DE1248239B

DE1248239B - Method of inoculating cast iron

Info

Publication number: DE1248239B
Application number: DEM63879A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Albert Kaune; Dr-Ing Heiner Traeger
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1965-01-22
Filing date: 1965-01-22
Publication date: 1967-08-24
Also published as: NL6600740A; AT259778B; FR1465136A; CH457738A; GB1132055A; SE330234B

Description

Verfahren zum Impfen von Gußeisen Es ist bekannt, durch Impfen von Gußeisenschmelzen eine Verbesserung des Gußgefüges herbeizuführen. Bekannte Impfmittel sind z. B. Graphit, Legierungen des Siliziums mit den Erdalkali-Metallen, Legierungen des Siliziums mit Magnesium, Eisen, Zirkonium, Nickel oder Mangan, wobei diese Impfmittel allein oder als Gemisch verwendet werden können.Method of inoculating cast iron It is known by inoculating Cast iron melt to bring about an improvement in the cast structure. Known inoculants are z. B. graphite, alloys of silicon with alkaline earth metals, alloys of silicon with magnesium, iron, zirconium, nickel or manganese, these being inoculants can be used alone or as a mixture.

Im Hinblick auf die Art des Einbringens der Impfmittel in die Gußeisenschmelze ist bekannt, die Schmelze in der Gießpfanne etwa durch Einrühren der feinkörnigen Impfmittel zu impfen. Die Impfung erfolgt wegen des mit der Zeit abklingenden Impfeffektes möglichst kurz vor dem Abguß, jedoch läßt sich nicht vermeiden, daß der Impfeffekt bei längeren Gießzeiten am Gießende geringer ist als bei Gießbeginn. Zur möglichst wirkungsvollen Impfung ist ferner bekannt, sogenannte Doppelimpfungen durchzuführen. Dabei wird die Schmelze sowohl vor Gießbeginn in der Gießpfanne als auch nochmals unmittelbar vor dem eigentlichen Abguß geimpft, vorzugsweise beim Umfülllen in die oft verwendeten kleinen Handpfannen. Es ist ferner bekannt, eine geimpfte Schmelze außerhalb der Form durch ein trichterförmig ausgebildetes und impfende Substanzen geeigneter Zusammensetzungen enthaltendes Filter in die Form einzugießen. Andere bekannte Vorschläge sehen auch eine Impfung der Schmelze durch direktes diskontinuierliches oder kontinuierliches Einstreuen des Impfmittels in den Gießstrahl während des Abgusses vor, wie auch die Herrichtung von mit Impfmitteln eingestäubten Gußformen.With regard to the way in which the inoculants are introduced into the cast iron melt is known, the melt in the ladle by stirring in the fine-grained Inoculants to vaccinate. The vaccination takes place because of the effect of the vaccination, which diminishes over time As soon as possible before the casting, however, the inoculation effect cannot be avoided with longer pouring times at the end of pouring is less than at the start of pouring. As far as possible Effective vaccination is also known to carry out so-called double vaccinations. The melt is both in the pouring ladle before the start of pouring and again vaccinated immediately before the actual casting, preferably when transferring to the often used small hand pans. It is also known to use an inoculated melt outside the mold by a funnel-shaped and inoculating substances Pour filter containing suitable compositions into the mold. Other known proposals also see an inoculation of the melt by direct discontinuous or continuous sprinkling of the inoculant into the pouring stream during pouring before, as well as the preparation of molds dusted with inoculants.

Diese bekannten Impfmethoden befriedigen in der betrieblichen Praxis nicht in allen Fällen, sei #es, daß die Impfwirkung zu rasch abklingt, sei es, daß die in dem Gießstrahl oder die lose in der Form befindlichen Impfmittel leicht vom Schmelzfluß weggespült oder eingeschlossen werden und wegen ungleichmäßiger Verteilung und Lösung, nicht zur gewünschten Wirkung kommen. Die Folg.- sind unzureichende oder unterschiedliche Beeinflussungen des Gußgefüges oder Einschlüsse im Guß.These known vaccination methods are satisfactory in operational practice not in all cases, be it that the vaccine effect wears off too quickly, be it that the inoculants in the pouring stream or loose in the mold are easily removed Melt flow washed away or trapped and because of uneven distribution and solution, do not have the desired effect. The following - are inadequate or different influences on the cast structure or inclusions in the cast.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, diese nachteiligen Wirkungen der Impfbehandlungen von Gußeisenschmelzen zu beseitigen und ein hochwirksames Impfverfahren zu entwickeln, bei dem sich das Impfmittel gleichmäßig und schnell in der Schmelze löst, und zwar unmittelbar vor der Erstarrung der Schmelze, weil nur dann eine größtmögliche Auswirkung der von der Schmelze aufgenommenen Impfmittelmenge gegeben ist. Die Erfindung geht dabei von der überlegung aus, daß die C C Impfwirkung des Impfmittels mit der Zeit sehr schnell nachläßt, und zwar sinkt die Impfwirkung unmittelbar nach dem Auflösen des Impfmittels in der Schmelze sehr rasch und dann langsamer ab., was etwa dem Verlauf einer e-Funktion entspricht.The present invention has therefore set itself the task of eliminating these adverse effects of inoculation treatments of cast iron melts and of developing a highly effective inoculating process in which the inoculant dissolves evenly and quickly in the melt, namely immediately before the melt solidifies because only then the greatest possible effect of the amount of inoculant absorbed by the melt is given. The invention is based on the idea that the C C inoculating effect of the inoculant wears off very quickly over time, namely the inoculating effect decreases very quickly and then more slowly immediately after the inoculant has dissolved in the melt, which is about the course of a e-function corresponds.

Es wurde nun gefunden, daß ein Verfahren zur verbesserten Impfung von Gußeisen darin besteht, daß die Gußeisenschmelze in der Form beim Durchströmen des Anguß- bzw. Anschnittsystems der Form oder auch Kokille mit dem darin eingeformten Impfmittel in Berührung gebracht wird.It has now been found that a method for improved vaccination of cast iron is that the cast iron melt in the form when flowing through the gate or gate system of the mold or the mold with the molded therein Inoculant is brought into contact.

Es hat sich hierbei gezeigt, daß der Metallstrom in günstiger Weise geringe Mengen des Impfmittels ablöst und sofort aufnimmt, ohne daß zugleich Kornpartikeln in nennenswertem Umfang mitgerissen werden.It has been shown here that the metal flow is beneficial removes small amounts of the inoculant and absorbs it immediately, without any grain particles at the same time be carried away to a significant extent.

Zweckmäßi- wird das Impfmittel in Gestalt eines Formkörpers verwendet. Ein solcher Formkörper kann in das Ausguß- bzw. Anschnittsystein als Platte in dafür vorhandene »Kernmarken« eingebracht werden. Er kann aber auch als Rohrstück ausaebildet sein, welches die Schmelze im Anguß- bzw. Anschnittsystem durchströmt.The inoculant is expediently used in the form of a shaped body. Such a shaped body can be placed in the pouring or gate system as a plate for it existing »core brands« are brought in. But it can also be designed as a pipe section which the melt flows through in the sprue or gate system.

Bei einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Impfmittelkörper als sogenannter Siebkern ausgebildet. Siebkerne werden in bekannter Weise häufig zur Regelung der Gießgeschwindigkeit und der Turbulenz der Schmelzen#trömuno, verwendet.In a particularly favorable embodiment of the invention In the process, the inoculant body is designed as a so-called sieve core. Sieve cores are often used in a known manner to regulate the casting speed and the turbulence der Melting # trömuno, used.

Ein solcher Formkörper des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ganz aus dem Impfmittel bestehen, wobei ein solcher Formkörper durch Vergießen des Impfmittels oder durch Verpressen des zerkleinerten Impfmittels - gegebenenfalls unter Verwendung eines Bindemittels - hergestellt wird. Hierbei richtet sich die Korngröße des Impfmittels nach Art und Größe des Formkörpers, was sich leicht in einfachen Versuchen ermitteln läßt. Der Formkörper kann aber auch nur teilweise aus dem Impfmittel aufgebaut sein, wobei der übrige Teil aus neutralem Material, z. B. Formsand, besteht. Zweckmäßig wird bei einem solchen Formkörper das Impfmittel dann weitgehend in die der einströmenden Schmelze zugekehrten Seite des Formkörpers eingepreßt.Such a molded body of the method of the invention may consist entirely of the inoculant, such a molded article by casting or by compression of the inoculant of the crushed inoculant - is obtained - optionally using a binder. The grain size of the inoculant depends on the type and size of the shaped body, which can easily be determined in simple experiments. The shaped body can also only partially be made up of the inoculant, with the remaining part made of neutral material, e.g. B. molding sand. In the case of such a shaped body, the inoculant is then expediently largely pressed into the side of the shaped body facing the inflowing melt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich die für das Impfen von Gußeisen an sich bekannten Impfni ittel und Legierungen. Solche Legierungen sind im wesentlichen Legierungen des Siliziums mit den Erdalkali-Metallen, mit Magnesium, mit Zirkonium, mit Eisen, mit Nickel und/oder Mangan. Diese Legierunaen werden für sich allein wie auch im Gemisch verwendet. Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird mit besonderem Vorteil eine Legierung oder ein Legierungsgemisch verwendet, das sich zusammensetzt aus 6 bis 16% Mg, vorzugsweise 9 bis 12% M2, 8 bis 20% Fe, vorzugsweise 10 bis 15% Fe, 0,2 bis 10% Ca, vorzugsweise 3 bis 611o Ca, Rest Si, gegebenenfalls, aber nicht notwendigerweise, noch Kupfer und/oder Nickel und/oder Zinn.The Impfni ittel and alloys known per se for the inoculation of cast iron are suitable for the process according to the invention. Such alloys are essentially alloys of silicon with alkaline earth metals, with magnesium, with zirconium, with iron, with nickel and / or manganese. These alloys are used on their own as well as in a mixture. According to the method of the invention, an alloy or alloy mixture is used with particular advantage which is composed of 6 to 16% Mg, preferably 9 to 12% M2, 8 to 20% Fe, preferably 10 to 15% Fe, 0.2 to 10% Ca, preferably 3 to 611o Ca, the remainder Si, optionally, but not necessarily, copper and / or nickel and / or tin.

Die Verwendung solcher magnesiumhaltigen Impfmittel nach dem erlindungsgemäßen Verfahrcn führt züi einer besonders guten Löslichkeit und Wirksamkeit in der Schmelze, so daß sich die Impfmethode auch bei abgekühlteren Schmelzen durchführen läßt, welche einer Impfbehandlung nach bekannten Verfahren nicht mehr ohne weiteres zugänglich sind, was insbesondere auch für die Verwendung Ca-reicher Impfmittel gilt.The use of such magnesium-containing inoculants according to the invention Process leads to particularly good solubility and effectiveness in the melt, so that the inoculation method can also be carried out with cooled melts, which a vaccination treatment according to known methods is no longer readily accessible are, which is especially true for the use of Ca-rich inoculants.

Das Verfahren gemäß der Erfindung weist wesentliche Vorteile auf, insbesondere beim Vergießen von solchen Gußeisenschmelzen, die der Herstellung von Gußeisen mit lamellarem oder kugelförmigem Graphit dienen. Auf Grund des erst unmittelbar beim Vergießen und auch innerhalb der Form erfolgenden Irnpfprozesses wird eine hohe Wirksamkeit des Impfmittels erzielt. Da das Impfmittel im Formkörper bzw. in der Form fest eingeformt ist, wird nur ein jeweils kleiner und gleicher Anteil von der einströmenden Schmelze in der Zeiteinheit in guter Verteilung aufgenommen und gelöst. Hierdurch wird mit einer wesentlich herabgesetzten Impfmittelmenge eine hohe Zahl von Kristallisationskeimen in die Schmelze eingebracht, und es gelingt, Gußstücke aus Gußeisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit praktisch völlig zementitfrei zur Erstarrung zu bringen, während die nach bekannten Verfahren hergestellten im Gußgefüge noch Zementit enthalten.The method according to the invention has significant advantages, especially when casting such cast iron melts that are used for the production of Cast iron with lamellar or spherical graphite is used. Because of the only immediately during the casting process and also within the mold, a high effectiveness of the inoculant achieved. Since the inoculant in the molded body or in is firmly molded into the shape, only a smaller and equal proportion of of the inflowing melt in the unit of time in a good distribution and solved. This results in a significantly reduced amount of inoculant high number of crystal nuclei introduced into the melt, and it is possible to Cast iron pieces with lamellar or spheroidal graphite practically completely free of cementite to solidify, while the produced by known processes in the Cast structure still contains cementite.

Von besonderem Vorteil ist die Impfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Fällen, in denen eine hohe Impfwirkung erwünscht, eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Schmelze aber unterbleiben soll.Vaccination according to the invention is of particular advantage Procedure in cases where a high level of vaccination is desired, a change the chemical composition of the melt should be omitted.

Wird üblicherweise eine für Gußeisen mit Lamellengraphit vorgesehene Schmelze mit Impfmittel in einer Menge von 0,1 bis 0,511/o der Schmelzmenge und eine für Gußeisen mit Kugelgraphit vorgesehene Schmelze mit Impfmittel in einer Menge von 0,4 bis 1 % der Schmelzmenge behandelt, so braucht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in beiden Fällen nicht mehr als 0,1%,. vorzugsweise 0,011/o Impfmittel in der Schmelze gelöst zu werden, um bei gleicher Endanalyse des Gußstückes vergleichbare Impfeffekte zu erzielen.If a melt intended for cast iron with lamellar graphite is treated with inoculant in an amount of 0.1 to 0.511 / o of the amount of melt and a melt intended for cast iron with spheroidal graphite is treated with inoculant in an amount of 0.4 to 1 % of the amount of melt, then according to the method according to the invention in both cases not more than 0.1%. preferably 0.011 / o inoculant to be dissolved in the melt in order to achieve comparable inoculation effects with the same final analysis of the casting.

Ein Impfprozeß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann aber auch im Anschluß an eine vorausgegangene Impfung einer Schmelze ausgeführt werden, wobei sich der Impfeffekt der ersten Impfung in der Pfanne und der Impfeffekt des Impfprozesses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergänzen.A vaccination process according to the method according to the invention can also be carried out following a previous inoculation of a melt, wherein the vaccination effect of the first vaccination in the pan and the vaccination effect of the vaccination process supplement by the method according to the invention.

An Hand der folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert. Beispiel 1 a) Herstellung eines Siebkernes aus Impfmitteln ohne neutrale Zusätze Gemahlenes Ferrosilizium der Korngröße 0 bis 6 mm wird mit üblichem Wasserglasbinder im Gewichtsverhältnis 9 : 1 gemischt und die Masse zu Siebkernen in geeigneten Kernkästen geformt. Die Aushärtung der Formlinge erfolgt durch Behandeln mit COV Zweckmäßig erfolgt die Verfestigung aber durch einfaches Auslagern, wobei das Ferrosilizium mit dem Wasserglas unter weiterer Silikatbildung reagiert und abgebunden wird. Zur Erzielung blanker Oberflächen wird der Formling abgeschliffen.The invention is explained in more detail with the aid of the following examples. Example 1 a) Production of a sieve core from inoculants without neutral additives. Ground ferrous silicon with a grain size of 0 to 6 mm is mixed with conventional water glass binder in a weight ratio of 9: 1 and the mass is formed into sieve cores in suitable core boxes. The moldings are hardened by treatment with COV. However, the solidification is expediently carried out by simply aging, with the ferrosilicon reacting with the water glass with further formation of silicate and being set. The molding is ground to achieve a bright surface.

b) Herstellung eines Siebkernes aus Impfmitteln unter Verwendunc, von Sand oder keramischen Stoffen C Der für eine Herstellung von Siebkernen geeignete Kernkasten wird mit körnigen Impfmitteln wie Ferrosilizium und Ca-Silizium ausgelegt, die mit Formsand, öl-Sand oder C02-Sand oder keramischen Stoffen hinterstampft werden. Die Verfestigung kann je nach Art des Sandes oder der keramischen Stoffe beispielsweise durch CO,-Behandlung, Auslagern oder durch Brennen erfolgen. Beispiel 2 Impfen von Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen mit Lamellengraphit Eine aus aufgekohltem Stahlschrott hergestellte Gußeisenschmelze mit folgender Zusammensetzung-3,02 C, 0,57 Mn, 0,71 P, 0,044 S, 2,11 Si, Rest Fe, wurde ohne vorausgehende Impfbehandlung jeweils durch verschiedene im Angußsystem der Form befindliche Siebkerne zu Proben verschiedener Wanddicke vergossen. Die Siebkerne enthielten a) kein Impfmittel, b) in der Oberfläche befindliche Stücke von Legierungen aus Ca-Si, Fe-Si und Zr-Si. b) Manufacture of a sieve core from inoculants using sand or ceramic materials C The core box suitable for the manufacture of sieve cores is lined with granular inoculants such as ferrosilicon and calcium silicon, that with molding sand, oil sand or C02 sand or ceramic materials be stomped back. Depending on the type of sand or ceramic materials, the solidification can take place, for example, by CO 2 treatment, aging or by firing. Example 2 Inoculation of cast iron for the production of cast iron with lamellar graphite A cast iron melt made from carburized steel scrap with the following composition - 3.02 C, 0.57 Mn, 0.71 P, 0.044 S, 2.11 Si, remainder Fe, was used without a preceding Inoculation treatment in each case poured into samples of different wall thicknesses through different sieve cores located in the sprue system of the mold. The sieve cores contained a) no inoculant, b) pieces of alloys of Ca-Si, Fe-Si and Zr-Si located in the surface.

Beurteilt wurden Schliffbilder aus Proben mit 15 mm Wanddicke. Die Gußeisenschmelze zeigte folgende Endanalyse: 3,02 C, 0,59 Mn, 0,70 P, 0,044 S, 2,18 Si, Rest Fe. Aus der nun folgenden Tabelle geht hervor, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geimpfte Gußeisen ein rein perlitisches und völlig zementitfreies Grundgefüge hatte, obwohl die Analyse sich durch die Impfung praktisch nicht änderte. Beispiel 3 Impfen von Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit Eine Gußeisenschmelze mit der Zusammensetzung 3,7 C, 0,3 Mn, 0,04 P, 0,02 S, 1,8 Si, Rest Fe, wurde in bekannter Weise mit 1 % einer Vorlegierung mit 15% Mg und 85% Ni behandelt. Nach dieser Behandlung enthielt die Schmelze etwa 0,05 % Magnesium, was für eine Kugelgraphitbildung bekanntlich völlig ausreicht und 0,85 % Nickel.Micrographs from samples with a wall thickness of 15 mm were assessed. The cast iron melt showed the following final analysis: 3.02 C, 0.59 Mn, 0.70 P, 0.044 S, 2.18 Si, remainder Fe. The table below shows that the cast iron inoculated by the process according to the invention had a purely pearlitic and completely cementite-free basic structure, although the analysis practically did not change as a result of the inoculation. Example 3 inoculating cast iron for the production of cast iron with spheroidal graphite cast iron A having the composition 3.7 C, 0.3 Mn, 0.04 P, 0.02 S, 1.8 Si, balance Fe, was in a known manner with 1 % of a master alloy with 15% Mg and 85% Ni treated. After this treatment, the melt contained about 0.05 % magnesium, which is known to be completely sufficient for spheroidal graphite formation, and 0.85 % nickel.

Diese Schmelze wurde teilweise ungeimpft und teilweise nach dem Einrühren von 0,7% Ferrosilizium zu Proben gleicher Abmessung vergossen, wobei der Abguß in jedem Fall durch einen im Angußtrichter der Formen befindlichen Siebkern erfolgte. Zur Verwendung kamen: a) Siebkerne aus Sand ohne Impfmittelzusatz, b) Siebkerne aus Sand mit einem in der Oberfläche des Siebkernes befindlichen körnigen Ferrosilizium mit 90% und einer Korngröße von 3 bis 7 mm.This melt was partly uninoculated and partly after stirring in 0.7% ferrosilicon to give samples of the same dimensions, the casting in each case being carried out through a sieve core located in the sprue funnel of the molds. The following were used: a) sieve cores made of sand with no added inoculant, b) sieve cores made of sand with a granular ferrosilicon with 90% and a grain size of 3 to 7 mm located in the surface of the sieve core.

Beurteilt wurden Schliffbilder aus Proben mit 15 mm Wanddicke. Aus der folgenden Tabelle sind die vorteilhaften Ergebnisse des vorgeschlagenen Impfverfahrens hinsichtlich der Beseitigung des Zementits im Gußgefüge ersichtlich. Grundgefüge (enthaltend Schmelze Siebkerntyp 90 Oto freien Graphit in Form von Spärolithen) Ungeimpfte Sandsiebkern 50 % Perlit Schmelze 40 1/o Zementit 10 % Ferrit desgl. Sandsiebkern 80 bis 90 % Perlit + FeSi: 90 0 bis 5 l)/o Zementit (in Stücken an 10 bis 20 % Ferrit der Oberfläche) Grundgefüge Schmelze Siebkerntyp (enthaltend 90 ü/o freien Graphit in Form von Sphärolithen) Geimpfte Sandsiebkern 80 bis 90 ofo Perlit Schmelze 5 bis 10 % Zementit 5 bis 10 ü/o Ferrit desgl. Sandsiebkern 60 bis 70 % Perlit + FeSi: 90 (in Stücken an 20 bis 30 % Ferrit derOberfläche) Micrographs from samples with a wall thickness of 15 mm were assessed. The following table shows the advantageous results of the proposed inoculation process with regard to the removal of the cementite in the cast structure. Basic structure (containing Melt screen core type 90 Oto free graphite in shape of Spärolithen) Uninoculated sand screen core 50 % perlite Melt 40 1 / o cementite 10 % ferrite The same sand screen core 80 to 90 % perlite + FeSi: 90 0 to 5 l) / o cementite (in pieces of 10 to 20% ferrite the surface) Basic structure Melt screen core type (containing 90 o / o free graphite in Shape of spherulites) Inoculated sand screen core 80 to 90 ofo perlite Melt 5 to 10 % cementite 5 to 10 % ferrite The same sand screen core 60 to 70 % perlite + FeSi: 90 (in pieces of 20 to 30 % ferrite the surface)

Claims

Claims: 1. A method for inoculating cast iron melts, characterized in that the cast iron melt in the mold is brought into contact with the inoculant molded therein as it flows through the sprue or gate system of the mold or mold.

2. The method according to claim 1, characterized in that an inoculant designed as a molded body is used. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that a molded body consisting entirely or partially of inoculant is used. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that a shaped body designed as a sieve core is used. 5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that known alloys such as silicides of alkaline earth metals, magnesium, zirconium, iron, manganese, nickel or their alloy mixtures are used as inoculants. 6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that an alloy or an alloy mixture is used as the inoculant, which is composed of: 6 to 16% Mg, preferably 9 to 12% Mg, 8 to 20% Fe, preferably 10 up to 15% Fe, 0.2 to 10% Ca, preferably 3 to 5% Ca, the remainder Si, optionally, but not necessarily, copper and / or nickel and / or tin.