DE1250643C2 - Verwendung einer gusseisenlegierung als werkstoff fuer gussbaustuecke mit lamellarer graphitausbildung, hoher zaehigkeit und hoher waermeleitfaehigkeit bzw. hoher verschleissfestigkeit im gusszustand - Google Patents
Verwendung einer gusseisenlegierung als werkstoff fuer gussbaustuecke mit lamellarer graphitausbildung, hoher zaehigkeit und hoher waermeleitfaehigkeit bzw. hoher verschleissfestigkeit im gusszustandInfo
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Description
3 4
Es ist bekannt, daß Grauguß ein verhältnismäßig Gußeisen zu erhalten (GIESSEREI, 1960, S. 719
spröder Werkstoff mit sehr begrenzter Verformbarkeit bis 732). Jedoch ist in dieser Vorveröffentlichung
und sich daraus ergebender enger Verwendbarkeit ist. nichts über die Obergrenze der Verunreinigungen
Dabei hat sich gezeigt, daß das mechanische Ver- und Legierungselemente, insbesondere Schwefel und
sagen von Graugußstücken meistens auf eine plötz- 5 Mangan, und die Höhe des einzustellenden Siliziumliche,
schlagartige Beanspruchung zurückgeführt wer- gehaltes gesagt, um ganz bestimmte Eigenschaften
den kann. Die Schlagzähigkeit eines normalen Grau- zu erreichen.
gusses, gemessen an runden Probestäben von 20 mm Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf
Durchmesser bei 100 mm Auflageentfernung, beträgt einen Gußeisenwerkstoff mit lamellarer Graphitausnämlich
bestenfalls 10 kg/cm* (Schlagarbeit dividiert i0 bildung mit neuen und unerwarteten Eigenschaften
durch das Volumen des Probestabes zwischen den und betrifft die Verwendung einer Gußeisenlegierung,
Auflagen nach dem Vorschlag von A. d e S y). Nach bestehend aus 2,5 bis 3,8 % Kohlenstoff, unter
herrschender Meinung der Fachwelt werden die 0,08 %, vorzugsweise unter 0,04% Phosphor, unter
Eigenschaften des Graugusses weitgehend durch den 0,08 °/o, vorzugsweise unter 0,04 °/o Chrom, unter
in lamellarer Form ausgeschiedenen Graphit be- 15 3 ml/100 g Wasserstoff, unter 0,3 %, vorzugsweise
stimmt, weil beispielsweise bei einem Kohlenstoff- unter 0,15% Mangan, unter 0,03% Schwefel, Rest
gehalt von nur 3 Gewichtsprozent der Graphit etwa Eisen mit niedrigsten Gehalten an Störelementen, wie
10% des Volumens im Grauguß einnimmt. Man Arsen, Bor, Antimon, Blei, Tellur, Selen, sowie
versuchte daher, die Form der Graphitausbildung einem Siliciumgehalt, der um etwa 0,8 % geringer ist
zu verbessern, wobei unter anderem das Gußeisen *>
als bei Gußstücken gleicher Wandstärke aus üblichem mit Kugelgraphit entwickelt wurde. Die Herstellung Gußeisen oder der bis zur Hälfte dieses üblichen SiIivon
Gußeisen mit Kugelgraphit durch Magnesium- ziumgehaltes herabgesetzt ist, wobei das Manganbehandlung
erfordert einen gewissen technischen und Schwefel-Verhältnis größer als 5 :1, vorzugsweise
wirtschaftlichen Aufwand, der bei der Herstellung größer als 7 :1 eingestellt ist, als Werkstoff fur Gu ßvon
Gußeisen mit lamellarer Graphitausbildung »5 stücke mit perlitischem Gefüge und lamellarer Granicht
notwendig ist. phitausbildung, hoher Zähigkeit (gemessen nach JSO-
Es besteht in der Praxis ein Bedürfnis für ein Vorschlag 1197), die gegenüber der von üblichem
graues Gußeisen, das nicht die Eigenschaften des Gußeisen vergleichbarer Zugfestigkeit etwa verdop-Gußeisens
mit Kugelgraphit hat. pelt ist, und hoher Wärmeleitfähigkeit, die gegenüber
Es ist bekannt (USA.-Patentschrift 1908 741), für 30 der einer üblichen Gußeisenlegierung mit vergleichdie
Herstellung von Schalenhartgußteilen eine Grau- barem Graphitgehalt um etwa ein Drittel erhöht ist,
gußlegierune zu verwenden, die 3,25 bis 3,50% im Gußzustand, sowie einer entsprechend zusammen-KohlenstoffT
0,7 bis 0,9% Silizium, nicht mehr als gesetzten Gußeisenlegierung, bei welcher jedoch das
0,2% Schwefel, nicht mehr als 0,6% Phosphor, Mangan-Schwefel-Verhältnis kleiner als 5:1, vornicht
mehr als 1,0% Mangan, Rest Eisen enthalten 35 zugsweise kleiner als 3:1 eingestellt ist, als Werksoll.
Wahlweise kann dieser Legierung noch Chrom stoff für Gußstücke mit perlitischem Gefuge und Iaals
Härter zugefügt werden. Da nach der Vorver- mellarer Graphitausbildung und hoher, durch einen
öffentlichung die Gußstücke eine Weißerstarrung Gehalt von mehr als 1,0 % gebundenem Kohlenstoff
genügender Tiefe in der Schreckzone aufweisen bedingter Verschleißfestigkeit im Gußzustand,
sollen, ist die Anwesenheit von Karbidstabilisatoren 40 Obwohl einerseits aus der Stahlerzeugung bekannt
wie Chrom, Vanadin und insbesondere Mangan not- war, zur Erzielung einer großen Duktilität für ein
wendig. Die Lehre der Vorveröffentlichung, zui Her- möglichst sauberes Ferritgitter Sorge zu tragen,
stellung von weißerstarrenden Schalenhartgußteilen andererseits die Fachwelt aber gerade dem Lamellarmit
gewissei Zähigkeit die offenbarten Grenzen des graphit die Verschlechterung der dynamischen Eigen-Karbid
bildenden und die Weißerstarrung fördernden 45 schäften zuschrieb, wurde überrraschend gefunden,
Mangans sowie der die sonstigen Eigenschaften des daß diese Verschlechterung durch die Graphitlamellen
Hartgusses fördernden Elemente Phosphor und Schwe- **· Einhaltung der beanspruchten Grenzen für die
fe! nicht zu überschreiten, hat noch heute ihre Gültig- Begleitelemente ganz wesentlich verringert wird und
keit, wie aus der einschlägigen Fachliteratur hervor- die erzielten verbesserten Eigenschaften dieses Werkgeht.
Für Schalenhartgußteile sind Mangangehalte 50 $toffes nutzbar gemacht werden,
von 0,8 bis 1,2% und Phosphorgehalte von 0,3 bis Gemäß der Erfindung ist es möglich, Gußstücke
0,4% üblich. Jedoch ist der Vorveröffentlichung »«·« Zihigkeitswerten herzustellen, die bisher für
nicht zu entnehmen, daß bei einem erheblich gerin- praktisch unmöglich gehalten wurden und die den
geren Höchstgehalt an Schwefel, Phosphor, Mangan »***" Grauguß qualitätsmäßig zwischen den bisher
und außerdem an Chrom und Wasserstoff Guß- 55 bekannten Grauguß und den Temperguß einordnen.
stücke mit lamellarer Graphitausbildung besondere, Beispiehwttse können Gußstücke mit Dehnungsbisher
nicht bekannte Eigenschaften aufweisen. werten von mehr als 2% hergestellt werden,1 was
Es ist auch bereits ein sehr reines graues Gußeisen gegenüber dem bisher erreichbaren Dehnungswert
mit lamellarer Graphitausbildung bekannt (Foundry von etwa 0,7% einer etwa dreifachen Verbesserung
Trade Journal, 1929, S. 79 bis 83), das niedrige 60 entspricht. Neben diesen Vorteilen weist die erfin-Gehalte
an Mangan und Schwefel aufweist, bei dem dungsgemiß zu verwendende Gußeisenlegierung auch
es sich aber wegen seines üblichen hohen Silizium- die guten gießtechnischen Eigenschaften des normalen
gehaltes um ein normales Gußeisen mit üblichen Gußeisens auf. Darüber hinaus gelingt es aber auch,
mechanischen Eigenschaften handelt. durch Einhaltung der beanspruchten Grenzen der
Es ist schließlich vorveröffentlicht, daß zur Her- S3 Komponenten der erfindungsgemäßen Gußeisenlegiestellung
von grauem Gußeisen mit lamellarer Graphit- "»"g Werkstücke hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher
ausbildung auf eine besonders reine Grundmasse Zihigkeit herzustellen. Eine möglichst hohe Wärmegeachtet
werden sollte, um ein qualitativ besseres leitfähigkeit ist für solche Werkstücke wünschenswert
5 6
und wichtig, die rasch und ungleichmäßig aufgeheizt merklich tiefer als bei einem normal erzeugten Grauoder
abgekühlt werden und in denen dadurch Span- guß. Man könnte daher die Befürchtung haben, die
nungen hervorgerufen werden können. Die bei Eisen- günstigen gicßtcchnischen Eigenschaften wurden dawerkstoffen
theoretisch erreichbare maximale Wärme- durch nicht unerheblich verschlechtert. Versuche
leitfähigkeit des reinen Eisens von etwa 0,174 bis 5 haben aber gezeigt, daß eine solche Befürchtung
0,190 cal/cm · see · CC wird in der Praxis nicht nicht zutrifft. Die bei der Erstarrung ausgeschiedene '
erreicht, da technisches Gußeisen neben Kohlenstoff Graphitmenge ist in beiden Fällen ungefähr die gleiche,
immer wechselnde Mengen an insbesondere Mangan Zwischen den erfindungsgemäß einzuhaltenden nied-
und Silizium, ferner Schwefel, Phosphor usw. enthält, rigen Mangan- und Siliziumgehalten besteht insofern
welche Elemente die Wärmeleitfähigkeit auf all- l0 ein Zusammenhang, als Mangan bekanntlich die
gemeine Werte von 0,09 bis 0,12 cal/cm · see · CC Karbidstabilität, d. h. die Gefahr der Weißerstarrung
herabsetzen. Mit der erfindungsgemäß zu verwen- im ganzen Gußstück oder mindestens an den Kanten
dcnden Gußeisenlegierung hoher Reinheit werden erhöht. Deshalb wird diese Wirkung des Manganjedoch
an Gußstücken aus zähem Grauguß Werte gehaltes üblicherweise durch einen entsprechend
der Wärmeleitfähigkeit von 0,145 bis 0,165 cal/cm · l5 gesteigerten Siliziumzusatz kompensiert. Im Verein
see · "C erreicht, die bisher bei Gußeisen für unmög- mit der schon geforderten Reinheit der Schmelze
lieh gehalten wurden. — gemeint sind Eisenbegleiter, Legierungsbestandteile
Es ist allgemein bekannt, daß ein höherer Mangan- und Störelemente — gestattet aber erst ein niedriger
gehalt die plastische Verformbai keit des Graugusses Mangangehalt, den Siliziumgehalt ohne Beeinträchtibeeinträchtigt.
Beim perlitischen Grauguß kommt M gung der Graphitisieiungstendenz auf den erfindungsdas
nur bedingt zum Vorschein, da ein großer Anteil gemäß niedrigen Gehalt zu senken und damit die
des Mangans karbidisch im Zementit gebunden ist. Zähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit des Gußstückes
Dagegen wird dieser Einfluß besonders deutlich, zu steigern.
wenn das Mangan im Ferrit vollkommen gelöst ist, Aus der Literatur eigibt sich eindeutig, daß ein
wie dies beim ferritisch geglühten Grauguß vor- 35 Mangangehalt unter 0,5% für handelsüblichen Graukommt.
Die Anwesenheit des Mangans im Ferrit- guß nicht gebräuchlich ist und — was vielleicht
gitter verursacht eine Verzerrung, deren Auswirkung noch ausschlaggebender ist — daß man die Herabauf
die Plastizität viel ausgeprägter ist, als man bis setzung des Mangangehaltes als für die Verbesserung
jetzt angenommen hat. Aus »Hütte«, Taschenbuch der Eigenschaften von Grauguß, insbesondere zur
für Eisenhüttenleute, 5. Auflage (1961), S. 3, kann 30 Erzielung eines zähen Graugusses maßgebend nicht
entnommen werden, daß die Gitterkonstante der erkannt hat. Vielmehr war man offensichtlich der
kubisch raumzentrierten ^-Eisen 2,87A (<910°) Meinung, daß ein Mangangehalt unter 0,5°/o oder
beträgt gegenüber 8,91 A für das kubisch zentrierte gar noch unter 0,25 °/o nicht nur keine Vorteile,
«-Mangan (<727°). sondern sogar Nachteile für die Beschaffenheit des
Silizium bildet mit Eisen spröde Mischkristalle 35 Gefüges mit sich bringen könnte. Die Überwindung
und beeinträchtigt dadurch die plastische Verform- dieses technischen Vorurteils ist eines der wesentlichsten
barkeit, im Hinblick auf die Erzeugung von Guß- Verdienste der vorliegenden Erfindung,
eisen mit hoher Zähigkeit sind deshalb erfindungs- Nach diesen Ausführungen könnte man nun folgein,
eisen mit hoher Zähigkeit sind deshalb erfindungs- Nach diesen Ausführungen könnte man nun folgein,
gemäß Siliziumgehalte einzuhalten, die um 0,8 °/0 daß man den Mangangehalt soweit als möglich
bis zur Hälfte des bei Gußstücken mit gleicher Wand- 40 senken oder ihn noch besser ganz vermeiden sollte,
stärke aus üblichem Gußeisen notwendigen Silizium- was jedoch deshalb nicht möglich ist, weil das Mangan
gehaltes herabgesetzt sind. Aus der graphischen Dar- die Aufgabe hat, den vorhandenen Schwefel ganz
stellung, die als nachgebrachte Erläuterung hier oder teilweise zu binden, da er einen überaus starken
angeführt sei und auf deren Koordinaten die Silizium- Karbidstabilisator darstellt,
gehalte des zähen und des normalen Graugusses 45 Bekannt ist die Regel:
aufgetragen sind, ergibt sich, in welcher Weise erfindungsgemäß der Siliziumwert in dem Gußstück aus », „, Λ ~c , Λ ~ c . - ,„,
zähem Grauguß einzustellen ist. Im Diagramm ver- Mangan% = 0,25 + 1,7 · Schwefel·/.,
anschaulicht Gerade II den gegenüber einem normalen Gußeisen (Gerade I) um die Hälfte erniedrigten j0 die aus der Arbeitsweise der Graugußerschmelzung Siliziumgehalt, während Gerade III den um 0,8% im Kupolofen hergeleitet wurde. Es wurde gefunden, des normalen Siliziumwertes erniedrigten Silizium- daß für die Herstellung von zähem Grauguß ein gehalt des zähen Graugusses anzeigt. Das Diagramm anderer Zusammenhang zwischen dem Mangan- und verdeutlicht, daß bis zu einem Wert von etwa 1,6% Schwefelgehalt besteht und daß insbesondere die Silizium bei normalem Gußeisen der zähe Grauguß 55 Herstellung von zähem Grauguß nicht an diese einen um mindestens die Hälfte niedrigeren Silizium- Formel gebunden ist. Die Zähigkeit des Gusses bei gehalt und oberhalb etwa 1,6% einen um mindestens der erfindungsgemäßen Verwendung der Eisenlegie- 0,8·/· erniedrigten Siliziumgehalt aufweist. rung ist dann am größten, wenn hierin das Mangan-Wie hoch im einzelnen Fall der absolute Silizium- Schwefel-Verhältnis größer als 5:1, voizugsweise gehalt des Gußstückes aus normalem Grauguß ein-60 größer als 7:1 eingestellt ist.
gehalte des zähen und des normalen Graugusses 45 Bekannt ist die Regel:
aufgetragen sind, ergibt sich, in welcher Weise erfindungsgemäß der Siliziumwert in dem Gußstück aus », „, Λ ~c , Λ ~ c . - ,„,
zähem Grauguß einzustellen ist. Im Diagramm ver- Mangan% = 0,25 + 1,7 · Schwefel·/.,
anschaulicht Gerade II den gegenüber einem normalen Gußeisen (Gerade I) um die Hälfte erniedrigten j0 die aus der Arbeitsweise der Graugußerschmelzung Siliziumgehalt, während Gerade III den um 0,8% im Kupolofen hergeleitet wurde. Es wurde gefunden, des normalen Siliziumwertes erniedrigten Silizium- daß für die Herstellung von zähem Grauguß ein gehalt des zähen Graugusses anzeigt. Das Diagramm anderer Zusammenhang zwischen dem Mangan- und verdeutlicht, daß bis zu einem Wert von etwa 1,6% Schwefelgehalt besteht und daß insbesondere die Silizium bei normalem Gußeisen der zähe Grauguß 55 Herstellung von zähem Grauguß nicht an diese einen um mindestens die Hälfte niedrigeren Silizium- Formel gebunden ist. Die Zähigkeit des Gusses bei gehalt und oberhalb etwa 1,6% einen um mindestens der erfindungsgemäßen Verwendung der Eisenlegie- 0,8·/· erniedrigten Siliziumgehalt aufweist. rung ist dann am größten, wenn hierin das Mangan-Wie hoch im einzelnen Fall der absolute Silizium- Schwefel-Verhältnis größer als 5:1, voizugsweise gehalt des Gußstückes aus normalem Grauguß ein-60 größer als 7:1 eingestellt ist.
gestellt werden muß, ist dem Gießereifachmann Es wurde weiterhin gefunden, daß die Einstellung
geläufig, wobei vor allem dieser Gehalt auch von eines Mangan-Schwefel-Verhältnisses von kleiner als
der Wandstärke des Gußteiles abhängig ist. Hieraus 5:1. vorzugsweise kleiner als 3:1 zur Herstellung
ergibt sich, wie im Einzelfall bei zähem Grauguß eines Graugusses verwendet werden kann, dessen
der Siliziumgehalt einzustellen ist. e5 Zähigkeit zwar auch über derjenigen des normalen
Infolge des beanspruchten niedrigen Siliziumgehaltes Graugusses liegt, der daneben aber eine erhöhte
liegt der eutektische Sättigungsgrad eines für ein Verschleißfestigkeit und Härtbarkeit bei gleichzeitiger
bestimmtes Gußstück vorgesehenen zähen Graugusses guter Bearbeitbarkeit aufweist.
Bei den ausgedehnten Versuchen des Erfinders ist aber möglich, einen zähen Grauguß zu erzeugen,
wurde nämlich festgestellt, daß ein Teil aller abge- der statt beispielsweise 1,0% Si einen Gehalt von
gossenen Proben aus zähem Grauguß einen Gehalt etwa 2,4% Ni und nur 0,2% Si aufweist,
an gebundenem Kohlenstoff von mehr als 1%, Als Verfahren für die metallurgische Erzeugung
meist bis 1,4% enthielt. Überraschenderweise 5 der erfindungsgemäß zu verwendenden Gußeisenwaren die Proben im Bruchaussehen und Schliff bild legierung sind beispielsweise die bei der Stahlerzeugung
nicht meliert, sondern grau, was einem Gehalt an diesem Zweck dienenden Verfahren anwendbar,
gebundenem Kohlenstoff von maximal 0,8% ent- wobei entsprechend der Eigenart des Gußeisens der
sprachen hätte. Diesem erhöhten Gehalt an gebun- Kohlenstoff und das Silizium nicht als Störelemente
denem Kohlenstoff sind die erwähnten unerwarteten io betrachtet werden dürfen.
Eigenschaften zuzuschreiben. Der Erfinder hat die Man kann beispielsweise von einem flüssigen,
Zusammenhänge untersucht und gefunden, daß allein speziell für den Zweck vorliegender Erfindung geeigdas Mn-S-Verhältnis dafür maßgebend ist. neten Roheisen ausgehen und es in einem geeigneten
Es besteht auch die Möglichkeit, den Schwefelgehalt Ofen (Schlackendecke) auf die gewünschte Endanalyse
durch Bindung an andere Elemente unschädlich zu 15 korrigieren. Man kann ein gas- und schwefelarmes
machen, wodurch wiederum eine weitere Herabsetzung und möglichst vom anhaftenden Rost befreites Rohdes Mangangehaltes möglich ist. In diesem Fall, eisen mit geringen Gehalten an Mangan und an Chrom
d. h. also, sobald der Schwefel an andere Elemente in einem geeigneten sauer, besser aber basisch ausgebunden ist, geben die gefundenen Analysenwerte gekleideten Ofen umschmelzen, wobei dafür zu
nicht mehr das wirklich vorhandene Mn-S-Verhältnis 20 sorgen ist, daß die Schmelze zur Vermeidung einer
wieder. In diesem Fall eatsprechen Gußeisenlegie- Wasserstoffaufnahme nicht in Berührung mit Wasserrungen, deren Analyse ein Mn-S-Verhältnis unter dampf kommen kann (Uberdeckung mit einer kom-5:1 aufweist, noch solchen mit dem Verhältnis von pakten, dünnflüssigen Schlacke, Verwendung einer
über 5:1, sie sind also auch Gußeisenlegierungen dicht schließenden Haube usw.). Nötigenfalls muß
mit maximaler Zähigkeit (Beispiel 5). 25 der Wasserstoffgehalt durch geeignete Verfahren
Es ist auch möglich, die Eigenschaften des zähen (Spülgasbehandlung, Frischprozeß, Vakuumbehand-Graugusses durch Legierungselemente noch zu stei- lung usw.) herabgesetzt werden,
gern. Für die Auswahl solcher Elemente gelten, Man kann auch von einem vorzugsweise im basisch
neben wirtschaftlichen Gesichtspunkten, aber fol- ausgekleideten Herd oder Tiegel gefrischten, gasgende Forderungen: 30 und manganarmen Stahl mit nachfolgender Auf
kohlung und Aufsilizierung ausgehen, wobei eine Wasserstoffaufnahme vermieden werden muß.
a) Das Element darf keine oder nur eine schwache Man kann ebenfalls von einem normal erzeugten
karbidstabilisierende Wirkung haben, weil sonst flüssigen Grauguß mit möglichst tiefen Gehatten an
der Si-Gehalt erhöht werden müßte. 35 Phosphor, Chrom und Schwefel (Entschwefelung,
b) Das Element soll auch im festen Zustand im wcnn notwendig) ausgehen und diesen in einem
Bereich seiner Anwendung im Eisen vollkommen vorzugsweise sauren Konverter oder Tiegel mit
löslich sein, ohne eine Verbindung zu bilden, möglichst trockenem Wind bzw. Sauerstoff verblasen.
und eine dem Eisen (1,87A) ähnliche Gitter- Nach einer ßlasezeit von wenigen Minuten beobkonstante besitzen, damit eine Verzerrung des 40 achtet man nicht nur eine weitgehende Entgasung,
Ferritgitters weitgehendst vermieden wird. sondern ebenfalls ein Herausbrennen des Mangans
c) Das Element soll mit Kohlenstoff keine Ver- bis auf die gewünschte Höhe. Falls erforderlich,
bindung eingehen. werden Kohlungsmittel, vorzugsweise Bruchstücke
von Graphitelektroden, in solchen Mengen zugesetzt,
der Festigkeit (30 bis 35 kg/mm2) bei gleichzeitiger menge entsteht.
maximaler Zähigkeit (Schlagmodul > 20 kgcm/cm3) 5° Der bekannte Grauguß neigt dazu, beim raschen
im geglühten Zustand durch Legieren mit 0,5 bis Abkühlen an besonders kritischen Stellen, wie Kanten
1% Ni und/oder 0,5 bis 1% Mo erreichen lassen. und Spitzen, weiß zu erstarren. Diesem »Weißwerden«
Eine Zugabe von 0,2 bis 0,6% Mo dürfte außeidem wird in bekannter Weise durch eine Impfbehandlung
bei hitzebeanspruchten Gußteilen empfehlenswert mit CaSi oder anderen handelsüblichen Impfmitteln
sein, wo man gute Wärmeleitfähigkeit mit Zähigkeit 55 entgegengewirkt. Die gleiche Behandlung kann auch
verbinden will und außerdem eine gesteigerte Warm- für die Gußstücke nach der vorliegenden Erfindung
festigkeit haben möchte. verwendet werden. Eine derartige Impfbehandlung
Die Verwendung einer Gußeisenlegierung erfin- kann vorzugsweise auch dazu benutzt werden, um
dungsgemäßer Zusammensetzung, in der aber der im erfindungsgemäßen Bereich besonders niedrige
Siliziumgehalt weitgehend durch Nickel ersetzt ist, 6o Siliziumendgehalte von Gußeisenlegierungen einzuist aus folgender Überlegung vorteilhaft: Zur Grau- stellen. Hierbei wird in eine praktisch siliziumfreie
erstarrung von zähem Grauguß benötigt man eine Gußeisenlegierung der gewünschte Siliziumwert durch
gewisse, wenn auch gegenüber normalem Grauguß den Siliziumgehalt des Impfmittels über die Impfgeringere Mengen Silizium. Silizium versprödet jedoch behandlung, eingebracht. Würde in einem solchen
schon in geringeren Mengen als Eisen, es hat eine 65 Fall der Siliziumendwert von vornherein in der
Gitterkonstante von 5,43 A. Die Grauerstarrung wird Gußeisenlegierung eingestellt und nicht über die
aber auch durch Nickel gefördert, wenn auch nur Impfbehandlung eingebracht, besteht die Gefahr, daß
etwa ein Drittel so intensiv wie durch Silizium. Es das Gußstück gleicher Zusammensetzung weiß erstarrt.
An Hand der nachstehenden Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Zunächst sollen die Eigenschaften eines gemäß der Erfindung erzeugten zähen Graugusses im Gußzustand
angegeben werden. Dieser Legierung nach-
10
stehender Analyse ist ein handelsübliches Impfmittel zugesetzt worden.
Om den deutlichen Unterschied zwischen zähem und normalem Grauguß hervorzuheben, wird zum
Vergleich ein niedriggekohlter, legierter Grauguß angegebener Analyse mit besonders guten mechanischen
Eigenschaften gegenübergestellt.
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | Sc | |
| Zäher Grauguß, ·/· Normaler Grauguß, % |
2,92 2,98 |
0,95 1,92 |
0,12
1,03 |
0,04
0,18 |
0,02 0,07 |
0,03 0,09 |
0,06
0,38 |
0,59 | 0,745 0,834 |
Im Gußzustand sind in beiden Fällen folgende Eigenschaften an Probestäben von 30 mm Durchmesser
gemessen worden.
Glühtemperatur, 0C
Zugfestigkeit, kg/mm2
Brinellhärte, kg/mm2
Elastizitätsmodul, Γ/mm2 » = B:E0X
Qi = RG:D
Schlagmodul, kgcm/cm3
Biegeversuch (Probestab von 20 mm Durchmesser bei 400 mm Auflageentfernung) .
Biegefestigkeit, kg/mm2 ... Totale Durchbiegung, mm
Plastische Durchbiegung,
mm
Totale Brucharbeit,
kgm/cm2
Plastische Brucharbeit,
kgm/cm2
Normaler Grauguß
39,8 262 13,4 1,14 1,07 8,5
70,9 11,3
4,2 48,8 23,6
Zäher Grauguß Rundstäben von 30 mm Durchmesser vollkommen grau:
37,8 218
13,8 1,25 1,12
14,1
71,0 18,0
11,1 89,0 64,5
| *~· /o | Si, Vo | Mn1 ·/. | P. 7. | S, 7. | Härte HB |
| 25 3,42 3,29 3,45 |
0,55 0.23 0.31 |
0,106 0,11 0,11 |
0,05 0,03 0,03 |
0,01 0.02 0,02 |
193 215 215 |
35 Ohne Impfbehandlung würde die Gußeisenlegierung bei gleichem Siliziumendgehalt weiß erstarren.
Werden derartige Stäbe aus normalem Gußeisen gegossen, so erstarren sie weiß, selbst wenn dieses
geimpft ist.
Ein Vergleich von Analysen zum Abguß von Kesselgüedern mit 6 bis 8 mm Wanddicke ergibt
folgendes Bild:
40
45
Aus diesem Vergleich geht hervor, daß zäher Grauguß gemäß der Erfindung nicht durch Zugfestigkeit,
Härte und Elastizitätsmodul besonders charakterisiert ist, sondern durch seine dynamische so
und statische Brucharbeit sowie seinen Schlagmodul, dessen Werte bis 2,5mal höher als die eines handelsüblichen
Graugusses guter Qualität sind.
| Gußsorte | C | Si | Mn | P | crt | Sc |
| Normaler Grauguß, °/0 Zäher Grau guß, % ■·■· |
3,62 3,30 |
1,80 1,03 |
0,70 0,11 |
0,26 0,02 |
0,07 0,01 |
1,00 0,84 |
Folgende Legierung aus zähem Grauguß erstarrte infolge einer Impfbehandlung beim Abguß von
55 Die Kesselglieder aus zähem Grauguß waren völlig grau erstarrt und dicht. Die Untersuchung der Kesselglieder
hat ergeben, daß die plastische Verformbarkeit und die Biuchgrenze ein Mehrfaches der Kesselglieder
aus normalem Grauguß betragen.
B e i s ρ i e ! 4
Es wurde Kochgeschirr mit 2 bis 4 mm Wanddicke, das später emailliert wird, aus zähem Grauguß
gegossen. Ein Vergleich der Analysen ergibt folgendes Bild:
| Gußsorte | C | Si | Mn | P | S | Sc |
| Normaler Grauguß, % .. Zäher Grauguß, % |
3,4 bis 3,5 3,5 bis 3,6 |
2,6 bis 2,8 1,6 bis 1,8 |
0,4 bis 0,5 etwa 0,15 |
0,4 bis 0,6 etwa 0,03 |
<0.1 etwa 0,02 |
1,02 bis 1,07 0,94 bis 0,98 |
Bei normalem Gußeisen ist es nicht möglich, mit so tiefem Si-Gehalt zu arbeiten. Das Geschirr aus
zähem Grauguß ließ sich vorzüglich emaillieren.
Ähnliche Ergebnisse brachten auch Versuche bei der Herstellung von Rohren.
Den nachstehenden Versuchsergebnissen ist zu entnehmen, daß es bei zähem Grauguß möglich ist, den
Schwefel über eine Impfbehandlung mit speziellen Impfmitteln an andere Elemente als Mangan zu
binden. Bei zähem Grauguß entspricht ein hohes Verhältnis von Mangan zu Schwefel einem niedrigen
Gehalt an gebundenem Kohlenstoff und ein niedriges Mn-S-Verhältnis (<5:1) einem hohen Gehalt an
gebundenem Kohlenstoff.
Daher können aus dem Gehalt an gebundenem Kohlenstoff Rückschlüsse auf das tatsächlich vorliegende
Mn-S-Verhältnis gezogen werden. Das heißt, wenn in den Beispielen einer Impfung mit Spezialimpfmitteln
der analytisch erfaßte Gesamtschwefel nicht nur an Mangan, sondern auch an Magnesium
bzw. Seltene Erdmetalle gebunden ist, entsprechen auch die niedrigen Gehalte an gebundenem Kohlenstoff
einem hohen Verhältnis von Mangan zu Schwefel.
Es liegt also auch hier ein Gußeisen hoher Zähigkeit vor.
(a) Es wurde geimpft mit CaSi (normale Impfung); das Ergebnis war folgendes:
Die Erzeugung von Grauguß setzt aber die Anwesenheit
von Silizium voraus. Auch ein gewisser Mangangehalt wurde bisher für erforderlich gehalten.
Eine willkürliche Senkung des Siliziumgehaltes ist jedoch nicht möglich, da die Gußstücke sonst zu
hart anfallen, so daß man sich bisher mit Werten der Wärmeleitfähigkeit von 0,09 bisO,12cal/cm · sec-°C
beg .ügen mußte.
Markante Beispiele für die Nutzanwendung der verbesserte! Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäß
zu verwendenden Gußeisenlegierung in Verbindung mit der dem zähen Grauguß eigenen, gegenüber
nor.ralem Gußeisen ungewöhnlichen Zähigkeit bilden Stahlwerkskokilien und Walzwerkswalzen. Die hohe
J5 Wärmeleitfähigkeit des zähen Graugusses vermindert
die Entstehung thermischer Spannungen, und die gute Zähigkeit reicht aus, die noch entstehenden
Spannurgen abzubauen, ohne jedoch so groß zu sein, daß eine Gestaltsänderung zu befürchten ist.
ao Während Stahlwerkskokillen normalerweise etwa
| folgende Analyse haben: | Si, % | Mn, ·/. | P, 7. | s,·/. |
| C, ·/. | 1,5/2.2 | 0,5/1,2 | 0,15 | 0,10 |
| »5 3,2/3,8 |
werden sie aus zähem Grauguß mit folgender Zusammensetzung abgegossen:
Impfung
Normal, °/o
Normal, %
Normal, %
3,30
3,23
3,23
Si
1,15
1,07
1,07
Mn
0,145 0,067
0,03 0,03
0,015 0,016
geb. C
0,67 1,24
| C, ·/, | Si, ·/. | Mn, ·/. | P.·/. | s.·/. |
| 3,2/3,8 | 0,3/0.8 | <0,3 (vorzugs weise < 0,15) |
< 0,08 (vorzugs weise <0,04) |
<0,03 |
An derartigen Werkstücken aus zähem Grauguß
(b) Wiederum mit CaSi geimpft; das Ergebnis war werden Werte der Wärmeleitfähigkeit von 0,145 bis
folgendes: 40 0,165 cal/cm · see · CC gemessen, die bei Gußeisen
bisher für unmöglich gehalten wurden.
| Impfung | C | Si | Mn | P | S | geb. C |
| Normal, °/0 Normal, % |
3,56 3,56 |
1,49 1,07 |
0,127 0,089 |
0,06 0,06 |
0,014 0,018 |
0,57 1,04 |
Bei der Verwendung von Gußeisen als Werkstoff für wärmebeanspruchte Teile spielt dessen Wärmeleitfähigkeit
eine große Rolle. Die in technischem Gußeisen enthaltenen wechselnden Mengen an Silizium,
Mangan, Phosphor, Schwefel usw. führen zu einer Verminderung der Wärmeleitfähigkeit. Von
diesen Elementen interessieren besonders Silizium und Mangan. Setzt man die Wärmeleitfähigkeit des
reinen Eisens gleich 100, so beträgt sie bei Vorhandensein von Silizium und Mangan je nach Konzentration
nur noch folgenden Bruchteil:
Nachstehend wird eine Gußeisenlegierung vor und nach der Impfung angegeben, in der ein höherer
Nickelgehalt und daiür niedrigerer Siliziumgehalt vorgesehen ist. Die Aufstellung zeigt die ausgezeichneten
mechanischen Eigenschaften im Gußzustand.
| Probe | C | Si | Mn | P | S | Ni |
| Ausgangs- 55 schmelze, */0 |
3,26 3,25 |
0,04 0,19 |
0,165 0,219 |
0,03 0,03 |
0,011 0,011 |
2,24 2,22 |
| Nach Impfung, |
| Konzentration | Silizium | Mangan |
| 0 | 100 | 100 |
| 0,5 | 65 | 85 |
| 1,0 | 50 | 75 |
| 1,5 | 42 | |
| 2,0 | 37 | — |
Mechanische Eigenschaften im Gußzustand
Zugfestigkeit, kg/mm* 33,0
Totale Durchbiegung, mm 19,6
Plastische Durchbiegung, mm 13,4
Schlagmodul, kgcm/cm3 13,8
Claims (3)
1. Verwendung einer Gußeisenlegierung, bestehend aus 2,5 bis 3,8 % Kohlenstoff, unter
0,08 °/(>, vorzugsweise unter 0,04 % Phosphor, unter 0,08%, vorzugsweise unter 0,04% Chrom,
unter 3 ml/100 g Wasserstoff, unter 0,3%, vorzugsweise
unter 0,15% Mangan, unter 0,03% Schwefel, Rest Eisen mit niedrigsten Gehalten an
Störelementen, wie Arsen, Bor, Antimon, Blei, Tellur, Selen, sowie mit einem Siüziumgehalt, der
um etwa 0,8 % geringer ist als bei Gußstücken gleicher Wandstärke aus üblichen1. Gußeisen oder
der bis zur Hälfte dieses üblichen SiliziumgehaJtes
herabgesetzt ist, wobei das Mangan-Schwefel-Verhäitnis größer als 5:1, vorzugsweise größer
als 7:1 eingestellt ist, als Werkstoff für Gußstücke mit perlitischem Gefüge und lamellarer
Graphitausbildung hoher Zähigkeit (gemessen nach JSO-Vorschlag 1197), die gegenüber der
von üblichem Gußeisen vergleichbarer Zugfestigkeit etwa verdoppelt ist, und hoher Wärmeleitfähigkeit,
die gegenüber der einer üblichen Gußeisenlegierung mit vergleichbarem Graphitgehalt g5
um etwa ein Drittel erhöht ist, im Gußzustand.
2. Verwendung einer Gußeisenlegierung, bestehend aus 2;5 bis 3,8% Kohlenstoff, unier
0,08 %, vorzugsweise unter 0,04 % Phosphor, unter 0,08%, vorzugsweise unter 0,04% Chrom,
unter 3 ml/100 g Wasserstoff, unter 0,3 %, vorzugsweise unter 0,15% Mangan, unter 0,03%
Schwefel, Rest Eisen mit niedrigsten Gehalten an Störelementeri, wie Arsen, Bor, Antimon, Blei,
Tellur, Selen, sowie mit einem Siüziumgehalt, der um etwa 0,8 % geringer ist als bei Gußstücken
gleicher Wandstärke aus üblichem Gußeisen oder der bis zur Hälfte dieses üblichen Siliziumgehaltes
herabgesetzt ist, wobei das Mangan-Schwetel-Verhältms kleiner als 5:1, vorzugsweise kleiner als
:1 eingestellt ist, als Werkstorf für Gußstücke mit perlitischem Gefüge und lamellarer Graphitausbildung
und hoher, durch einen Gehalt von mehr als 1,0% gebundenem Kohlenstoff bedingter
Verschleißfestigkeit im Gußzustand.
3. Verwendung einer Gußeisenlegierung nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei zur Erhöhung
der Festigkeit weitere Legierungselemente, wie Nickel, Molybdän, Kupfer oder Kobalt, der Gußeisenlegierung
zugesetzt sind, für den in Anspruch 1 oder Anspruch 2 genannten Zweck,
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH1489163 | 1963-12-04 |
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|---|---|
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