DE1270291B

DE1270291B - Additional alloy for cast iron

Info

Publication number: DE1270291B
Application number: DEP1270A
Authority: DE
Inventors: George B Newitt
Original assignee: Alloy Metal Products Inc
Current assignee: Alloy Metal Products Inc
Priority date: 1964-11-09
Filing date: 1965-10-07
Publication date: 1968-06-12

Description

Zusatzlegierung für Gußeisen Die Erfindung bezieht sich auf eine Legierung als Zusatzmittel zur Behandlung geschmolzenen Gußeisens vor dem Gießen, wodurch Gußstücke mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden, insbesondere dadurch, daß dem im Gußeisen enthaltenen Graphit eine sphärolitische Gestalt verliehen wird.Additive alloy for cast iron The invention relates to an alloy as an additive for treating molten cast iron prior to casting, whereby Castings with improved properties are obtained, in particular by that the graphite contained in cast iron is given a spherical shape.

Es ist bekannt, daß Kohlenstoff im Gußeisen, sofern er als Graphit vorliegt, in schuppenförmiger oder in sphärolitischer Form auftreten kann. Liegt der Graphit in Schuppenform vor, entstehen im Gefüge des Gußeisens geschwächte Bereiche, wodurch das Gußeisen eine erheblich verringerte Zugfestigkeit, verringerte Wechselfestigkeit und Duktilität erhält. Hat der Graphit sphärolitische Form, erhält man ein Gefüge, bei dem die nachteilige Kerbwirkung des schuppenförmigen Graphits eliminiert ist.It is known that carbon is present in cast iron, provided it is graphite is present, can occur in flaky or spherulitic form. Lies the graphite in flake form, weakened areas arise in the structure of the cast iron, whereby the cast iron has a considerably reduced tensile strength, reduced fatigue strength and maintains ductility. If the graphite has a spherical shape, a structure is obtained in which the disadvantageous notch effect of the flaky graphite is eliminated.

Es ist schließlich bekannt, daß das Impfen geschmolzenen Gußeisens durch Silizium die Graphitbildung des im Eisen anwesenden Kohlenstoffes unterstützt, d. h. eine Reaktion zwischen dem Kohlenstoff und dem Eisen, durch die sich Karbide bilden könnten, welche das Eisen hart, spröde und schwer zu bearbeiten machen, verhindert wird. Es ist außerdem bekannt, daß durch eine gute Impfung das Schrumpfen des Gußeisens beim Abkühlen nach dem Gießen auf ein Minimum verringert wird.Finally, it is known that inoculation of molten cast iron supports the graphite formation of the carbon present in the iron through silicon, d. H. a reaction between the carbon and the iron that causes carbides which makes the iron hard, brittle and difficult to work with will. It is also known that good inoculation reduces the shrinkage of cast iron is reduced to a minimum on cooling after casting.

Es ist auch bekannt, daß sich sphärolitischer Graphit im Eisen bildet, wenn man der Eisenschmelze Magnesium zusetzt. Der Versuch, geschmolzenem Eisen Magnesium zuzusetzen, bewirkt aber heftige Explosionen, weil der Siedepunkt des Magnesiums unterhalb der Temperatur der Eisenschmelzen liegt. Um Magnesium erfolgreich in geschmolzenes Eisen einführen zu können, sind verschiedene Versuche mit Magnesiumlegierungen gemacht worden, so daß bei der Zugabe zum geschmolzenen Eisen keine explosive Verdampfung auftritt. In der USA.-Patentschrift 2 675 308 sind eine Anzahl von Versuchen für die Verwendung von Magnesium als Zusatzmittel zur Erzeugung sphärolitischen Graphits im Gußeisen beschrieben. Die USA.-Patentschrift 2563 859 beschreibt eine Speziallegierung aus Nickel, Magnesium und Silizium, die bei der Zugabe zu geschmolzenem Eisen ein Gußeisen ergibt, in dem der Graphit in geballter oder sphärolitischer Form vorliegen soll. Die dort beschriebene Legierung umfaßt etwa 32 bis etwa 50 % Silizium, ungefähr 12 bis 20 % Magnesium und bis zu etwa 12 % Eisen. Der Rest besteht dabei im wesentlichen aus Nickel.It is also known that spherical graphite forms in iron, when magnesium is added to the molten iron. Trying to Molten Iron Magnesium Adding it causes violent explosions because of the boiling point of magnesium is below the temperature of the iron melt. To succeed in molten magnesium Various attempts have been made with magnesium alloys to be able to introduce iron so that when it is added to the molten iron, there is no explosive vaporization occurs. U.S. Patent 2,675,308 discloses a number of attempts for the use of magnesium as an additive for the production of spherical graphite described in cast iron. U.S. Patent 2563 859 describes a special alloy made up of nickel, magnesium and silicon, which when added to molten iron Cast iron results in which the graphite is present in a clumped or spherical form target. The alloy described therein comprises from about 32 to about 50 percent silicon, approximately 12 to 20% magnesium and up to about 12% iron. The rest essentially consists of it made of nickel.

Obgleich eine derartige Legierung tatsächlich im gewissen Umfang sphärolitischen Graphit hervorbringt und die Gefahr der Zugabe elementaren Magnesiums zu den Eisenschmelzen beseitigt, besteht dennoch das Problem des Schrumpfens des Eisens in der Form beim Abkühlen fort und auch das Problem der Erzeugung sphärolitischen Graphits in größerem Umfang, wodurch das Eisen entsprechend bessere Festigkeitseigenschaften erhält.Although such an alloy is actually spherulitic to a certain extent Graphite produces and the risk of adding elemental magnesium to the iron melts eliminated, there is still the problem of iron shrinkage in the mold Cooling continued and also the problem of producing spherical graphite in larger quantities Scope, which gives the iron correspondingly better strength properties.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Impfzusatzes für Gußeisen, der dessen Eigenschaften weiter verbessert und die noch vorhandenen Nachteile der oben geschilderten Art im wesentlichen beseitigt.The object of the present invention is therefore to create a vaccine additive for cast iron, which further improves its properties and those that still exist Disadvantages of the type described above are essentially eliminated.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Legierung, die 20% Silizium, 50% Nickel, 15% Eisen und als Rest Magnesium enthält. Durch eine solche Legierung erhält man ein Gußeisen, welches einen Magnesium-Gehalt von 0,02 bis 0,05 % besitzt und ein Gefüge aufweist mit einer sehr großen Menge sphärolitischen Graphits, wobei das Gußeisen kaum oder überhaupt kein Schrumpfen beim Abkühlen zeigt. Es ist wichtig, daß das Silizium in der Legierung nicht mehr als 20 % ausmacht. Außerdem wurde gefunden; daß bei der Verwendung einer solchen Legierung der durch das Magnesium gebildete sphärolitische Gra: phit länger in kugeliger Form verbleibt, wenn das Eisen im geschmolzenen Zustand vorliegt, so daß das Eisen auch eine erheblich größere Zeitspanne im geschmolzenen Zustand gehalten werden kann. Die neue Legierung gestattet also einer Gießerei eine stärkere Nachimpfung mit Ferrosilizium, durch die eine rückläufige Reaktion verhindert wird, welche den sphärolitischen Graphit wieder in schuppenförmigen Graphit umwandelt. Es wurde weiter gefunden, daß durch die Verwendung der neuen Legierung das entstandene Gußeisen eine höhere Zugfestigkeit, eine höhere Streckgrenze und gute Dehnungseigenschaften aufweist. Das Zusatzmittel vermindert weiter die Menge an Einschlüssen, die man sonst in Gußeisen findet, wodurch das Gefüge des Gußeisens verbessert wird und wodurch eine gleichmäßigere Verteilung des Graphits eintritt. Es wird angenommen, daß das auf die thermodynamischen Eigenschaften der Oxydations-Reduktions-Reaktionen zurückzuführen ist, die sich zwischen dem Eisen, dem Kohlenstoff, dem Silizium und dem Magnesium abspielen.This task is solved by an alloy that contains 20% silicon, Contains 50% nickel, 15% iron and the remainder magnesium. By such an alloy a cast iron is obtained which has a magnesium content of 0.02 to 0.05% and has a structure with a very large amount of spherulitic graphite, wherein the cast iron shows little or no shrinkage on cooling. It is important, that the silicon in the alloy is no more than 20%. It was also found; that when using such an alloy that formed by the magnesium Spherolitic graphite remains in spherical shape longer when the iron is in the molten state Condition exists, so that the iron also has a considerably longer period of time in the melted State can be maintained. So the new alloy allows a foundry one stronger re-inoculation with ferrosilicon, which prevents a retrograde reaction which converts the spherulitic graphite back into flaky graphite. It was further found that the resultant by using the new alloy Cast iron has a higher tensile strength, a higher yield point and good elongation properties having. The additive further reduces the amount of inclusions that one gets otherwise found in cast iron, whereby the structure of the cast iron is improved and whereby a more even distribution of the graphite occurs. It is believed that the attributed to the thermodynamic properties of the oxidation-reduction reactions is between the iron, the carbon, the silicon and the magnesium play.

Wie oben erwähnt, ist mit der neuen Legierung eine größere Nachimpfung mit Ferrosilizium möglich, d. h. eine Legierung mit niedrigem Siliziumgehalt bedeutet, daß die Gießerei den Prozentsatz nachgegebenen Ferrosiliziums erhöhen oder nachimpfen kann und dennoch sichergestellt wird, daß der endliche Silizium-Prozentgehalt in den duktilen Eisengußstücken in einem bestimmten gewünschten Bereich liegt. Erhöhung des Prozentsatzes an später zugesetztem Ferrosilizium im Gegensatz zur Zugabe großer Prozentsätze von Silizium als Teil der Legierung ergibt eine erheblich bessere Graphitverteilung, besser ausgebildete Sphärolite, eine Dispersion und Verringerung der Karbide auf ein Minimum, Verringerung der inneren und äußeren Nachimpfung, Verringerung des Ausschusses auf Grund von Rissen in den Gußstücken, verringerte Wärmekosten zufolge verringerter Karbidbildung in der Matrix des duktilen Gußeisens, unterstützt ein genaues maßgerechtes Schrumpfen, verringert die Zeit bis zum Beginn des Schwundes, verbessert die Bearbeitung der Gußstücke und zeigt erhebliche Verbesserungen in Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnbarkeit der gegossenen Produkte.As mentioned above, with the new alloy there is a greater amount of re-inoculation possible with ferrosilicon, d. H. means an alloy with a low silicon content, that the foundry increase or re-inoculate the percentage of ferrosilicon given in can and yet it is ensured that the finite silicon percentage in the ductile iron castings is in a certain desired range. increase the percentage of ferrosilicon added later as opposed to adding large ones Percentages of silicon as part of the alloy results in a significantly better graphite distribution, better formed spherulites, a dispersion and reduction of carbides a minimum, reduction in internal and external re-vaccination, reduction in Rejection due to cracks in the castings, resulting in reduced heating costs reduced carbide formation in the matrix of the ductile cast iron precise shrinking to size, reduces the time to the beginning of the shrinkage, improves the machining of the castings and shows significant improvements in Tensile strength, yield point and ductility of the cast products.

Die neue Legierung stellt damit eine gute Kombination von Silizium, Magnesium, Eisen und Nickel dar, wodurch ein energetisch stabiler Zustand des Gitters erzielt wird. Dieser ist für die Bildung und Orientierung des sphärolitischen Graphits verantwortlich. Daraus resultiert eine bevorzugte Orientierung des Graphits im Gußeisen.The new alloy is a good combination of silicon, Magnesium, iron and nickel represent, creating an energetically stable state of the lattice is achieved. This is for the formation and orientation of the spherical graphite responsible. This results in a preferred orientation of the graphite in cast iron.

Erfindungsgemäß wird also eine Magnesium enthaltende Legierung vorgeschlagen, die aus 50% Nickel, 20% Silizium, 15% Magnesium und 15% Eisen besteht. Andererseits kann die Legierung 0,1 bis 5 % Cer oder andere seltene Erdmetalle enthalten. Im letzteren Falle ersetzt das Metall der Seltenen Erden einen Teil des Eisens der Legierung.According to the invention, an alloy containing magnesium is proposed, which consists of 50% nickel, 20% silicon, 15% magnesium and 15% iron. on the other hand the alloy can contain 0.1 to 5% cerium or other rare earth metals. in the In the latter case, the rare earth metal replaces part of the iron Alloy.

Durch die Verwendung des obengenannten Zusatzmittels kann Magnesium gefahrlos in geschmolzenes Gußeisen eingeführt werden. Das mit dem Zusatzmittel versehene Gußeisen enthält Magnesium zwischen 0,02 und 0,05%, was als Menge bekannt ist, die den Graphit in sphärolitische Form umwandelt.By using the above additive, magnesium can be safely introduced into molten cast iron. The one with the additive Cast iron contains between 0.02 and 0.05% of what is known as the amount of magnesium which converts the graphite into spherulitic form.

Die Zusatzlegierung der vorliegenden Erfindung kann in irgendeiner Weise verdichtet werden, beispielsweise durch Schmelzen, durch Tablettieren oder Brikettieren pulverförmiger Metalle. Die entstandenen Klumpen, Körnchen, Tabletten od. dgl. können in geschmolzenes Eisen in variierenden Mengen eingebracht werden, je nachdem, wie es die Gießereipraxis verlangt. Die Legierung kann entweder in die Gießpfanne gegeben werden und das geschmolzene Eisen darauf gegossen werden, oder sie kann in das geschmolzene Eisen mit einer bekannten Einrichtung untergetaucht werden.The auxiliary alloy of the present invention can be in any of Wise be compacted, for example by melting, by tabletting or Briquetting of powdered metals. The resulting lumps, granules, tablets or the like can be introduced into molten iron in varying amounts, depending on what foundry practice demands. The alloy can be either in the Pouring ladle and the molten iron poured onto it, or it can be immersed in the molten iron with a known device will.

Es ist bekannt, daß Magnesium im Gußeisen eine merkliche Einwirkung auf die Stabilisierung der Karbidbildung besitzt, die im grauen Gußeisen unerwünscht ist. Deshalb ist es im allgemeinen notwendig, bei der Herstellung von grauem Gußeisen mit einem Magnesiumgehalt, d. h. einem Gußeisen, in dem keine Karbidbildung stattfinden soll, die Eisenschmelze vor dem Gießen mit Silizium oder Ferrosilizium zu impfen und im geimpften Zustand zu gießen. Erfindungsgemäß ist es nun möglich, die Einführung von Magnesium und die erste Siliziumimpfung gleichzeitig vorzunehmen, und zwar dadurch, daß Silizium in dem Legierungsmaterial enthalten ist.It is known that magnesium has a noticeable effect in cast iron on the stabilization of carbide formation, which is undesirable in gray cast iron is. Therefore it is generally necessary in the manufacture of gray cast iron with a magnesium content, d. H. a cast iron in which no carbide formation takes place is supposed to inoculate the molten iron with silicon or ferrosilicon before casting and pour in the vaccinated state. According to the invention it is now possible to introduce of magnesium and the first silicon inoculation at the same time, namely by that silicon is contained in the alloy material.

Eine derartige gleichzeitige Impfung hat zwei Auswirkungen. Erstens der Siliziumgehalt in der Legierung von maximal 20 % gewährleistet eine Graphitbildung des Kohlenstoffes, der im Eisen vorhanden ist, und zweitens überführt das vorhandene Magnesium den Graphit in die Kugelform. Weiterhin wird dadurch, daß anfänglich nicht mehr als 20 % Silizium in der Legierung vorhanden sind, der Graphit für längere Zeitspannen in Kugelform gehalten, solange das Eisen schmelzflüssig ist, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, eine größere Nachimpfung mit Silizium vorzunehmen, falls das notwendig ist.Such simultaneous vaccination has two effects. First the silicon content in the alloy of a maximum of 20% ensures graphite formation of the carbon that is present in iron, and secondly, transfers what is present Magnesium turns the graphite into a spherical shape. Furthermore, that initially does not More than 20% silicon is present in the alloy, the graphite for longer Spheres of time kept in spherical shape as long as the iron is molten, which makes the possibility is given to carry out a larger re-inoculation with silicon, if necessary.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann Cer in der Legierung in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent anwesend sein. Cer ist wie andere seltene Erdmetalle ein bekanntes »gettering« Mittel, das die schädlichen Effekte von eingeschleppten Verunreinigungen, wie Zinn oder Blei, maskiert. Solche Verunreinigungen bewirken ein Springen des Eisens und verschlechtern seine Schweißbarkeit, wenn sie nicht maskiert sind.According to a preferred embodiment of the invention, cerium in the Alloy be present in an amount of 0.1 to 5 percent by weight. Cerium is like other rare earth metals a well-known "gettering" means that the harmful The effects of imported contaminants such as tin or lead are masked. Such Impurities cause the iron to crack and worsen its weldability, if they are not masked.

Die Erfindung wird nun an Hand der nachfolgenden Beispiele erläutert: Beispiel I Es wird eine Gußeisenschmelze hergestellt und die Temperatur des Bades auf etwa 1482° C eingestellt, damit ein erfolgversprechendes Gießen stattfinden kann. Der Schmelze werden 1% einer Legierung zugesetzt, die aus 15 % Magnesium, 20 % Silizium, 15 % Eisen und 50 % Nickel besteht. Dann wird das geschmolzene Metall gegossen. Beim Abkühlen zeigen die Gußstücke im wesentlichen keine Mittellinienschrumpfung. Das entstandene Gußstück enthält 0,03 % Magnesium und besitzt ausgezeichnete Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnbarkeit. Eine Mikrofotografie eines polierten Schliffes des Gußeisens zeigt, daß der Graphit im wesentlichen vollständig in kugeliger Form vorliegt.The invention will now be explained using the following examples: Example I A cast iron melt is produced and the temperature of the bath set to about 1482 ° C so that a promising casting can take place can. 1% of an alloy is added to the melt, which consists of 15% magnesium, 20% silicon, 15% iron and 50% nickel. Then the molten metal poured. Upon cooling, the castings show essentially no centerline shrinkage. The resulting casting contains 0.03% magnesium and has excellent tensile strength, Yield strength and ductility. A photomicrograph of a polished cut of the Cast iron shows that the graphite is essentially completely spherical.

Beispiel II Es wird, wie im Beispiel I, ein Gußeisenbad hergerichtet. Dem Bad wird eine Legierung zugesetzt, die 1% des geschmolzenen Metalls ausmacht und aus 50 % Nickel, 20 % Silizium, 15 % Magnesium, 14 % Eisen und 1% Cer besteht. Daraufhin wird das Metall gegossen. Beim Abkühlen tritt praktisch keine Mittellinienschrumpfung ein. Die Analyse zeigt, daß die Gußstücke etwa 0,035 % Magnesium enthalten und ausgezeichnete Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnungseigenschaften besitzen.Example II As in Example I, a cast iron bath is set up. An alloy that makes up 1% of the molten metal is added to the bath and made of 50% nickel, 20% silicon, 15% magnesium, 14% iron and 1% cerium. The metal is then poured. When cooling occurs practically no midline shrinkage. Analysis shows that the castings are about 0.035 % Magnesium and have excellent tensile strength, yield strength and elongation properties own.

Claims

Claims: 1. Additional alloy for the production of spherical Cast iron with improved strength properties, consisting of 15% magnesium, 50% nickel, 20% silicon and 15% iron.

2. Additional alloy according to claim 1 with an additional content of cerium or another rare earth metal of 0.1 to 5%, with the iron content correspondingly reduced to 10%.

3. Additional alloy according to claim 1 and 2, wherein the alloy in the form of pressed bodies, such as briquettes, is present from the metal powders.