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Verfahren zur Herstellung von im Gußzustand kugelgraphitischen Stählen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von im Gußzustand kugelgraphitischen
Kohlenstoff- oder Legierungsstählen mit einem Gehalt von 0,3 bis 1,7% Gesamtkohlenstoff,
0,3 bis 6,0% Silicium, 0,002 bis 0,50% Calcium, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
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Es wurde gefunden, daß derartige Stähle mit Kugelgraphit im Gußzustand
in einfacher und einwandfreier Weise hergestellt werden können, wenn man der Stahlschmelze
eine entsprechende Menge einer von Calciumsilicid verschiedenen Calciumlegierung,
wie einer Silicium-Calcium-Mangan- oder Eisen-Calcium-Legierung, zusetzt.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung gelingt es, den Kohlenstoff
im Gußzustand in Form von Kugelgraphit abzuscheiden, und es wird ein Material erhalten,
das durch hohe Zähigkeit und andere vorteilhafte mechanische und physikalische Eigenschaften
ausgezeichnet ist, sowohl die der Gegenwart von Graphit zuzuschreibende Bearbeitbarkeit
und Abnutzungsbeständigkeit als auch die Beeinflußbarkeit durch Wärmebehandlungen
und die Warm- oder Kaltverformbarkeit von Stahl aufweist.
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Übereutektoider Stahl enthält primär Zementit in einem Perlitgefüge,
er ist daher sehr hart aber spröde. Zur Verbesserung seiner Eigenschaften sind zahlreiche
Verfahren angegeben worden; beispielsweise um durch bestimmte Zusätze und/oder geeignete
Wärmebehandlungen den Zementit in seiner Gefügestruktur zu verändern oder zu graphitisieren.
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So ist es beispielsweise bekannt, bei einem Siliciumstahl mit 5,5
bis 70/0 Silicium und 0,2 bis 0,50/0 Kohlenstoff, der außerdem gegebenenfalls 0,3
bis 2% Mangan, Nickel, Kupfer, Kobalt sowie bis zu 1% an einem oder mehreren desoxydierenden
Elementen aus der Gruppe Beryllium, Bor, Aluminium, Calcium und Zirkon enthalten
kann, die mechanischen und magnetischen Eigenschaften durch eine Wärmebehandlung
bei 700 bis 800°C mit rascher Abkühlung und eine Wärmebehandlung bei 1000 bis
1200'C mit langsamer Abkühlung zu verbessern (französische Patentschrift
824 861). Eine Lehre zur Herstellung von Stahl mit Kugelgraphit im Gußzustand ist
aus den Angaben des bekannten Verfahrens nicht herzuleiten.
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Weiterhin ist es bekannt (französische Patentschrift 664 458), bei
einem Verfahren zur Herstellung von Eisen oder Stahl unter Verwendung von Cer zur
Entfernung von Verunreinigungen und zur Desoxydation das Cer in Verbindung mit einem
oder mehreren Stoffen aus der Gruppe Vanadium, Titan, Aluminium, Calcium, Magnesium
oder Silicium zuzugeben, wobei Cer der zwingend erforderliche Bestandteil ist und
die anderen Elemente wahlweise angewendet werden können. Irgendwelche Angaben über
den Gehalt des erhaltenen Materials an Kohlenstoff, Silicium od. dgl., finden sich
nicht, und es handelt sich nicht um die Herstellung von Stahl mit Kugelgraphit im
Gußzustand.
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3n ähnlicher Weise ist angegeben worden (deutsche Patentschrift 561051),
bei der Herstellung von mit Cer und Vanadium legierten Werkzeugstahl, insbesondere
Schnellarbeitsstahl, das Cer und Vanadium im Verhältnis 1: 3 bis 1:5 einzubringen,
in diesem Fall zur Erhöhung der Schnitthaltigkeit von derartigen Werkzeugstählen.
Ein Calciumzusatz ist nicht vorgesehen, und eine sphärolitische Graphitstruktur
im Gußzustand wird weder erwähnt, noch kann sie in dieser Weise erreicht werden.
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Entsprechendes gilt für eine Reihe weiterer bekannter Stähle und Eisensorten
bzw. deren Herstellungsverfahren (vgl. z. B. französische Patentschriften 983 320
und 936 436, britische Patentschriften 666 265 und 648 258, österreichische Patentschrift
84 755 und USA.-Patentschriften 2 087 764 und 2 781284). Es kommen Wärmebehandlungen
für eine Verbesserung der Struktur zur Anwendung. Die hiernach bekannten Werkstoffe
können zwar Kohlenstoff als Graphit enthalten, es handelt sich aber nicht um Stähle
der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
hergestellten Art, bei
denen der Kohlenstoff im Gußzustand als Kugelgraphit vorliegt. Irgendeine Lehre
zur Herstellung derartiger Stähle ist dem genannten Stand der Technik nicht zu entnehmen.
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Es ist weiterhin bekannt (USA.-Patentschrift 2 610 912), zur Erzeugung
von Kugelgraphit in Eisenlegierungen mit einem Gehalt von 1,2 bis 1,7% Kohlenstoff
Magnesium zuzusetzen. Ein derartiger Zusatz von Magnesium ist jedoch in verschiedener
Hinsicht nachteilig. Kugelgraphit kann nicht durch Zugabe nur von Magnesium erhalten
werden, vielmehr ist es notwendig, nach der Magnesiumbehandlung mit Silicium oder
einer Siliciumlegierung zu impfen. Magnesium ist bei hoher Temperatur ein explosives
und gefährlich zu handhabendes Element, so daß eine Zugabe von Magnesium zu geschmolzenem
Stahl verhältnismäßig schwierig ist. Magnesium neigt dazu, in den Gußprodukten durch
Hohlraumbildung starke Mängel hervorzurufen. Derartige Nachteile werden durch das
Verfahren gemäß der Erfindung vermieden.
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Es ist weiter eine Reihe von Verfahren bekannt, bei Gußeisen die Gefügeausbildung
durch Zusatz von Magnesium oder Calcium zu verbessern. Wenngleich sich Gußeisen
bekanntlich in den hier interessierenden Merkmalen wesentlich von Stahl unterscheidet,
insbesondere auch hinsichtlich der Graphitisierungswirkung von Zusatzmetallen, wie
Calcium und Magnesium, sei dieser Stand der Technik kurz erörtert.
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Beispielsweise ist ein Graugußeisen mit nodularem Graphit beschrieben
worden (österreichische Patentschrift 168 826), das als hier in Betracht kommenden
wesentlichen Bestandteil ausschließlich Cer enthalten muß. Gegebenenfalls können
in Verbindung mit dem Cer noch Zusätze von Ferrosilicium, Calciumsilicid, Silicium,
Graphit oder Siliciumlegierungen, die Calcium, Aluminium, Mangan, Titan oder Zirkon
enthalten, gegeben werden. Diese Zusätze sollen graphitisierend, keimbildend oder
desoxydierend wirken und die durch den Cerzusatz erzielbare Wirkung der Ausbildung
einer knotenförmigen Struktur unterstützen. Über die bei Verwendung solcher Zusätze
einzuhaltenden Mengenverhältnisse ist nichts angegeben, eine gleichzeitige Verwendung
von Calcium ist nicht unbedingt erforderlich, sondern bildet nur eine von vielen
Wahlmöglichkeiten, und irgendein Hinweis auf die Herstellung von Stahl findet sich
nicht.
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Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung von grauem Gußeisen bekannt
(britische Patentschrift 700 626), bei dem der Graphit ganz oder überwiegend in
Kugel- oder Knotenform vorliegt, insbesondere zur Herstellung eines derartigen Gußeisens
durch Einführung von Calcium in das geschmolzene Metall. Das Calcium wird gewöhnlich
in Form von Calciumcarbid zugegeben, es können aber auch andere Calcium enthaltende
Substanzen benutzt werden, z. B. Calcium-Silicium, Calcium-Nickel oder andere Calciumlegierungen,
Calciumnitrid usw. Auch hier handelt es sich ausschließlich um die Herstellung von
Gußeisen.
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Bei einem weiteren bekannten Verfahren (britische Patentschrift 684
432) handelt es sich um das Impfen von Eisen und die Herstellung von Gußeisen mit
Kugelgraphit unter Verwendung von Calcium-, Cer-oder Magnesiumimpfmitteln, wobei
ein Eisen benutzt werden muß, das übereutektisch in bezug auf Kohlenstoff ist, einen
tiefen Schwefelgehalt hat und einen grauen Guß ergibt. Es handelt sich nicht um
Stahl.
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Auch an anderer Stelle (»American Foundryman«, März 1951, S. 62, 89
und 91) ist angegeben worden, Eisenschmelzen Calciumsilicid beizugeben, um eine
kugelförmige Graphitausbildung herbeizuführen. Wiederum handelt es sich um Gußeisensorten.
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Ferner ist eine Legierung für die Herstellung von Gußeisen bekannt
(USA.-Patentschrift 1790 552), die Silicium in einer Menge von nicht weniger als
etwa 50 %, ein Erdalkalimetall in einer Menge von mehr als 25 %, ein Metall wie
Nickel in einer Menge bis herauf zu 5% und ein zweites alkalisches Metall der Calcium-Magnesium-Gruppe
in einem Prozentsatz, der etwas geringer als die Hälfte des Prozentsatzes des ersten
alkalischen Metalls ist, umfaßt. Wiederum handelt es sich um die Gefügebeeinflussung
von Gußeisen.
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Schließlich sind in einer Veröffentlichung (»Handbuch für Sonderstahlkunde«,
1956, Bd. 2) unter anderem die Möglichkeiten und Wirkungen eines Zusatzes von Cer
und Seltenen Erden (Mischmetall) zu Eisen erörtert worden. Es wird ein Zusatz von
Mischmetall zu Gußeisen empfohlen, um die Bildung von Kugelgraphit zu fördern (S.
1466). Dabei wird darauf hingewiesen, daß über die Wirkungsweise von Mischmetall
noch keine Klarheit besteht und die bisherigen Versuchs -und Betriebsergebnisse
nicht einheitlich sind. Im übrigen handelt es sich wiederum um Gußeisen.
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Bekanntlich bestehen hinsichtlich der Gefügeausbildung und des Einflusses
von Zusatzstoffen auf die Struktur zwischen Gußeisen einerseits und Stahl andererseits
wesentliche Unterschiede, so daß diese Werkstoffe auf dem Fachgebiet getrennt behandelt
werden. Dies trifft auch für die Graphitisierungswirkung von Zusatzmetallen, wie
Magnesium oder Calcium, zu. Beispielsweise wirkt Magnesium bei Zusatz zu Gußeisen
im Sinne einer Bildung von Kugelgraphit, während Magnesium bei Zusatz zu Stahl zu
einer Stabilisierung des Zementits neigt und zur Graphitisierung eine Impfung mit
Silicium oder einer Siliciumlegierung nach der Magnesiumbehandlung erforderlich
ist. Andererseits ist es schwierig, mit Calcium Gußeisen herzustellen, das eine
kugelförmige Graphitstruktur aufweist, und zwar insbesondere bei untereutektischen
Gußeisen. Selbst wenn man davon ausgeht, daß durch Calcium Kugelgraphit in Gußeisen
erzeugt werden kann, läßt sich auf Grund der an dem vorstehenden Beispiel gezeigten
unterschiedlichen Verhaltensweisen von Gußeisen und Stahl und der allgemein verwickelten
Verhältnisse auf dem Gebiet der Metallurgie kein Schluß auf die Wirkung von Calcium
oder Calciumlegierungen in Stahl ziehen. Eine formale Übertragung von dem einen
Gebiet auf das andere ist nicht möglich. Andererseits findet sich in dem erörterten
Stand der Technik keine Angabe für die Herstellung eines den Merkmalen der Erfindung
entsprechenden Stahls.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Stählen zu schaffen, die bei einem Gehalt von 0,3 bis 1,7% Gesamtkohlenstoff,
0,3 bis 6,0% Silicium, 0,002 bis 0,50% Calcium, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,
Kohlenstoff im Gußzustand als Kugelgraphit enthalten und die mit einer solchen Gefügeausbildung
einhergehenden vorteilhaften Eigenschaften aufweisen, und zwar ein Verfahren, das
gefahrlos durchzuführen
ist, nicht zu Kavitationsmängeln in den
Gußprodukten führt und keine aufwendigen zusätzlichen Verfahrensstufen, wie besondere
Wärmebehandlungen, erfordert.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Arbeitsweise, wonach der Stahlschmelze
eine den angegebenen Komponenten entsprechende Menge einer von Calciumsilicid verschiedenen
Calciumlegierung, wie einer Silicium-Calcium-Mangan- oder Eisen-Calcium-Legierung,
zugesetzt wird, erfüllt diese Aufgabe in ausgezeichneter Weise. Die Abscheidung
von freiem Zementit wird vermieden, und der Graphit liegt im Gußzustand in sphärolitischer
Form vor. Es wird eine hohe Rückhaltung von Calcium in der Schmelze erreicht. Infolge
des Aufbaues aus einfachen Bestandteilen ohne kostspielige metallurgische Komponenten
sind die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zugesetzten Vorlegierungen billig
und einfach herzustellen. Der erhaltene kugelgraphitische Stahl hat ausgezeichnete
Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich Zähigkeit und Festigkeit, Bearbeitbarkeit,
Abnutzungsbeständigkeit und Oxydationsbeständigkeit.
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Wenngleich seit langem ein starkes Bedürfnis der Technik nach einem
einfachen Verfahren zur Herstellung derartiger Stähle bestand und die zahlreichen
Arbeitsweisen und Werkstoffe der eingangs erörterten Druckschriften großenteils
seit langer Zeit bekannt waren, ist dieser Stand der Technik nicht in der Lage gewesen,
einen Fachmann zur Entwicklung einer dem Verfahren gemäß der Erfindung entsprechenden
oder ähnlichen Arbeitsweise anzuregen. Ein diesbezüglicher Hinweis findet sich nicht.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird der Stahlschmelze eine
Calciumlegierung, wie insbesondere eine Silicium-Calcium-Mangan- oder Eisen-Calcium-Legierung,
zugesetzt. Gut geeignet ist beispielsweise eine Eisen-Calcium-Legierung aus 5 bis
40% Calcium, 5 bis 55% Silicium und/oder Aluminium und/oder Mangan, 0 bis 5 % Nickel,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. Als derartige Begleitmetalle können beispielsweise
Cer und ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe Magnesium, Lithium, Strontium und
Barium in untergeordneter Menge anwesend sein.
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Gewöhnlich werden 0,2 bis 6,0% der Eisen-Calcium-Legierung oder 0,5
bis 81/o Silicium-Calcium-Mangan zugegeben, gegebenenfalls in Verbindung mit 0 bis
2% eines Flußmittels, das Calciumfluorid oder Magnesiumfluorid als Hauptbestandteil
enthalten kann. Die Menge der zugesetzten Calciumlegierung wird so geregelt, daß
das im Guß des kugelgraphitischen Stahls verbleibende Calcium 0,002 bis 0,50%, gewöhnlich
weniger als 0,2% beträgt. Bei Anwesenheit von Cer kann dieses 0,005 bis 0,15% betragen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist anwendbar sowohl auf Kohlenstoffstähle
als auch auf Stahllegierungen einschließlich eutektoide und untereutektoide Stähle,
d. h. Kohlenstoffstähle mit weniger als 0,85% Kohlenstoff und Stahllegierungen,
die weniger als etwa 1,7% Kohlenstoff zusammen mit ein oder mehreren Elementen aus
der Gruppe Silicium-Mangan, Nickel, Chrom, Kupfer, Wolfram, Molybdän, Vanadium,
Titan, Zirkon, Kobalt und ähnlichen Elementen enthalten. Natürlich können in üblichem
Maße Phosphor, Schwefel usw. als Verunreinigungen enthalten sein. In allen Fällen
wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung eine Struktur mit sphärolitischer Graphitausbildung
herbeigeführt.
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Die Erscheinung der Ausscheidung von Kugelgraphit im Verfahren gemäß
der Erfindung selbst in eutektoiden oder untereutektoiden Stählen ohne primäre Abscheidung
von Zementit ist schwierig zu erklären, und die Gründe sind bisher nicht eindeutig
bekannt.
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In den Zeichnungen ist die Mikrostruktur von erfindungsgemäß hergestellten
Stählen dargestellt.
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F i g. 1 zeigt ein Schliffbild in hundertfacher Vergrößerung die Mikrostruktur
eines untereutektoiden Kohlenstoffstahls (0, 53 0% C, 0,74 % Si, 0,28 % Mn, 0,00811/o
P, 0,008% S), der mit 1,0% einer Eisen-Calcium-Legierung (22,7% Ca) behandelt und
nach dem Guß 3 Stunden bei 900° C erhitzt wurde.
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F i g. 2 zeigt ein Schliffbild eines Gußstücks in vierhundertfacher
Vergrößerung.
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Aus den F i g. 1 und 2 ist die Verteilung des abgeschiedenen Kugelgraphits
in einem Gefüge aus Perlit und Ferrit klar zu erkennen. Die Normalstruktur eines
gewöhnlichen eutektoiden Stahls besteht zur Hauptsache aus einem Perlitgefüge, während
die Normalstruktur eines untereutektoiden Stahls aus Ferrit und Perlit besteht und
im Konstitutionsdiagramm vom eutektischen Punkt aus zur Seite des Eisens liegt.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird jedoch durch Zusatz der vorgesehenen
Calciumlegierungen vollkommen kugeliger feinkörniger Graphit selbst in eutektoiden
und untereutektoiden Stählen abgeschieden. Die Zeichnungen veranschaulichen die
sphörolitische Graphitstruktur von untereutektoidem Stahl (etwa 0,6% C) und zeigen,
daß der sphärolitische Graphit im gesamten Gebiet des Perlit- und Ferritgefüges
vorliegt. Er ist also bei hoher Temperatur abgeschieden worden, bevor sich Ferrit
und Perlit gebildet haben.
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Der erfindungsgemäß hergestellte Stahl enthält sehr wenig Sauerstoff
und Schwefel, beispielsweise 0,001 bis 0,0051/o Sauerstoff und 0,005 bis 0,015 0!0
Schwefel.
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Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sollte die
zu behandelnde Schmelze vorher weitgehend desoxydiert und entschwefelt werden, um
einen Verlust von Elementen der Zusatzlegierung durch Oxyd- und Sulfidbildung zu
vermeiden. Die Menge der Zusatzlegierung muß auf den Grad der Desoxydation und Entschwefelung
der Schmelze abgestimmt werden, um eintretende Verluste auszugleichen und sicherzustellen,
daß die erforderlichen Mengenanteile der Zusatzelemente auch im endgültigen Gußstück
oder Stahlblock enthalten sind.
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Die physikalischen Eigenschaften erfindungsgemäß hergestellter Stähle
mit kugeliger Graphitstruktur zeigen bemerkenswerte Verbesserungen hinsichtlich
Festigkeit, Verringerung der Kerbwirkung, Steigerung der Dämpfungsfähigkeit, Verringerung
des Ausdehnungskoeffizienten, Steigerung von Abrieb- und Oxydationsbeständigkeit
sowie Verringerung der thermischen Deformation.
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Nachstehend ist eine Reihe von Calciumlegierungen aufgeführt, wie
sie bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vorzugsweise verwendet werden: .
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1. Eisen-Calcium-Silicium-Legierung, bestehend aus 5 bis 40% Calcium,
5 bis 55% Silicium und/oder Aluminium und/oder Mangan, 0 bis 5 % Nickel, Rest Eisen
und übliche Verunreinigungen;
2. Eisen-Calcium-Silicium-Legierung,
bestehend aus 15 bis 40% Calcium, 5 bis 551/o Silicium und/oder Aluminium und/oder
Mangan, 0 bis 51119 Nickel, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen; 3. Silicium-Calcium-Mangan-Legierung,
bestehend aus 10 bis 20% Calcium, 10 bis 22% Mangan, Rest mindestens 40 01o, höchstens
60 01o Silicium; 4. Eisen-Caleium-Legierung, bestehend aus 20 bis 4011/o Calcium,
20 bis 50%, Silicium, 0 bis 5% Nickel, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen;
5. Eisen-Calcium-Legierung, bestehend aus 15 bis 35% Caleium, 5 bis 4011/o Silicium,
weniger als 20% Aluminium, weniger als 30% Mangan, 0 bis 511/o Nickel, Rest Eisen
und übliche Verunreinigungen; 6. Eisen-Calcium-Legierung, bestehend aus 15 bis 30
01o Calcium, 10 bis 50 01o Mangan, weniger als 20% Aluminium, weniger als 25% Silicium,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen
weiter veranschaulicht.
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Beispiel 1 Es wurde eine Schmelze eines übereutektoiden Stahls mit
einem Gehalt von etwa 1,5 0lo Kohlenstoff, etwa 0,8% Silicium, etwa 0,4% Mangan
und etwa 0,03% Phosphor hergestellt. Dieser Schmelze wurden etwa 0,3% Calcium, 0,04%
Cer und 0,1% Barium zugesetzt. Das Calcium wurde in Form einer Eisen-Calcium-Silicium-Legierung
(33,511/o Fe, 29,5 01o Ca und 35 01o Si), das Cer in Form von Mischmetall und das
Barium als metallisches Barium zugegeben. Ein daraus hergestelltes Gußstück bestand
aus übereutektoidem Stahl mit sehr feiner kugeliger Graphitstruktur und zeigte eine
Zugfestigkeit von 65,4 kg/mm2, eine Dehnung von 3,5 01o und eine Härte von 241 HB.
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Beispiel 2 Es wurde eine Schmelze eines untereutektoiden Stahls mit
einem Gehalt von 0,6% Kohlenstoff, 0,8% Silicium, 0,04% Mangan und 0,0211/o Phosphor
hergestellt. Der Schmelze wurden 0,2% Calcium zugegeben. Das Calcium wurde als Eisen-Calcium-Silicium-Legierung
(33,5% Fe, 39,511/o Ca und 36,0 01o Si), vermischt mit etwas Calciumfluorid als
Flußmittel, zugesetzt.
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Ein daraus hergestellter Stahlblock bestand aus untereutektoidem Stahl
mit sehr feinem Kugelgraphit, verteilt in einem Gefüge aus Ferrit und Perlit. Die
Zugfestigkeit betrug 66,2 kg/mm2, die Dehnung betrug 14% und die Härte betrug 187
HB.
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Beispiel 3 Zusammenhang zwischen der Menge an zugesetzter Eisen-Calcium-Legierung
und der Menge an zurückgehaltenem Calcium bei übereutektoidem Stahl.
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Wenn eine Eisen-Calcium-Legierung mit 28,307o Fe, 24,8% Ca und 46,111!o
Si direkt der Schmelze eines übereutektoiden Stahls zugegeben und die Menge fortschreitend
gesteigert wird, so wird Calcium vom Stahl in ausreichender Menge aufgenommen. Die
Calciumausbeute beträgt das Drei- bis Fünffache wie beiCalciumsilicid. DieEisen-Calcium-Legierung
bildet also ein hervorragendes Zusatzmittel für Calcium.
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Bei den Versuchen wurden folgende Zusatzmaterialien verwendet: Eisen-Calcium-Legierung
mit 28,311/o Fe, 24,8% Ca und 46,1% Si; Calciumsilicid mit 29,411/o Ca (zum Vergleich).
| Schmelze Zusatzmaterial Analyse Calciumausbeute |
| Nr. Ar ( Menge C (°/n) Ca (11/o) /o) (0/a) |
| 1 Fe-Ca-Si 0,5 1,63 0,007 5,6 |
| 2 Fe-Ca-Si 1,0 1,62 0,009 3,6 |
| 3 Fe-Ca-Si 2,0 1,59 0,022 4,4 |
| 4 Fe-Ca-Si 3,0 1,45 0,022 3,0 |
| 5 Fe-Ca-Si 0,5 1,40 0,007 5,6 |
| 6 Fe-Ca-Si 1,0 1,22 0,012 4,8 |
| 7 Fe-Ca-Si 2,0 1,25 0,024 4,8 |
| 8 Fe-Ca-Si 3,0 1,17 0,032 4,3 |
| 9 Ca-Si 2,0 1,45 0,006 1,0 |
| 10 Ca-Si 5,0 1,40 0,018 1,2 |
| 11 Ca-Si 7,0 1,45 0,025 1,2 |
| 12 Ca-Si 2,0 1,21 0,005 0,9 |
| 13 Ca-Si 5,0 1,15 0,011 0,7 |
| 14 Ca-Si 7,0 1,13 0,023 1,1 |
Wenn durch Zusatz der Eisen-Calcium-Legierung zum übereutektoiden Stahl zwischen
etwa 0,007 und 0,03 01o Ca vom Stahl aufgenommen werden (vgl. vorstehende Tabelle),
läßt sich leicht Stahl mit Kugelgraphit im Gußzustand erzeugen. Im Fall von Stahlblöcken
kann Graphitstahl hergestellt werden ohne Anwendung einer langdauernden graphitisierenden
Wärmebehandlung. Wenn andererseits Calciumsilicid verwendet wird und die für die
Graphitisierung erforderlichen 0,007 bis 0,03 01o Calcium eingebracht werden sollen,
so ist etwa die drei- bis fünffache Menge Calciumsilicid, verglichen mit der erfindungsgemäß
vorgesehenen Eisen-Calcium-Legierung, erforderlich. Es ist daher schwierig, die
Legierung in eine Pfanne zuzugeben, außerdem wird leicht die Gleichmäßigkeit des
Produktes gestört. Weiterhin wird zwangläufig die in den geschmolzenen Stahl eingebrachte
Menge an Silicium recht groß, da sowohl
die Zugabemenge als auch
der Siliciumgehalt der Legierung groß sind.
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Die physikalischen Eigenschaften des nach dem Verfahren gemäß der
Erfindung unter Verwendung der Eisen-Calcium-Legierung hergestellten Stahls mit
Kugelgraphit sind bedeutend besser als die von normalem übereutektoidem Stahl. Bemerkenswerte
Verbesserungen sind vor allem hinsichtlich Festigkeit, Verringerung der Kerbwirkung,
Steigerung der Dämpfungsfähigkeit, Steigerung von Verschleiß- und Oxydationsbeständigkeit
und Verringerung der thermischen Verzerrung zu beobachten.