CH655950A5 - WORKPIECE IN CAST IRON WITH BALL GRAPHITE. - Google Patents
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- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
- C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
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. The invention relates to a workpiece with wall thicknesses greater than 10 mm made of spheroidal graphite cast iron with a maximum of 1.0 mass% silicon (Si), preferably 0.2-0.6% silicon.
. 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. . Cast iron with a Si content of at most 1% by mass - all percentages are to be understood as% by mass - is known (CH-PS 508 729). To remove carbon as graphite during the solidification process, this cast iron contains 1-3% aluminum (AI), which partially replaces the silicon as a graphitizing element. Silicon and aluminum are known to have an embrittling effect in the material structure. In order to obtain the highest possible toughness, it is therefore necessary to keep the Si and Al contents in the cast iron as low as possible.
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. The invention is therefore based on the object of creating a cast iron with spheroidal graphite, the Si contents of which are clearly below 1%, without another alloying element for graphitization - in particular, therefore, no AI - being added to it.
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 According to the invention, this object is achieved in that it is free of aluminum (AI) replacing Si as a graphitization element, that its structure is free of primary carbides, and that at least one of the following basic structures is ferrite, pearlite, bainite or martensite; a
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. The process for its production is characterized in that, after the Mg treatment necessary for the formation of spheroidal graphite, an inoculant is added to the melt shortly before solidification, by which 5 0.1-0.2% Si is added to the melt, and after that Solidification to produce the above-mentioned structure, a heat treatment is carried out.
«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. “Shortly before solidification” means that the vaccination is carried out in the mold, in the pouring stream or in the pouring well. "> This relatively late vaccination means that graphite precipitation is achieved even without the usual amounts of graphitizing elements. Si is advantageously added by the melt containing 0.15 to 0.3% ferro-silicon, 80% Si (FeSi-80) The 15 Mg treatment of the melt necessary for spheroidal graphite formation can be carried out with pure Mg, Ni-MG, Cu-Mg or a high-percentage FeSi-Mg.
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. In the as-cast state, the workpiece is generally in a pearlitic structure without primary carbides. The 20 required structures are achieved by heat treatments as are known per se for the production of these structures. The workpiece is e.g. from the as-cast state in the austenite range - i.e. to 700-950 ° C - heated, held in this area for 0.25-10 hours and then cooled down to the speed required for the desired structure. A ferritic structure can be obtained by slow furnace cooling down to a maximum of 20 ° C / h, while perlite is formed when it is cooled in air. Bainite is obtained by isothermal conversion in a salt, oil or lead bath between 30 250 and 450 ° C.
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. An additional object is furthermore to create a workpiece from the aforementioned cast iron with a low Si content, in which a martensite tempering structure 35 is obtained by tempering at different tempering temperatures, without secondary graphite being precipitated . This can be done by quenching the workpiece from the austenite area in air, oil or water to produce a martensite tempering structure with certain strength and ductility and then 40, depending on the desired strength and ductility, at a temperature between 400 and 720 ° C is started.
Eine bestimmte Kombination von Festigkeit und Dehnbarkeit kann dabei durch geeignete Wahl der Anlass-Tempe-45 raturen erreicht werden. A certain combination of strength and ductility can be achieved by a suitable choice of tempering temperatures.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem ein Werkstück mit reinem Martensit-Vergütungsgefüge hergestellt wird. The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment in which a workpiece is produced with a pure martensite tempering structure.
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 In an induction furnace, which is provided with an acid or basi-50 see lining, equal amounts of low-siliconized pig iron and unalloyed steel scrap, each with a maximum Si content of 0.2%
- unter Zusatz eines Aufkohlungsmittels, z.B. Graphit zur Erzielung des gewünschten Kohlenstoff-Gehaltes in der wei- with the addition of a carburizing agent, e.g. Graphite to achieve the desired carbon content in the white
55 ter unten angegebenen Endzusammensetzung der Schmelze 55 ter final composition of the melt given below
- geschmolzen und auf eine Temperatur von 1550 °C erhitzt. - melted and heated to a temperature of 1550 ° C.
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. At this temperature, the Mg treatment of the melt necessary for spheroidal graphite formation is carried out by adding 0.5% 60 of the additional alloy FeSi-Mg-40 (containing about 40% Mg) by dipping the melt.
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. Next, the melt treated with Mg is poured into the casting in a sand mold, whereby according to the invention, a vaccination 65 takes place during the casting process; 0.2% FeSi-80, which contains 80%, serves as inoculant.
Der vergossenen Schmelze wird zu Analyse-Zwecken eine Probe entnommen, mit deren Hilfe die nachstehende Endzusammensetzung der Schmelze bestimmt wird: A sample is taken from the cast melt for analysis purposes, with the aid of which the following final composition of the melt is determined:
3 3rd
655 950 655 950
Chrom 3,40-3,70 Masse-% Chromium 3.40-3.70 mass%
Silizium 0,40-0,60 Masse-% Silicon 0.40-0.60% by mass
Mangan 0,10-0,20 Masse-% Manganese 0.10-0.20 mass%
Magnesium 0,04-0,06 Masse-% Magnesium 0.04-0.06 mass%
Pmax 0,08 Pmax 0.08
Smax 0,01 Smax 0.01
Das Werkstück hat nach dem Erkalten im Gusszustand ein perlitisches Gefüge, das keine Primarkarbiden enthält. After cooling in the as-cast state, the workpiece has a pearlitic structure that contains no primary carbides.
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. As a heat treatment, the heating is first carried out to 900 ° C in the austenite area, which comprises approximately 720 to 1145 ° C. The workpiece is held at the specified temperature for 0.25 h, although holding times of 0.25-10 h are generally permissible. From the austenite area, the workpiece is quenched in oil, creating a martensite structure.
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: A tempering treatment is then carried out at temperatures of 400 to 700 ° C - the tempering temperature is selected in a known manner in accordance with the desired mechanical properties, in particular the strength s and plasticity - and cooling in the oven or in air. The structure of the workpiece subjected to the heat treatment described is a purely martensitic tempering structure, which is free of secondary graphite deposits, its mechanical properties depending on the tempering temperatures, resulting in:
0,2%-Dehngrenze 0.2% proof stress
Rp0.2 Rp0.2
N/mm2 N / mm2
300-900 300-900
Zugfestigkeit tensile strenght
Rm Rm
N/mm2 N / mm2
500-1200 500-1200
Bruchdehnung Elongation at break
As As
% %
12-2 12-2
Brinell-Härte Brinell hardness
HB HB
200-350 200-350
Kerbschlagarbeit Impact work
Av Av
J J
12-2 12-2
G G
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PL | Patent ceased |