-Mg oder einem hochprozentigen FeSi-Mg durchgeführt werden.

Im Gusszustand liegt das Werkstück dabei im allgemeinen in einem perlitischen Gefüge ohne Primärkarbide vor. Die 20 geforderten Gefüge werden durch Wärmebehandlungen erreicht, wie sie für die Erzeugung dieser Gefüge an sich bekannt sind. Dabei wird das Werkstück z.B. aus dem Gusszustand in Austenit-Bereich - d.h. auf 700-950 °C - erwärmt, in diesem Bereich 0,25-10 Stunden gehalten und anschlies-25 send mit für das gewünschte Gefüge notwendiger Geschwindigkeit abgekühlt. Ein ferritisches Gefüge kann dabei durch langsame Ofenabkühlung bis maximal 20 °C/h erhalten werden, während Perlit bei Abkühlung an Luft entsteht. Durch isotherme Umwandlung im Salz-, Öl- oder Bleibad zwischen 30 250 und 450 °C erhält man Bainit.

Eine zusätzliche Aufgabe besteht weiterhin darin, aus dem genannten Gusseisen mit niedrigem Si-Gehalt ein Werkstück zu schaffen, bei dem durch Anlassen bei unterschiedlichen Anlass-Temperaturen ein Martensit-Vergütungsgefüge 35 erhalten wird, ohne dass es zu Ausscheidungen von Sekun-där-Graphit kommt. Hierfür kann man so vorgehen, dass zur Erzeugung eines Martensit-Vergütungsgefüges mit bestimmter Festigkeit und Dehnbarkeit das Werkstück aus dem Austenitbereich in Luft, Öl oder Wasser abgeschreckt und 40 anschliessend, je nach der gewünschten Festigkeit und Dehnbarkeit, bei einer Temperatur zwischen 400 und 720 °C angelassen wird.

Eine bestimmte Kombination von Festigkeit und Dehnbarkeit kann dabei durch geeignete Wahl der Anlass-Tempe-45 raturen erreicht werden.

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

In einem Induktionsofen, der mit einer sauren oder basi-50 sehen Auskleidung versehen ist, werden gleiche Mengen von niedrig-siliziertem Roheisen und unlegiertem Stahlschrott, die je einen maximalen Si-Gehalt von 0,2% haben

- unter Zusatz eines Aufkohlungsmittels, z.B. Graphit zur Erzielung des gewünschten Kohlenstoff-Gehaltes in der wei-

55 ter unten angegebenen Endzusammensetzung der Schmelze

- geschmolzen und auf eine Temperatur von 1550 °C erhitzt.

Bei dieser Temperatur erfolgt die zur Kugelgraphitbildung notwendige Mg-Behandlung der Schmelze, indem 0,5% 60 der Zusatzlegierung FeSi-Mg-40 (etwa 40% Mg enthaltend) durch Tauchen der Schmelze zugegeben werden.

Als nächstes wird die mit Mg behandelte Schmelze in einer Sandform zu dem Gussstück vergossen, wobei erfindungsgemäss während des Giessvorganges eine Impfung 65 erfolgt; als Impfmittel dienen 0,2% FeSi-80, das 80% enthält.

Der vergossenen Schmelze wird zu Analyse-Zwecken eine Probe entnommen, mit deren Hilfe die nachstehende Endzusammensetzung der Schmelze bestimmt wird:

3

655 950

Chrom 3,40-3,70 Masse-%

Silizium 0,40-0,60 Masse-%

Mangan 0,10-0,20 Masse-%

Magnesium 0,04-0,06 Masse-%

Pmax 0,08

Smax 0,01

Das Werkstück hat nach dem Erkalten im Gusszustand ein perlitisches Gefüge, das keine Primarkarbiden enthält.

Als Wärmebehandlung erfolgt nunmehr zunächst ein Aufheizen auf 900 °C in den Austenitbereich, der etwa 720 bis 1145 °C umfasst. Auf der genannten Temperatur wird das Werkstück 0,25 h gehalten, wobei jedoch im allgemeinen Haltezeiten von 0,25-10 h zulässig sind. Aus dem Austenit-Bereich wird das Werkstück in Öl abgeschreckt, wobei ein Martensit-Gefüge entsteht.

Anschliessend wird eine Anlassbehandlung bei Temperaturen von 400 bis 700 °C - die Wahl der Anlasstemperatur erfolgt in bekannter Weise nach Massgabe der angestrebten mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Festigkeit s und Plastizität - und Abkühlung im Ofen oder an Luft vorgenommen. Das Gefüge des der beschriebenen Wärmebehandlung unterworfenen Werkstücks ist ein rein martensitisches Vergütungsgefüge, das frei von sekundären Graphitausscheidungen ist, wobei sich seine mechanischen Eigenschaften je io nach Anlasstemperaturen ergeben zu:

0,2%-Dehngrenze

Rp0.2

N/mm2

300-900

Zugfestigkeit

Rm

N/mm2

500-1200

Bruchdehnung

As

%

12-2

Brinell-Härte

HB

200-350

Kerbschlagarbeit

Av

J

12-2

G

Claims

655 950

1. Werkstück mit Wandstärken grösser als 10 mm aus Gusseisen mit Kugelgraphit mit maximal 1,0 Masse-% Silizium (Si), dadurch gekennzeichnet, dass es frei von - Si als Graphitisierungs-Element ersetzendem - Aluminium (AI) ist, dass sein Gefüge frei von Primärkarbiden, und dass mindestens eines der nachstehenden Grundgefüge Ferrit, Perlit, Bainit oder Martensit vorhanden ist.

2. Werkstück nach Anspruch 1, gekennzeichnet, abgesehen von Verunreinigungen, durch

Vanadium (V) Chrom (Cr) Mangan (Mn) Nickel (Ni) Kupfer (Cu) Molybdän (Mo)

0-0,5 Masse-% 0-0,5 Masse-% 0-1,0 Masse-% 0-10 Masse-% 0-3,0 Masse-% 0-1,0 Masse-%

als Legierungselement.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze nach der zur Kugelgraphitbildung notwendigen Mg-Behandlung kurz vor der Erstarrung eine Impflegierung zugegeben wird, durch die der Schmelze 0,1-0,2 Masse-% an Si beigefügt wird, und dass nach der Erstarrung zur Erzeugung der genannten Gefüge eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück aus dem Gusszustand in den Austenitbe-reich erwärmt, in diesem Bereich 0,25-10 Stunden (h) gehalten und anschliessend mit an das gewünschte Gefüge ange-passter Geschwindigkeit abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Martensit-Vergütungsgefüges ohne Ausscheidung von Sekundär-Graphit das Werkstück aus dem Austenitbereich in Luft, Öl oder Wasser abgeschreckt und anschliessend, je nach der gewünschten Festigkeit und Dehnbarkeit, bei einer Temperatur zwischen 400 und 720 °C angelassen wird.