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Verfahren zur Herstellung von in Kokille gegossenen, höchstens 25
mm dicken Gußeisenstücken sehr hoher Zähigkeit Es ist ein Verfahren zur Herstellung
von Gußeisenformstücken hoher Zähigkeit bekannt, wobei das Gefüge des Gußeisens
durch eine diffuse Verteilung des Graphits in sehr feinen Teilchen gekennzeichnet
ist. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß die weißbrüchigen Gußstücke
hintereinander nachfolgenden drei Behandlungsschritten unterworfen werden: a) Einer
Austenisierung (Lösungsglühen) bei einer Temperatur, die nur wenig höher ist als
diejenige zu Ende der eutektoiden Umwandlung beim Erhitzen, woran sich eine martensitische
Härtung anschließt; b) einem Anlassen zur Bildung von Keimen knötchenförmigen elementaren
Kohlenstoffs, bei einer Temperatur von 350 bis 500°C und einer Dauer, die im allgemeinen
zwischen 1/Z und etwa 48 Stunden schwankt; c) einer Glühbehandlung zwecks Graphitisierung
bei einer Temperatur über derjenigen zu Ende der eutektoiden Umwandlung und von
einer Dauer, die im allgemeinen zwischen 30 Minuten und 3 Stunden schwankt.
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Es wurden bereits verschiedene gewerbliche Anwendungen dieses Verfahrens
beschrieben, wobei aber in der Zusammensetzung des Gußeisens besondere Elemente
fehlen, die üblichen Elemente wie Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Schwefel jedoch
in gewissen Grenzen gehalten werden müssen. Es sind auch schon Gußeisenzusammensetzungen
verwendet worden, die Kupfer enthalten oder Elemente, welche die Bildung von Graphit
in der Form äußerst feiner Körnchen begünstigen, wie Aluminium, Titan, Zirkon. Es
sind weiterhin auch im vorliegenden Zusammenhang schon verschiedene Arten des Vergießens
bekanntgeworden, z. B. in grünem Sande oder in Metallkokillen, wobei in dem letzteren
Falle das flüssige Metall einfach eingegossen wird oder das Vergießen entweder unter
Druck oder durch Schleudern erfolgt.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von in
Kokille gegossenen, höchstens 25 mm dicken Gußeisenstücken sehr hoher Zähigkeit,
wobei die ein hauptsächlich zementisches und martensitisches Gefüge aufweisenden
Rohgußstücke zwecks Bildung von Knötchengraphitkeimen angelassen und dann zwecks
Graphitisierung einer Glühbehandlung unterworfen werden.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß nacheinander die folgenden Maßnahmen durchgeführt werden: a) Vergießen einer
Gußeisenschmelze, die Elemente enthält, welche die Umwandlungsvorgänge in Stählen
im verzögernden Sinne zu beeinflussen vermögen, und zwar in einer Art und Menge,
daß die Gußstücke gefügemäßig außer Zementit aus einem Gemisch von Austenit und
Martensit bestehend weißbrüchig sind, wobei die Zusammensetzung des Gußeisens in
folgenden Grenzen bleibt: Kohlenstoff 1,8 bis 3,5°/0, Silicium 1 bis 30/"
Mangan 0,6 bis 20/" Kupfer 0 bis 30/"
Nickel 0 bis 3 °/o, Schwefel plus Phosphor
0,05 bis 0,15 °/o, Zink 0 bis 0,30/" Chrom 0 bis 0,25'/" Molybdän 0 bis 0,2°/o;
b) Abkühlung der Rohgußstücke mit ihrem die Karbide umgebenden Grundgefüge aus Austenit
und Martensit im Temperaturgebiet unter 0°C derart, daß ein wesentlicher Teil des
Austenits in Martensit umgewandelt wird.
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c) Anlassen zur Bildung von Keimen knötchenförmigen graphitischen
Kohlenstoffes, und zwar bei einer Temperatur zwischen 350 und 500°C sowie für eine
Dauer von einigen Minuten bis zu 48 Stunden; d) Graphitisierungsglühung, wobei die
Temperatur im allgemeinen über derjenigen bei Ende der eutektoiden Umwandlung liegt
und eine Dauer zwischen 1/2 und 3 Stunden eingehalten wird.
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Zweckmäßig wird das in der Kokille erstarrte Gußstück möglichst rasch
aus der Kokille herausgenommen,
wenn die Temperatur noch etwa 800°C
beträgt, und dann in einem flüssigen Medium, beispielsweise Öl, das eine rasche
Abkühlung herbeiführt, gehärtet und sodann der erfindungswesentlichen unter
Teil b) angegebenen Abkühlungsbehandlung unterzogen.
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Es hat sich eine überraschende Wirksamkeit der erfindungswesentlichen
Abkühlungsbehandlung hinsichtlich der Fähigkeit des Gußeisens zur Graphitisierung
gezeigt, was vermuten läßt, daß der zuerst gebildete Martensit und der aus dem restlichen
Austenit infolge dieser Behandlung hervorgegangene Martensit eher in der Lage ist,
Graphitkeime zu bilden als der Martensit, den -man, direkt durch Härten von einer
hohen Temperatur ausgehend, erhält. Eine Erklärung für diese überraschende Beobachtung
ist wohl in dem Umstand zu suchen, daß infolge der Heterogenität des Erstarrens
der restliche Erstarrungsaustenit eine mittlere Zusammensetzung hat, die verschieden
ist von derjenigen des durch Härten erhaltenen Martensits.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt die Gefahr von Härterissen
beim Härten weißen Gußeisens. Diese Gefahr wird besonders vermindert, wenn man sich
erfindungsgemäß die Abkühlung beim Erstarren des Gußeisens zunutze macht und wenn
das Gußeisen zufolge seiner Zusammensetzung fähig ist, reich an Austenit zu werden.
Außerdem entfällt das Erhitzen zwecks Härtung, und infolge des Fortfalls dieses
Arbeitsganges wird auch die Oberflächengüte besser.
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Die Berechnung des Gestehungspreises zeigt, daß der Fortfall des Erhitzens
zwecks martensitischer Härtung, welches im allgemeinen in einer geregelten Atmosphäre
erfolgt, zu Ersparnissen führt, welche die Mehrkosten für den Zusatz von Elementen,
wie z. B. 1,50/, Nickel, nicht nur ausgleichen, sondern sogar übersteigen.
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Es ist schwierig, durch Schalenguß bzw. Gießen in Kokillen und unter
Berücksichtigung der Unterschiede in den Wandstärken der verschiedenen Teile bei
der gewerblichen Fertigung mit der wünschenswerten Regelmäßigkeit ein rein martensitisches
Gefüge zu erhalten, vielmehr erhält man entweder ein Gemisch aus Martensit, Troostit
und Perlit oder ein Gemisch aus Martensit und Austenit.
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Der Erfindung zufolge nimmt man daher, was ohne Schwierigkeiten auszuführen
ist, die erstarrten Gußstücke möglichst rasch aus der Form und hält die sonstigen
Bedingungen der Erfindung ein, wobei der Austenit die diffuse Keimbildung des Graphits
nicht hemmt, denn er wird ja durch die Abkühlbehandlung in Martensit umgewandelt.
Das Feingefüge des Grundgefüges enthält dann keinen Perlit und Troostit.
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Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemä(ien
Verfahrens angegeben; sie beziehen sich auf Gußstücke von verschiedener Wandstärke,
wobei die Gußstücke in Metallkokillen gegossen wurden. Beispiel 1 Gußstücke mit
einer ziemlich gleichmäßigen Wanddicke von etwa 4 mm werden beim Kokillenguß eines
Gußeisens folgender Zusammensetzung (in °/o) erhalten
| C si |
| Mn s P Al |
| 2,41 I 2,07 I 0,89 I 0,037 I 0,025 I 0,10 |
Die Untersuchung nach dem Guß zeigt, daß das Gefüge ein feinmaschiges Karbidnetz
enthält, welches einem quantitativ durch Röntgenstrahlenbeugung bestimmten Grundgefüge
von 200/, Martensit und 80"/, Austenit überlagert ist.
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Die Gußstücke werden hierauf nacheinander den folgenden Behandlungsverfahren
unterworfen: Eintauchen in flüssigen Stickstoff, in welchem dieselben 15 Minuten
verbleiben. Der Gehalt an Austenit wird hierdurch auf etwa 10 °/a gesenkt; 2stündiges
Erhitzen bei
440°C mit anschließendem Abkühlen in ruhender Luft; 2stündiges
Erhitzen bei 890°C. Die Graphitisierung ist alsdann gesichert, und zwar ist der
Graphit dabei gleichmäßig in zahlreichen äußerst feinen Knötchen verteilt. Beispiel
11 Durch Guß in Metallkokillen werden Gußstücke mit einer durchschnittlichen Wanddicke
von 8 mm erhalten, und zwar bei einem Gußeisen folgender Zusammensetzung (in °/o)
| C si |
| Mn |
| S |
| P |
| Cu |
| Ni |
| A1 |
| Ti |
| 2,51I 1,96 I 1,26 10,03410,02712,0410,98 I 0,08 I 0,05 |
Die Untersuchung nach dem Guß zeigt ein feinmaschiges Karbidnetz, welches einem
aus 40"/, Martensit und
600/, Austenit bestehendes Grundgefüge überlagert
ist.
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Die anschließende Behandlung ist die gleiche wie im Beispiel I. Beispiel
III Gußstücke mit einer durchschnittlichen Wanddicke von 17 mm werden unter Anwenden
von Kokillenguß mit einem Gußeisen folgender Zusammensetzung erhalten:
| C si Mn Cu Ni Al Ti |
| 2,17 I 1,87 I 1,24 I 2,06 I 0,95 I 0,10I 0,05 |
In diesem besonderen Falle werden die Gußstücke noch heiß bei etwa 800°C aus der
Kokille genommen und sofort in Öl gehärtet. Das Gefüge zeigt in diesem Zustande
ein feines Karbidnetz in einem Grundgefüge aus 15 °/o Martensit und 85 °/o Austenit.
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Die Gußstücke werden alsdann nacheinander den
folgenden Behandlungsschritten
unterworfen: Eintauchen in flüssigen Stickstoff auf die Dauer von 15 Minuten; 4stündiges
Erhitzen bei 450°C mit anschließendem Abkühlen in ruhender Luft; 14stündiges Erhitzen
bei 740°C mit anschließendem Temperaturanstieg von 740 auf 875°C im Verlauf von
1 Stunde und weiteres Erhitzen bei 875'C auf die Dauer von 30 Minuten; langsames
Abkühlen von 875° auf 800°C im Verlauf von 1 Stunde mit anschließendem Abkühlen
in ruhender Luft.
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Der Graphit tritt in der Form sehr zahlreicher kleiner Körnchen
auf, die regelmäßig in einem feinen
nur schwach nadelförmig ausgeprägten
Grundgefüge verteilt sind. Die Vickershärte beläuft :.sich auf 450 kg/mm2.