DD209124A5

DD209124A5 - Schleudergussrohr aus kugelgraphit-gusseisen und verfahren zur herstellung des schleudergussrohres

Info

Publication number: DD209124A5
Application number: DD83248329A
Authority: DD
Inventors: Rio Bellocci
Original assignee: Pont A Mousson
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1984-04-25
Also published as: BE896059A; ES8406918A1; JPS58161748A; AU553544B2; PL139257B1; GB2117000B; SE8301060L; YU47283A; PL139262B1; AU1194083A; DE3361739D1; ATA62883A; EP0087634B1; MY8700117A; BR8300976A; KR840003445A; FR2522291A1; GB8304308D0; CH651768A5; US4448610A

Abstract

Ein gegossenes Rohr wird in einer Giessform innen einer gleichmaessigen Bespruehung mit Wasser ausgesetzt, was eine Abkuehlung von etwa 1000 Grad Celsius auf 350 Grad Celsius ergibt. Danach wird das Rohr aus der Giessform entnommen und in einem Ofen einem isothermen Bainitbildungsaufenthalt unterworfen, wonach es an der freien Luft bis auf Umgebungstemperatur abkuehlt. Ohne dass ein Zusetzen von kostspieligen Haetungselementen erforderlich ist, erhaelt man auf diese Weise gewichtsverminderte Rohre mit sehr guten mechanischen Eigenschaften, deren Unrundheit annehmbar bleibt.

Description

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Schleudergußrohr aus Kugelgraphit-Gußeisen und Verfahren zur Herstellung des Schleudergußrohres

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Bohren aus Kugelgraphitgußeisen durch Schleuderguß., insbesondere eine Wärmebehandlung im Anschluß an den Schleuderguß, die dem im ^Schleudergußverfahren hergestellten Bohr ein Gefüge erteilt«, das eine Gerichtsverminderung des Bohrs gestattet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Bohre, d# h·.zylindrische Eohre mit konstanter Dicke₉ aus Kugelgraphitgußeisen haben gegenwärtig nach dem Gießen im Schleudergußverfahren und nach der Wärmebehandlung ein Ferritgefüge mit folgenden beiden Vorteilen? Einerseits ver~ leiht dieses Gefüge den Bohren gute mechanische Eigenschaften (elastischer Widerstand und Dehnung)₃ während es andererseits durch die Wärmebehandlung nach dem Schleuderguß leicht herstellbar ist, ^obei der Schleuderguß ausgeführt ??ird» in einer Form, die innen mit einem dicken überzug aus einem pulverförmigen. Gemisch aus Siliciumdioxid, und Bentonit in. wäßriger Suspension (Wet-Spray-Übersug) versehen ist oder in einer Perm ohne einen derartigen überzug·

Beim Torliegen eines Wet-Spray-tJberaugs auf der !Form wird das Bohr, das aus seiner Eorm herausgenommen und'schnell in einen Ofen eingeführt ^ird, bevor es zu stark abkühlt, einer Wärmebehandlung j genannt lerritbildungsaufenthalt, bei einer Temperatur von etv?a 750 ⁰G während etrwa 20 bis 25 Minuten ausgesetzt, wonach man es natürlich abkühlen läßt.

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Im IPaIl des Fehlens eines Wet-Spray-Überzugs auf der Form wiri das Kohr aus seiner Gießform herausgenommen und schnell in einen Ofen eingeführt, wo es ein Graphitisationsglühen erfährt bei einer Temperatur von et^a 950 ⁰G während etwa bis 25 Minuten, wonach ein Ferritbildungsaufenthalt auf einer Tei erfolgt,

einer Temperatur von etwa 750 ⁰C während 15 bis 20 Minuten

•o'

Es ist bekannt ein Bainit-Gefüge des Kugelgraphitgußeisens für Gußteile₅ insbesondere für mechanische Elemente von Kraftfahrzeugen, aufgrund der durch ein derartiges Gefüge verliehenen guten mechanischen Eigenschaften zu verwenden, vgl* z, B, die FE-PS 1 056 330,-

In einem Artikel der Zeitschrift ^}fHommes et Fonderie", Fr« 84· vom April 1978, ist eine Wärmebehandlung zur Erzielung dieses Bainit-Gefüges beschriebene. Die beschriebene Wärmebehandlung ist die sogenannte "gestufte Abschreckung",die das Erzielen des Bainit-Gefüges gestattet durch Austenit-Bildung in aufeinanderfolgenden Abkühlungsphasen, von denen eine eine Abschreclnang ist, ausgehend vom warmen Teil, ??ie es vom Gießen kommt« Diese Behandlung hat den Yorteil, keine anfängliche Austenitisierungserhitaung zu benötigen»

Aufgrund der geringen Eignung des Eugelgraphitgußeisens für die Abschreckung ist jedoch gemäß der in diesem Artikel beschriebenen Technik nicht nur eine sehr genaue Kontrolle der Gehalte an Kohlenstoff,' Silicium und Mangan des Gußeisens erforderlich, sondern auch, falls eine Behandlung von verhältnismäßig dicken Teilen gewünscht ist, eine "Verwendung von kostspieligen Legierungselementen, ^ie Molybdän, die selbst

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in mäßigen Mengen besonders wirksam sind, um die Eignung des Gußeisens für die Abschreckung ausreichend zu verbessern, damit das abgestufte Abschrecken die Bildung von Perlit vermeidet und zur Bildung von Bainit führt»

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die wirtschaftliche Herstellung von Graugußrohren im Schleudergußverfahren, die ohne merklichen Yerlust an mechanischen Eigenschaften leichter als die /gegenwärtigen Rohre sind,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist dagegen die Schaffung von Schleudergußrohren aus bainitischem Gußeisen mit Kugelgraphit ohne Teilsendung von verteuernden speziellen !lementen selbst in geringer Menge, etwa von Molybdän.

Diese Aufgabe ^ird erfindungsgemäß durch ein Schleudergußrohr aus Kugelgraphit-Gußeisen gelost, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gußeisen die folgende Zusammensetzung in GewichtsOrozent hat:

Kohlenstoff	2,5 - 4,0
Silicium	2 - 4,0
Mangan	0,1 - 0,6.
Nickel	0 - 3,5
Kupfer	0-11
Magnesium	0-0,5
Schwefel	mas 0,01
Phosphor	mas O j 06
Best Eisen,
wobei das Gußeisen ein Bainit-Gefüge hat

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Das Gußeisen kann auch zweckmäßig die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent haben:

Kohlenstoff	3,6
Silicium	2,4
Mangan	0,5
Iiekel	0,2
Kupfer	o,5
Magnesium	0,03
Schwefel	i 0,01
Phosphor	.£ 0,06
Eest Eisen.»

Das erfindungs gemäße Bohr entspricht vorteilhaft' in seinen Maßen der folgenden Tabelle j

Fenndurch-

⁸°0

1400 1600 1800 2000

Ungefähre nominelle Wanddicke (nna)

11 12,5

Das erfindungsgemäße Terfahren zur Herstellung eines Sohres der vorgenannten Art ist gekennzeichnet

- durch Verwenden von Kugelgraphit-Gußeisen mit der angege~ benen Zusaamensetzungj

- durch Gießen des Gußeisens in eine Schleudergußform mit einer hitsefesten und außen wassergekühlten Auskleidung _s

- durch Abkühlen des im Schleuderverfahren hergestellten Eohrs in der Schleudergußforsi bis auf eine temperatur in

der Größenordnung von 800 bis 1000 Austenit-Gefüges,

G zur Erzielung eine

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- durch in der Sohleudergüßform erfolgendes kräftiges gleichmäßiges Abkühlen auf der gesamten Länge der Sohleudergußform durch Zerstäuben von Wasser oder eines Luft-Wasser-Gemisches auf der Innenwand des Bohres bis auf etwa 250 bis 4OG ⁰G derart, daß dem Bohr ein Austenit- oder Bainit-Gefüge erteilt wird, . -

- durch Entformen des Bohrs aus.der-"Schleudergußf orm_?

- durch Anordnen des Bohrs in einem auf 250 bis 450 ⁰C gehaltenen Ofen zum Erzeugen oder Aufrechterhalten eines Bainit-Gefüges und

- durch Entnehmen des Bohrs aus dem Ofen zum Abkühlen an der Luft.:

Als hitsefeste Auskleidung der Schieudergußform $ird vorteilhaft ein wäßriges Gemisch aus Siliciumdioxid und Bentonit verwendet.

Es ist zweckmäßig! wenn während der ersten Phase der Abkühlung auf etraa 800 bis 1000 ⁰C und während der Phase der kräi tigen Abkühlung durch feuchte Zerstäubung auf der Innenwand des Bohrs von 800 bis 1000 ⁰C auf 250 bis 400 ⁰G das Bohr durch die Schleudergußform gedreht wird.

Die üirfahrung zeigt, daß das Bohr gemäß der Erfindung ein merklich verringertes Einheitsgewicht und^veinen merklich erhöhten Betriebsdruck besitzt auf Kosten einer erhöhten Unrundheit unter dem Eigengewicht des Bohrs, die jedoch in annehmbaren Grenzen bleibt.

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Ausf ührungsbe ispiel

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben» Is zeigen:

Pig? 1: einen schematischen Längsschnitt einer Maschine für den Schleuderguß von:Bohren aus Gußeisen, versehen mit einer Berieselungs-vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, ??obei sich die Maschine in der Stellung des Gußendes befindet;

Pig· 2j eine der Pig. 1 analoge Ansicht der Maschine während der Berieselungsphase des in der !Form des befindlichen Eohrs beim Verfahren nach der Erfindung5

Pig, 3ϊ einen Querschnitt J - 3 von Pig* 2?

Pig» 4ί einen schematischen Querschnitt der Aufenthaltsphase für die Bainit—Bildung in einem Ofen beim Verfahren nach der Erfindung;

Pig» 5 und. 6: Vergleichsdiagramme der Wärmebehandlung des Verfahrens nach der Erfindung (ausgezogene Kurven) gegenüber bisher bekannten Wärmebehandlungen bz-s* zur Erzielung eines Bainit-Gefüges mit Austenitisiarungserhitsung und zur Erzielung eines Perrit-Gefüges bei der bisherigen Herstellung von Bohren aus Schleuderguß, 'iJöbei die Kurven Bohren mit einem Ήenndurchmesser von 1600 mm entsprechen;

Pig· 7 und' 8? MLkroschliffe eines Wandgefüges von Schleudergußrohren aus Eugelgraphitgußeisen mit einem Bainit-Gefüge bei 1000-facher Vergrößerung bais» mit einem Perrit-Perlit-Gefüge bei 100-facher Vergrößerung*

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Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig.. 1 bis 3 ist die Erfindung bei der Herstellung von Rohren aas Kugelgraphitgußeisen mittels^ Schleuderguß angewendet,

Das Verfahren nach der Erfindung besteht in der Zugrundelegung eines Kugelgraphitgußeisens mit der folgenden Zusammenin Gewichtsprozenten:

2,5 - 4,0, insbesondere 3,6 2 - 4,0, insbesondere 2,4 0,1 - 0,6, insbesondere 0,5 0— 3,5, insbesondere 0,2 0 —. 11, insbesondere 0,5 0 - 0,5j insbesondere 0,03 mas Q j 01 max 0,06

Kohlenstoff Silicium

Mangan

Uiekel.

Kupfer

Magnesium

Schwefel

Phosphor

Eest Eisen_β.

Diese Gußeisenzusammensetzung ist gegenüber derjenigen abgeändert, die für gewöhnlich zur Herstellung von Bohren aus Kugelgraphitgußeisen mit Ferrit-Perlit-Gefüge diente Diese Abänderung besteht in der"Verwendung der Elemente In Hi und Gu, die bisher nicht vorhanden waren, und vorzugsweise eines merklichen Zusatzes von Mn, von dem das herkömmlicher. Gußeisen nur 0,1 bi3 0,2% enthält» Die Elemente. H"i, Gu, Mix haben die Eigenschaften, die Abschreckfähigkeit des Gußeisens su verbessern*

Diese Zusammensetzung aus Kugelgraphitgußeisen wird im Schieudergußverfahren in einer Schleudergußmaschine gegossen, die schematisch in Fig» 1 bis 3 dargestellt ist*

Δ Η 1 / H $ - 8 - 62 090 17

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Diese Maschine enthält im wesentlichen einen durch einen Stellzylinder B verschiebbaren Wagen- A, Der Wagen A trägt eine metallische Schleudergußform. 1 mit ungefähr waagerechter Achse X-X über Hollen O₁ von denen wenigstens eine durch einen Motor M angetrieben ^ird. Die Schleudergußform 1 hat einen zylindrischen Gießhohlraum mit gleichem Durchmesser von einem Inde zum anderen für die Herstellung eines Eohrs T mit konstantem. Durchmesser und konstanter Dicke auf seiner gesamten Länge, d,. h, es hat keine Muffe* Das Bohr 2 hat beispielsweise eine Länge von 6 bis 8^m bei einem Innendurchmesser von 60 bis 2000 mm entsprechend der Schleudergußmaschine und der verwendeten Schleudergußform 1»

Die Maschine ist in bekannter Weise mit einer äußeren Kühlvorrichtung für die Schletidergoßform 1 versehen* Ss kann sich dabei um die Schleudergußform 1 verteilte Wasserzerstäubungsrampen innerhalb eines Gehäuses oder eines die Schleuderguß— form umgebenden Aufbans oder auch um¹eine Hülle aus Wasser handeln₃ das von. einem-Ende zum anderen der SchleuderguBform außerhalb von dieser im geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Zur schematischen Darstellung, ist die an sich bekannte beliebige äußere Kühlvorrichtung für die Schleudergußform 1 weggelassen»

Weil die Erfindung vorzugsweise zur Herstellung von Gußeisen— rohren mit großen Durchmessern Anwendung findet_} d. h» mit Durchmessern von über 700 bis 2000 mm₃ ist auf der Seite dsr Maschine in Pig, 1 rechts ein menschlicher Umriß S dargestellt j um den großen Durchmesser der Schleudergußform 1 zu zeigen, in der das Bohr ¹T gegossen werden soll.

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Wenn auch, aas noch zu erläuternden Gründen das Verfahren nach der Erfindung für große Durchmesser vorteilhafter ist, ist es ebenfalls zur Herstellung von Gußeisenrohren mit kleineren und mittleren Durchmessern -anwendbar, d. h* bei Durchmessern von etwa 50 bis 600 mm·

In die Schleudergußform 1 kann etwa parallel au seiner Achse X-X ein Gießkanal E eindringen, der am Anfang mit einem Eingußtrichter G versehen ist, der durch eine Kipppfanne H mit Gußeisenschmelze gespeist werden kann»

Die aus dem Gießkanal E und dessen Eingußtrichter G bestehende Anordnung ist freitragend auf einem Wagen 2 befestigt, der quer zur Achse X-X beweglich ist. d* h* senkrecht zur Zeichnungsebene von Jig·· 1, Der Wagen 2 trägt ebenfalls freitragend eine lange"starre Leitung oder Eampe 3 zur Zerstäubung von Wasser, die mit einer nicht dargestellten Druckfasseinquelle verbunden ist* Die Länge der Leitung 3 entspricht derjenigen des Kanals E, folglich der Schleudergußform 1, 'and ist ebenfalls ungefähr parallel zur Achse X-X der Schleudergußform 1 angeordnet* Die Leitung 3 ist am Wagen 2 gegenüber dem Kanal E in Querrichtung um einen Abstand derart versetzt befestigt, daß durch die Querverschiebung des Wagens 25 ?jenn sich der Kanal E innerhalb der Schleudergußform 1 befindet, sich die starre Leitung 3 außerhalb befindet und umgekehrt,

Die Leitung oder Eampe 3 ist auf ihrer gesamten Länge mit paarweise angeordneten Düsen 4 zur Zerstäubung von Wasser versehen* Die Querschnitte der aneinander paarweise gegenüberliegenden Düsen 4· haben regelbare Querschnitte, die derart geregelt werden, daß sie ,jeweils eine geeignete Wasserdurchsatzmenge In Abhängigkeit von der Dicke des Hohrs liefern.

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die auf der gesamten Länge des Eohrs T im wesentliehen konstant ist. Die Einrichtung zur Kegelung der Düsenquerschnitte ist an· sich bekannt und nicht dargestellt.

Die Schleudergußform 1 wird vor jedem Guß mit einer hitzefesten Auskleidung 1^a oder "Wet-Spray-Auskleidung" versehen, d« h· mit einem Gemisch aus Siliciumdioxid- und Bentonit-PuIver in wäßriger Suspension» Dieser Überzug hat beispielsweise eine Dicke von 0_?05 bis 0,8 mm. Die Bestandteile dieses Überzugsgemischs liegen in folgenden Anteilen vors 500 bis 3000 g* Siliciumdioxidpulver mit einer Korngröße von 40 bis 100 Mikron und 10 bis 40 g Bentonit je Liter Wasser* Die an sich bekannten Organe zur Zerstäubung dieses Überzugs sind nicht dargestellt»

In !ig* 1 ist dort, wo sich der Kanal E teilweise innerhalb der"Schleudergußform 1 befindet_ä ein '!eil der mit den Düsen 4 versehenen Leitung 3 nicht sichtbar, da diese Leitung seitlich versetzt ist, Fig» 2 zeigt die Leitung 3 ^it allen Düsen 4, die in der Berieselungsstellung in die Schleudergußform 1 -eingeführt sind* Der Gießkanal S befindet sich dann in seitlich versetzter Stellung vor der Zeichnungsebene von U¹Ig* 2_ä und ist der Klarheit vse.gen nur teilweise dargestellt 5 vgl* 5⁵Ig, 3,

Mit dieser Anlage erfolgt das Gießen eines Rohrs T im Schleudergußverfahren durch Einführen des Gießkanals S in die Schleudergußform» Darauf erfolgt das Gießen, der Gußeisenschmelze durch den GieSkanal₅ der dabei allmählich aus der SohleuderguSform herausgezogen ?iird» Irfindungsgemäß 'sird in die Schleudergußform 1 nur eine Menge an Gußeisenschmelze

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eingegossen, die einem im Schleudergußverfahren hergestellten Rohr eine weitaus geringere Dicke als die herkömmliche Dicke geben kann_? und zwar in Anbetracht des Durchmessers (siehe-weiter, unten die !Tabelle.mit den numerischen Werten),

Wenn das Gießen des Eohrs T beendet ist, wird dieses einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen, die aus einem gestuften Abschrecken besteht. Dieses erfolgt teilweise innerhalb der Schleudergußform 1 und teilweise in einem Warmhalteofen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Bainit-Gefüges unter .Vermeidung eines Perlit-Gefüges,

In einer ersten Phase dieser Wärmebehandlung (S¹Ig* 4 und 5' vollausgezogene Kurve) läßt man das Bohr T in der Schleudergußform 1 und unterzieht es einer Bainitisierungsabschrekkung unter Durchlaufen der Austenitisierung* Dies erfolgt ohne Erhitzung unter Ausnutzung der Gießkanne, Man geht somit aus von einem Bohr, das gerade geschleudert-wurde, sich verfestigt hat und sich noch auf'einer. Temperatur von etwa 1150 ⁰C befindet' (nach dem Durchlaufen des Punktes abis zum Punkt b auf der vollausgezogenen Kurve von Pig* 5 und 6) ,

Weil die Schleudergußform 1 außen gekühlt und das Bohr T gedreht wird j kühlt siGh dieses langsam ab von a nach b und von b nach c_? d, h» praktisch gleichförmig von I300 ⁰G auf 1150 ⁰O und von II50 ⁰G auf 1000 ⁰CVIn der Umgebung des Punktes c der ausgesogenen Kurve von Fig, 5 und 6 und sogar unter diesem Punkt _} z* B, bis 800 ⁰G₅ ist eine geringe Temperaturdifferenz von weniger als 20 ⁰G "zwischen ,.der Innenwand und der Außenwand zu erkennen. Das auf gleichmäßiger temperatur befindliche Bohr T erfährt somit eine Austenit-Bildung, d. h« ein austenitisches Gefüge im Punkt c_s ohne Wärmezufuhr, nämlich durch die Abkühlung, die nach dem Gießen innerhalb

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der Schleudergußform 1 stattfindet.

Ausgehend von diesem gleichmäßigen Zustand hinsiGhtliGh Temperatur und Austenit-Gefüge erfolgt die Wärmebehandlung der Abschreckung oder schnellen Abkühlung innerhalb der Schleudergußform mit Hilfe der Berieselungsrampe 3 und der Zerstäu~ bungsdüse 4 durch Zerstäubung von Wasser oder eines Gemischs aus Luft und Wasser·

Unmittelbar nach dem Gießen ^ird zu diesem Zweck der Gießkanal durch Verschiebung des W.agens_: 2 seitlich versetzt, die Berieselungsrampe 3 mit den Düsen 4 vollständig in die Schleudergußform 1 eingeführt und das Berieseln des Hohlraums des gerade gegossenen Eohrs T vorgenommen,.'^obei die Schleudergußform 1 ständig gedreht wird. Selbstverständlich kann die Bereiselungsdurchsatzmenge, die auf der gesamten Länge des geschleuderten Eohrs theoretisch konstant ist, örtlich angepaßt werden, wenn örtliche Temperaturunregelmäßigkeiten der Schleudergaßform Λ festgestellt werden» Man ist aber bestrebt, die äußere Kühlung der Schleudergußform 1 konstant und gleichmäßig zu machen*

Durch dieses Vorgehen kühlt das Eohr T gleichmäßig ab. Diese Abschreckungsphase ist durch die Strecke c~d an den vollausgezogenen Kurven von 5¹Ig, 5 und 6 dargestellt. Die 'Temperatur des Sohrs 3} fällt somit in einigen Minuten von etwa 1000 (oder weniger, z, B* 800 ⁰G) auf et^a 350 ⁰C ab*

Das Zerstäubungswasser wird innerhalb des in Drehung, befindlichen Eohrs verdampft und durch eine nicht gezeigte Einrichtung in geeigneter Weise entfernt»

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Die Temperatur am Abschreckende beträgt 250 bis 450 ⁰G. In dieser Temperaturzone₃ die sich ein wenig über oder ein unter dem an den Kurven von S¹Ig* 5 und 6 angegebenen

Wert von 350 ⁰C befindet, hat das Rohr T eine ausreichende Steifheit«, bei der keine Gefahr des Auftretens einer Unrundheit außerhalb der Schleudergußform besteht« Auch hat das Bohr aufgrund der Abschreckung c-d ein perlitfreies Gefüge erhalten, Bei den Kurven von Pig. 5 und 6 befindet sich der dem Perlit entsprechende Bereich rechts von diesen Kurven, und zwar in einem gewissen Abstand vom Abschnitt c-d*

Die zweite Phase der Wärmebehandlung besteht im Aufrechterhalten der Temperatur zur Festigung des-Bainit-Gefüges (B ainitisierungsaufenthalt)_β Hierzu wird im Anschloß an die Schnellabkühlungsphase oder vorangehende Abschreckung das Bohr T aus der Schleudergußform herausgenommen entweder durch Anhalten von dessen Drehung oder durch Fortsetzen der Drehung während- des Herausn-e.hmens, entsprechend der verfügbaren Entnahmevorrichturtg« Gemäß Fig. 4.'.n.ird. das "entf ormte Bohr T. in einen Tunnelofen 5 niit Heizdüsen· 6-bekannter Bauart eingeführt, der so geregelt wird, daß das Bohr auf einer konstanten Temperatur von.250 bis 450 ⁰G, beispielsweise 350 ⁰G, 5 bis 120 Minuten lang gehalten isird (Abschnitt d-e der Abschreckungskurve von Fig. 5 und 6). Diese Haltetenrperatur ist bis auf 10 Minuten in eirwa dieselbe für alle EohredurGhmesser,

Die Temperaturhaitezeit bezweckt ein gleichmäßiges Bainit-Gefüge mit den weiter unten angegebenen .optimalen.mechanischen Eigenschaften·

Das Bohr T vjird in den Ofen 5 durch eine Förderkette 7 getragen-, die von einer solchen Bauart sein kann, die gleichzeitig

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die Drehung des Eohrs um seine Achse gewährleistet.

Die letzte Phase der Wärmebehandlung besteht in einer schnellen Abkühlung in der freien Luft» Gegen Ende der Haltezeit für die Bainit-Bildung ^ird das Hohr Ί? aus dem Ofen f> gezogen und wird längs des Abschnitts e-f der vollausgezogenen Kurven von Fig. 5 uaä 6 in der freien Luft abgekühlt, was eine schnelle"Abkühlung in etwa 12 Minuten.ungefähr auf die Umgebungstemperatur bewirkt«. Die Gesamtheit der Abschnitte c-d-ef der vollausgezogenen Abkühlungskurve stellt die gestufte Abschreckung des Eohrs dar.

Die Fig. 5 und 6 erläutern die Vorteile der Wärmebehandlung nach "der Erfindung, dargestellt durch die ausgesogenen Kurven j gegenüber den bisherigen Wärmebehandlungen,·'dargestellt durch die gestrichelten Kurven, Is ist. ein großer Zeitgewinn ersichtlich, was aber nicht der einzige Vorteil ist.

Wie die gestrichelte Kurve von Fig, 5 ^ζ&ΐ-§^> enthält die bisherige Wärmebehandlung zur Erzielung eines Bainit-Gefüges in einem statisch gegossenen 'Teil (das somit kein Schleudergußrohr ist) einen Abschnitt -h—ö-k-1,. der dem Abschnitt c-d-e-f des Verfahrens nach der Erfindung ähnlich ist. Der erstere Abschnitt ist zeitlich um e.t^a 2 Stunden verschoben aufgrund von zwei vorausgehenden Phasen _% nämlich 0—g'für die Austenit-BiIdungserhitzung, die entsprechend den Anwendungen 20 Minuten bis 2 Stunden dauern kann, und g-h für. das Aufrechterhalten der Austenit-Bildung auf einer Temperatur von etwa 1000 ⁰C, allgemeiner: 800 bis 1000 ⁰G, Die bisherige Wärmebehandlung erfordert somit eine Wärmezufuhr_? um die behandelten !eile auf die Austenit-Bildungstemperatur zu bringen., anstelle die Teile unmittelbar nach ihrem Gießen in der Form.

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au behandeln» Es ist somit klar, daß das Verfahren nach der Erfindung durch, eine wirtschaftliche Gestaltung der Austenit-Bildungserhitzung eine große Energieeinsparung gegenüber einer derartigen Wärmebehandlung bringt,

In Fig« 6 ist die Wärmebehandlung nach der Erfindung mit der bisherigen Technik der Ferritbildungswärmebehandlung (Glühen) verglichen» Die bisherige Wärmebehandlung (gestrichelte Kurve) besitzt einen gemeinsamen Abschnitt a-b-c mit der vollausgezogenen Kurve nach der Erfindung« Danach reicht der Eest der Kurve c-m-n-p-q merklich von der Kurve c-d-e-f des Verfahrens naGh der Erfindung ab. Beim Ferritbildungsvorgang beläßt man das Hohr in seiner Schleudergußform entsprechend der Kurve a-b-c-m» Dies entspricht einer Abkühlung mit mäßiger Geschwindigkeit aufgrund der äußeren Abkühlung der Schleudergußform und der natürlichen inneren Abkühlung des geschleuderten Bohrs» Das Austenit-Gefüge bildet sich von a nach c» Jenseits c ¹SiTd dieses Gefüge nicht aufrechterhalten, jedoch setzt sich die Kühlung bis m fort, einem Punkt, an dem die Entnahme des Rohrs aus seiner Form erfolgt. Das Sohr ist dabei ausreichend abgekühlt, um eine merkliche Unrundheit zu vermeiden, Daran schließt sich eine ein wenig langsamere Abkühlung in der Luft an₅ bis das Sohr in einen Ofen zum Ferritbildungsgliihen auf einer Temperatur von eirwa-750 ⁰G eingeführt'rcircU Wie ersichtlich, ist eine Wärmezufuhr im Glühofen erforderlich, um längs des ansteigenden Teils m-n der Kurve die Ferrit-Bildung zu erzielen, und auch um längs des Abschnitts n~-p die Temperatur aufrechtzuerhalten, Diese Wärmezufuhr liegt merklich über derjenigen, die zum Aufrechterhalten der Bainit-Bildung längs des Ab- . Schnitts a-e der vollausgezogenen Kurve im Ofen 3 erforderlich ist, und zwar um so mehr als die Bainitbildungshalteteinperatur weitaus niedriger (um etua 350 ⁰C) als die Ferrit-

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bildungshaltetemperatur (ungefähr 750 ⁰G) ist* 'insbesondere ist zu bemerken, daß die Bainitbildungshaltetemperatur ausreichend niedrig ist, damit die Entnahme des Eohrs bei dieser Temperatur keinerlei Problem stellt, und daß es nicht erforderlich ist, das Bohr bei seiner Einführung in den Ofen 3 wieder zu erhitzen. Folglich gestattet das Verfahren nach der Erfindung gegenüber der bisherigen i'erritbildungswärmebehandlung von Bohren aus Schleuderguß eine merkliche Snergieeinsparunga

Aufgrund der Drehung des Bohrs während der Zeit, in der es sich noch innerhalb der Schleudergußform befindet, d*- h* während der Wärmebehandlungsphasen gemäß den Abschnitten a-b-c-d der vo 11 aus gesogenen Kurven von S¹Ig* 5 un<i 6₅ folglich während der natürlichen Abkühlung und während der Abschreckung durch Berieselung, ist die Abkühlung des Bohrs gleichmäßig.

Das Bainit-Gefüge gestattet eine "Verringerung der Wanddicke₅ folglich des Sinheitsge^ichts, der Bohre aufgrund deren guten mechanischen Eigenschaften». Diese'merkliche DiGkenverminderung ist überdies von Yorteil für die gleichmäßige Abkühlung während der Phasen a-b-c-d, insbesondere für die Eignung zur Abschreckung! Sie gewährleistet die Wirksamkeit dieser Abschreckung in der Phase c-d der Wärmebehandlungskurve durch die gesamte Dicke des geschleuderten Rohrs hindurch, ohne daß es erforderlich ist, der Gußeisenzusammensetzung teure metallische Elemente mit einer abschreckenden Wirkung, etna. Molybdän, zuzusetzen^ die nämlich das Abschrecken erleichtern» Dies heißt mit anderen Worten_? die merkliche Dickenverringerung der Schleudergußrohre bringt eine merkliche Einsparung bei der Zusammensetzung des Gußeisens»

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Ss wurde auGh gezeigt, daß die Behandlung für die Austenit-Bildung und Bainit-Bildung längs der Phasen b-o-d der Kurve für die Wärmebehandlung des Rohrs T innerhalb der Schleudergußform jede Verformung das Rohrs vermeidet, folglich jede Unrundheit während der Zeit, in der sich das Rohr noch auf hoher Temperatur befindet? Die Schleudergußform, die dem Rohr als Träger dient, hält dessen Form vollkommen zylindrisch, und z-war trotz der merklichen Dickenverringerung, die dessen neigung zur Unrundheit vermehrt» Diese neigung zur Unrundheit würde ernste Probleme stellen, falls das Rohr bei einer höheren Temperatur, von beispielsweise über 500 ⁰G₅ aus der Schleudergüßform entnommen Würde»

Die Durchführung der Wärmebehandlung nach der Erfindung, insbesondere die Berieselungs- oder Wasserzerstäubungsphase innerhalb des Rohrhohlraums längs des Abschnitts c~d_? ist besonders einfach und wirtschaftlich gegenüber einer .herkömmlichen Abschreckungsbehandlung' im.Salzbad,' die überdies einen Transport des Rohrs außerhalb seiner Form im noch heißen Zustand und einen. Sintauchvorgang des Rohrs in ein Salzbad erfordern ®ürde. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine Verbilligung dieses Handhabungsvorgangs und vermeidet gleichzeitig die Gefahr der Unrundheit,.

Der oben ermähnte merkliche Zeitgewinn ermöglicht eine Vermehrung der Fertigungsfolgen der Schleudergußrohre aus Kugelgraphiteisen mit Bainit-Gefüge. Das Besprühen des Innenraumes des geschleuderten Rohrs während der Abschreckphase vermindert die Verweildauer des geschleuderten Rohrs in der Schleudergußform. Dies ist ersichtlich durch Vergleich der beiden Kurven von. Fig. 6, bei denen sich die -.Entnahme' des Rohrs aus der Schleudergußform beim Punkt m für die bekannte Technik

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und 5 bis 10 Minuten vorher beim Punkt d für das Verfahren nach der Erfindung befindet,

Daraus ergibt sioh in vorteilhafter Weise für die Schleudergußform eine merkliche Verringerung der Wärmespannungen, da die abzuführende Wärme um etwa 30 bis 40 % geringer ist gegenüber der bisherigen Herstellungstechnik von Gußeisenrohren mit lerrit-Gefüge j und z^sar aufgrund der Wärmeabfuhr durch das Berieselungswasser und die Verringerung der Menge an in die Schleudergußform gegossener Schmelze, Folglich muß die Lebansdauer der Schleudergaßf ormen._s die die wichtigsten und kostspieligsten Elemente der Schleudervorrichtung sind_? gegenüber der bisherigen Technik merklich verlängert sein.

Schließlich behält das im Schleudergußverfahren aus Kugelgraphit gußeisen mit Bainit-Gefüge hergestellte Sohr nach der Erfindung trotz seiner merklichen Dickenverringerung_} die eine·für eine Handhabung erleichternde Gewichtsverminderung mit sich bringt,-mechanische Eigenschaften, die im wesentlichen mit denjenigen der bisherigen ferritischen Rohre äquivalent sind, Dies erfolgt auf Kosten einer größeren Empfindlichkeit gegenüber Unrundheit, die aber deswegen zulässig ist, weil das Rohr.keine Handhabung erfährt, wenn es sich auf erhöhter 'temperatur befindet und der Unrundheit ausgesetzt ist«,

Bezüglich'der mechanischen Eigenschaften des Rohrs nach der Erfindung gibt die folgende labeile numerische Beispiele für die Abmessungen, Gerichte, den garantierten Betriebsdruck und die Unrundheit für Bohre, die unter einer Erddicke von 4 m eingegraben werden sollen_s und für Rohre, mit großen Durchmesser, d, hV über 700 mm Henndurchmesser. Die das

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bainitische Bohr der Erfindung betreffenden Werte werden mi denjenigen der bisherigen Technik verglichen» die ein ferritisches Eohr und ein erleichtertes ferritisches Rohr betrifft, In dieser Tabelle bezeichnet der durch die internationale Horm ISO 2531 definierte Koeffizient K die Dicke des Rohrs gemäß der Formel; e = E (0,5 + O₅OOI D), wobei e = Dicke in mm der'Rohrwand ' " .

D = Henndurchmesser.

Tabelle	Stand	Rohre mit großem Durchmesser Bedeckungshohe = 4 ι	mittl.	U.	28,5	Unrund-	Stand	der Technik	mittl.	Rohr	23	Unrund-	α	mittl.	Rohr	29	ünrund-	I
Nenn	der Technik	Gewi.	Rohr	28	- he it	ferritisch.es	Gei«·		23,2	- he it		Gew.	Überzug)	28,7	heit	ro O
dur ch-	ferritisches		Be	• 27,5	unter	(leicht, mit			23	unter	Erfindung		Be	28,5	unter	l
messer	perlitisches (K = 9)		triebs-	27,3	Eigen	Wand		Überzug)**	23,2	Eigen	bainitisches		triebs	28,5	Eigen-
	Wand		druck	26,9	gew .	dicke		Be	23	gew«,	(leicht, mit		druck	28,4	geva.
	dicke	^Ps	26,5	(%)		triebs	23	(%)	Wand		^Ps	28,3	(%)
		KJ	26,3	0,09		druck	23	0,22	dicke			28	0,56
		(kg/m) (bar)		0,13			0,28		(kg/m) (bar)		0,74
		211			(mm)				109,3		0,90
	(umi)	303			8	(kg/m) (bar-)			156,8		1,05
800	11,5	412		9,7	147,8		(mm)	218,2		'1,21
1000	13,2	536	0,30	11,3	223,1	0,51	5,9	189,6	1,36
1200	15,0	677	0,34	13,0	311,3	0,56	6,8	367,2	1,47
1400	16,8	833	14,5	417,2	7,9	458
1600	18,5	1006	16,2	531	9,0	563,3
1800	20,3	17,8	666,6	10,0
2000	22,1	813	11,1
	12,3

as im allgemeinen bestehen der innere Überzug aus geschleudertem Zementmörtel und der äußere Überzug aus schwarzem Lack«

uj ro *

CX) O UJ

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Aus der obigen tabelle ist ersichtlich, daß das durch die Erfindung ermöglichte Sinneitsge^icht um so höher ist, je größer der Eohrdurchmesser ist»·

Zum Vergleich und bezüglich des Vorteils des Eohrs mit Bainit-Gefüge nach der Erfindung sind die folgenden erzielten Eigenschaften angegeben %

Elastizitätsgrenze; 55 bis 75 daN/mm (anstelle von etwa

30 beim Ferrit-Gefüge);

Dehnung? über 10 % ( wie beim Ferrit~Bohr) \

ρ Bruchfestigkeit; 70 bis 1-Ί0, daH/mm. .CE,scs4t-Eahr«i^..e.-t^.-a·

45 daU/mm²).

Fig. 7 zeigt ein bainitisches. Mikrogefüge, Bei diesem Gefüge sind die schwarzen Bereiche in den oberen und unteren linken Ecken Partien mit Kugelgraphit, Die den Farnen ähnlichen langgestreckten Formen sind Ferrit-Zonen, Sie bedecken den größten Teil der Oberfläche des Mikroschliffs» Die größeren vieißen Zonen entsprechenden dem Eest-Austenit» Ss ist zu erkennen_s daß sie nur einen geringen Seil der Oberfläche des Mikro- schuf fs bedecken. Die Gesamtheit, dieses Gefüge s, die nur bei 1000-facher und nicht bei 100-facher Vergrößerung erkennbar ist, ^ird Bainit-Gefüge genannt.

Beim Microschliff von Fig„ 8 mit 100-facher Vergrößerung und einer Ätzung mit ETital 'handelt es sich als Beispiel um ein ferrito-perlitisches Kugelgraphitgußeisen mit 40 % Ferrit und 50 % Perlit j ^obei der Best aus Kugelgraphit besteht. Die schwarzen runden Bereiche sind Graphitkugeln, Die Kugeln sind von weißen Zonen umgeben, die das Ferrit darstellen». Die verbleibenden Grauzonen sind Perlit« Es handelt sich um ein Gefüge eines im Schleudergußverfahren hergestellten Eohrs herkömmlicher Bauart»

Claims

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Erfindungsanspruch
1. Schleudergußrohr aus Kugelgraphit-Gußeisen_s gekennzeichnet dadurch, daß das Gußeisen die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat:

in Gewichtsprozent hatj

Best Eisen»
3. Rohr nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß es der folgenden Tabelle entspricht:

•iO IUi

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Henn-

messer ⁸⁰° ¹⁰⁰° ¹²⁰° ¹⁴⁰° ¹⁶⁰° ¹⁸⁰° ²⁰⁰⁰ (ma)

Ungefähre

nominelle 6 7 8 9 10 11 12_?5

Wanddicke (mm)

Yerfahren zur Herstellung eines Schleudergußrohres nach, einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet

- durch Verwenden τοπ Eugelgraphit-Gußeisen mit der angegebenen Zusammensetzung j.

-durch Gießen des Gußeisens in eine Schleudergußform mit einer hitzefesten und" außen wassergekühltenAuskleidung,

- durch. Abkühlen des im Schleuderverfahren hergestellten Sohrs in der Schleudergußform bis auf eine Temperatur in der Größenordnung von 800 bis 1000 ⁰C zur Erzielung eines Aus.tenit-Gefüges.,

- durch in der Schleudergußform erfolgendes kräftiges gleichmaßiges Abkühlen auf der gesamten Länge der Schleudergußf orm durch Zerstäuben von Wasser oder eines Luft-Wasser-Gemischs auf der Innenwand des Eohrs bis auf etwa 250 bis 4-00 ⁰C derart, daß dem Sehr ein Austenit— oder Bainit-Gefüge erteilt wird, .

- durch Entformen des Eohrs aus der Schleudergußform_t

- durch Anordnen des Sohrs in einem auf 25Ο bis 450 ⁰C gehaltenen Ofen zum Erzeugen oder Aufrechterhalten eines Bainit-Gefüges und

- durch Entnehmen des Bohrs aus dem Ofen zum Abkühlen an der Luft.

5, Verfahren nach Punkt 4, gekennzeiahnet dadurchj daß als hitzefeste Auskleidung der Schleudergußform ein wäßriges

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Gemisch, aus Siliciumdioxid und Bentonit verwendet wird·

Verfahren nach Punkt 4 oder 5_S gekennzeichnet dadurch, daß während der ersten Phase der Abkühlung auf etwa bis 1000 ⁰C und während· der Phase der kräftigen Abkühlung durch feuchte Zerstäubung auf der Innenwand des Rohrs von 800 bis 1000 ⁰C auf 2^0 bis 40
Schleudergußform gedreht wird.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

800 bis 1000 ⁰C auf 250 bis 400 ⁰C das Sohr durch die