CH660754A5

CH660754A5 - Waermebestaendiges, ferritisches kugelgraphit-gusseisen.

Info

Publication number: CH660754A5
Application number: CH4614/84A
Authority: CH
Inventors: Yoshikazu Fukuhara; Shinichi Ohama
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Ind
Priority date: 1983-09-27
Filing date: 1984-09-26
Publication date: 1987-06-15
Also published as: IT8422871A1; GB2147007B; IT1176831B; GB8424106D0; JPS6250546B2; FR2552447B1; DE3432525A1; FR2552447A1; DE3432525C2; IT8422871A0; GB2147007A; JPS6070162A

Description

660754

2

PATENTANSPRUCH Fig. 4 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen

Wärmebeständiges ferritisches Kugelgraphit-Gusseisen, der Ferritkorngrösse und der Bruchdehnung veranschau-

dadurch gekennzeichnet, dass es 2,6-3,8% von C, 3-4,2% licht.

von Si, weniger als 0,5% von Mn, weniger als 0,1% von P, Die nachfolgenden Ausführungen basieren auf ausge-

weniger als 0,03% von S, weniger als 0,6% von Mo und 5 dehnten Versuchen, die in der Anmelderfirma ausgeführt

0,02-0,15 % von Mg einschliesslich seltene Erdelemente auf- wurden.

weist, wobei die mittlere Ferritkorngrösse weniger als 2,5 • Si hat den höchsten Widerstand gegen Oxidation. Die 10~5 m beträgt. Fig. 1 zeigt ein Beispiel der ausgedehnten Studien und Versuche die durchgeführt wurden zur Ermittlung der Beziehung 10 zwischen dem Si-Gehalt und dem Widerstand gegen Oxidation. In der Fig. 1 ist auf der Ordinate das in Prozenten aus-Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Verbes- gedrückte Verhältnis zwischen der Dicke eines unbetroffenen serung von wärmebeständigem, ferritischem Kugelgraphit- Teiles und der ursprünglichen Dicke veranschaulicht, wie es Gusseisen, namentlich solchem, das eine hohe Zähigkeit hat ermittelt wurde durch die mikroskopische Untersuchung ei-in einem «Blausprödigkeits-Temperaturbereich». 15 nes Querschnittes, nachdem jeder Prüfling 600 mal von der Kugelgraphit-Gusseisen (entsprechend der japanischen Raumtemperatur auf 800 °C erhitzt worden war. Es ist aus Industrienorm FCD 40) wurde weitgehend verwendet als fer- der Fig. 1 ersichtlich, dass, wenn der Si-Gehalt höher als ritisches Gusseisen bei der Herstellung beispielsweise von 3,5%, die Dickenänderung kleiner wird; in der Praxis aber Gehäusen von Turboladern und von Auslassammelrohren. der Si-Gehalt grösser sein als 3%, wenn davon ausgegangen Es hat sich aber gezeigt, dass ferritisches Gusseisen eine un- 20 wird, dass die Dicke einer unbetroffenen Partie grösser sein genügende Wärmebeständigkeit, namentlich einen ungenü- muss als 85%.

genden Widerstand gegen Oxidierung hat, wenn die Temperatur der Auslassgase bis etwa 800 °C ansteigt. Die Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Si-Gehalt

Um dieses Problem zu lösen ist schon vorgeschlagen wor- und der Bruchdehnung. Es ist aus der Fig. 2 ersichtlich, dass,

den, Gusseisen mit hohem Gehalt an Si zu verwenden, wel- 25 wenn der Si-Gehalt höher ist als 3%, die Bruchdehnung bei ches einen hohen Widerstand gegen Oxidation besitzt; im 300-400 °C verringert wird, und dass, wenn der Si-Gehalt

Vergleich zu herkömmlichem Kugelgraphit-Gusseisen hat grösser ist als 3,9%, die Bruchdehnung auf ein Minimum re-

aber dieses Gusseisen mit hohem Si-Gehalt den Nachteil, duziert ist.

dass es wiederholtes Aufheizen schlecht aushält, so dass sich Es ergibt sich hieraus, dass der Si-Gehalt auf 3-4% be-

bei der Benützung allmählich Risse ausbreiten. 30 stimmt wird, damit die Dicke einer unbetroffenen Portion

Einer der Hauptgründe für diese Erscheinung besteht grösser werden kann als 85% und damit die Bruchdehnung darin, dass die Bruchdehnung geringer ist als 2-3% im söge- höher sein kann als 5% bei 400 °C unter den Bedingungen,

nannten «Blausprödigkeits-Temperaturbereich» zwischen dass die Ferritkorngrösse verringert wird, wie nachfolgend

300 und 400 °C. beschrieben und dass ein geeigneter Zusatz an Mo vorgese-

Um dem Rechnung zu tragen ist schon vorgeschlagen 35 hen wird.

worden, Gusseisen zu verwenden, das nebst dem hohen Si- Die Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Mo-Gehalt Gehalt von etwa 4% auch einen solchen von 1 % von Mo in einem Gusseisen, dessen Si-Gehalt so gewählt ist, dass die enthält. (In vorliegender Beschreibung handelt es sich bei Bruchdehnung bei 400° kleiner ist als 5% einerseits, und die den Gehaltsprozenten stets um Gewichtsprozente). Gussei- Bruchdehnung in Prozent andererseits. Es ist aus Fig. 3 er-sen mit hohem Si-Gehalt wurde verwendet bei der Herstel- 40 sichtüch, dass die Bruchdehnung stark verbessert wird, falls lung von Gehäusen von Turboladern und von Auslassgas- der Mo-Gehalt zwischen 0,1 und 0,4% liegt und dass, falls Sammlern von Automobilen; es hat sich aber herausgestellt, der Mo-Gehalt zwischen 0,05 und 0,5% liegt, die Bruchdeh-dass, wenn nur eine chemische Zusammensetzung angegeben nung bis über 5% hinaus zunimmt. Jedoch kann, wegen dem ist, die Bruchdehnung klein ist im Temperaturbereich zwi- Effekt, der erzielt wird, durch Verminderung der Ferritkorn-schen 300 und 400 °C und dass es schwierig ist, eine Bruch- 45 grosse, der Mo-Gehalt über 0,6 und 0,7% erhöht werden, dehnung von mehr als 5% zu erhalten. Aber die C-Gehalte im Gusseisen sind im allgemeinen hoch, Die vorliegende Erfindung verfolgt das Ziel, ein ferriti- so dass die Tendenz zur Entstehung von Karbid besteht und sches Kugelgraphit-Gusseisen zu schaffen, das eine hohe deswegen die Zähigkeit vermindert wird. Deswegen muss geBruchdehnung besitzt im Blausprödigkeits-Temperaturbe- mäss vorliegender Erfindung der Mo-Gehalt geringer sein reich (300-400 °C) und das wiederholtes Aufheizen gut aus- 50 als 0,6%. Nun werden noch andere Einschlusselemente behält; gemäss der Erfindung soll die Lösung primär in einer schrieben. Falls der C-Gehalt kleiner ist als 2,6%, so ist die Zusammensetzung liegen, die 2,6-3,8% von C, 3-4,2% von Anzahl von sphärischem Graphit ungenügend, so dass es Si, weniger als 0,5% von Mn, weniger als 0,1% von P, weni- schwierig wird, die Partikelgrösse von Kristall auf ein ge-ger als 0,03% von S, weniger als 0,6% von Mo und wünschtes Mass zu reduzieren. Falls andererseits der C-Ge-0,02-0,15% von Mg inklusive seltene Erdelemente aufweist, 55 halt grösser ist als 3,8%, so werden die Graphitpartikel verwobei die durchschnittliche Ferritkorngrösse geringer ist als grössert, was eine Verminderung der Zähigkeit und eine Zu-2,5 • 10-5 m. nähme von Abfall nach dem Giessen zur Folge hat. Deshalb

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegen- soll gemäss der vorliegenden Erfindung der C-Gehalt zwi-

den Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen sehen 2,6 und 3,8% liegen.

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen^ 60 Falls der Mn-Gehalt grösser ist als 0,5%, so besteht die dem Si-Gehalt in ferritischem Kugelgraphit-Gusseisen und Tendenz zur Entstehung von Perlit und die Bruchdehnung dem Widerstand gegen Oxidation zeigt, wird ungünstig beeinflusst. D.h. es wird schwierig, eine

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Bruchdehnung von mehr als 5% zu erreichen. Deshalb ist dem Si-Gehalt in ferritischem Kugelgraphit-Gusseisen und die obere Grenze des Mn-Gehaltes bei 0,5% gelegen,

der Bruchdehnung zeigt, 65 Falls der P-Gehalt höher ist als 0,1 %, so besteht die Ge-

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen fahr des Auftretens von Ségrégation an Grenzen mit damit dem Mo-Gehalt von ferritischen Kugelgraphit-Gusseisen einhergehender Verminderung der Bruchdehnung. Deshalb und der Bruchdehnung zeigt, und ist es unmöglich, die Bruchdehnung von mehr als 5% zu er-

reichen und soll, gemäss der Erfindung, der P-Gehalt kleiner sein als 0,1% wie im herkömmlichen Gusseisen.

Gemäss der vorliegenden Erfindung soll der Restgehalt, d.h. Mg plus seltene Erdelemente, zwischen 0,02 und 0,15% betragen. Würde dieser Gehalt kleiner sein als 0,02%, so würde das Graphit nicht genügend kugelig werden. Falls dieser Gehalt aber höher wäre als 0,15%, so würden wohl ähnliche Effekte erreicht, aber die Tendenz zur Entstehung von Manganoxiden würde zu gross sein. Im Ergebnis muss also der Gehalt an Mg plus seltene Erdelemente kleiner sein als 0,15%. Es ist wichtig, dass nur Mg allein nicht als Mittel zur Erhaltung von sphärischem Gusseisen benützt wird, sondern dass zusätzlich zum Mg auch die seltenen Erdelemente verwendet werden, so dass das sphärische Graphit feinstverteilt vorliegt.

Die Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der mittleren Ferritkorngrösse für Kugelgraphit-Gusseisen mit Gehalten von 2,6-3,8% von C, 3-4,2% von Si und weniger als 1% von Mo, wie ermittelt mit dem Prüfverfahren, das in der japanischen Industrienorm G 0552 umschrieben ist, und der Bruchdehnung bei 300-400 °C. Es ist aus der Fig. 4 ersichtlich, dass, je kleiner die mittlere Ferritkorngrösse ist, desto höher die Bruchdehnung ausfällt.

Es ergibt sich hieraus, dass, um eine Bruchdehnung von mehr als 5% zu erhalten, mit der oben beschriebenen chemischen Zusammensetzung die mittlere Ferritkorngrösse kleiner sein muss als 2,5 • 10-5 m.

Um die Ferritkorngrösse zu vermindern, können herkömmliche Wärmebehandlungen angewendet werden oder es können die Kugelform bildenden Mittel zur Förderung des Kugeligwerdens vorgesehen werden, beispielsweise seltene Erdelemente, so dass spärisches Graphit feinverteilt vorliegt.

Nachfolgend werden die Ergebnisse von Versuchen angeführt, die zum Vergleich des erfindungsgemässen Gusseisens mit dem herkömmlichen Gusseisen angestellt wurden. Die Tabelle 1 zeigt chemische Zusammensetzungen von typischen Prüflingen; Tabelle 2 zeigt mechanische Eigenschaften und Tabelle 3 zeigt den Widerstand gegen Oxidation, Ferrit-korngrössen und Wärmebehandlungsbedingungen. Die Prüflinge Nr. 1 und 3 wurden aus dem erfindungsgemässen Gusseisen hergestellt und ihre Si-Gehalte wurden in der angeführten Folge erhöht. Mg plus seltene Erdelemente (RE) wurden benützt als Kugelbildungsmittel. Die Prüflinge Nr. 4 bis 6 waren hergestellt aus herkömmlichem Gusseisen. Der Prüfling Nr. 4 hatte den höchsten Mo-Gehalt; der Prüfling Nr. 5 hatte den höchsten Si-Gehalt und eine grosse Korn-grösse; der Prüfling Nr. 6 hatte den geringsten Si-Gehalt unter allen Prüflingen, die der herkömmlichen Norm für Ku-gelgraphitgusseisen entsprachen. Der Prüfling Nr. 6 weist eine hohe Bruchdehnung bei 400 °C auf, aber einen kleineren Widerstand gegen Oxidation im Vergleich zum erfindungsgemässen Gusseisen. Der Prüfling Nr. 6 enthält Mg als Kugelbildungsmittel.

Tabelle 1

3

660 7f

4 2,84 3,55

0,35 1,10

Mg 0,04

5 3,00 4,01

0,30

Mg 0,04

6 3,42 2,45

0,25

Mg 0,05

Bemerkungen:

5 Nr. 1-3: p = 0,04^0,06, S = 0,01-0,02

Nr. 4-6: p = 0,01-0,06, S = 0,01-0,02

Tabelle 2

Nr. 0,2% Widerstand Zugfestigkeit kg

Dehnung (%)

io kg f/mm2

f/mm2

Raumtempera

tur 400 °C

1 37,8 (370)

50,4 (494)

12,7 16,4

2 37,8 (370)

51,6 (506)

19,1 17,1

3 49,5 (485)

62,5 (613)

17,3 15,0

15 4 47,8 (468)

55,4 (543)

10,0 5,3

5 45,2 (443)

57,8 (566)

18,9 3,0

6 26,2 (258)

41,4(403)

25,8 15,0

Bemerkung:

Die in Klammern gesetzten Werte zeigen MPa.

20

25

Tabelle 3

Nr. Oxydations-charakteristik (Dickenänderung) (%) 88,7

1

2

30 3

4

5

6

35

92,8 94,0

79,8

Ferritkorngrösse

20

16 18 35

32 23

W ärmebehandlung

750 °C x 3h, Ofenkühlung (FC)

dito dito

920 °C x 10h,

FC und 800 C x 2h, FC 950 C x 5h, FC 750 °C x 3h, FC

Nr.

C

Si

Mn

Mo

Mg +

1

3,27

3,21

0,15

0,29

0,06

2

3,55

3,52

0,11

0,32

0,10

3

3,32

4,13

0,15

0,32

0,06

Aus diesen Tabellen ist ersichtlich, dass die Prüflinge Nr. 1 bis Nr. 3 aus erfindungsgemässem Kugelgraphitgusseisen feinverteiltes Ferritkristall enthalten, ein ausgezeichnetes Widerstandsvermögen gegen Oxidation aufweisen und die 4o höchste Bruchdehnung bei 400 °C aufweisen.

Die Prüflinge Nr. 4 und 5 haben wohl die erfindungsge-mässe Zusammensetzung, aber die Bruchdehnung bei 400 DC ist bemerkenswert gering wegen der grossen Korngrösse.

Der Prüfling Nr. 6, welcher der japanischen Industrie-45 norm FCD 40 entspricht, hat eine hohe Bruchdehnung bei 400 °C, hat aber einen geringeren Widerstand gegen Oxidation als das erfindungsgemässe Gusseisen. Wie schon beschrieben, hat das erfindungsgemässe Gusseisen einen höheren Si-Gehalt als dasjenige nach der japanischen Norm aber 50 einen kleineren als jenen des sogenannten Gusseisens mit hohem Si-Gehalt. Das erfindungsgemässe Gusseisen hat aber ausgezeichneten Widerstand gegen Oxidation und gute Zähigkeitswerte, weil die Korngrösse klein ist. Ausserdem hat das erfindungsgemässe Gusseisen eine hohe Bruchdehnung 55 im sogenannten Blausprödigkeitstemperaturbereich

(300-400 °C). Wenn es also benützt wird zur Herstellung von mechanischen Teilen wie z.B. Turboladergehäusen, Abgasauslässen und dgl., die wiederholt sehr hohen Temperaturen ausgesetzt werden, kann Oxidation und Rissbildung vermie-60 den werden und eine hohe Standdauer erzielt werden.

C

1 Blatt Zeichnungen