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Verfahren zur Herstellung von Gußeisen Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit spheroidalem, kugeligem (nodularem)
und körnigem Flockengraphit.
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Bei der Herstellung von Gußeisen ist es bekannt,. dem geschmolzenen
Eisen sogenannte Nodularisiermittel zuzufügen, deren Wirkung darin besteht, den
Graphit im Gußeisen in die kugelige (nodulare) oder spheroidale Form umzuwandeln.
Beispiele solcher Nodularisiermittel sind mettalisches Magnesium, Legierungen des
Magnesium, Ger, der seltenen Erdmetalle und Alkali- und Erdalkalimetalle, die einzeln
oder zusammen in Form von Legierungen verwendet werden können. Diese Nodularisiermittel
sind verhältnismäßig teuer und ihre Kosten im Verfahren für die Herstellung von
Gußeisen mit Graphit in dieser besonderen Form stellen einen Faktor dar,
der von äußerster Bedeutung ist.
Es wurde nun gefunden, daß
Ergebnisse, die denen bei Verwendung von Nodularisiermitteln in konventionellen
Methoden vergleichbar oder in manchen Fällen überlegen sind, dann erhalten werden
können, wenn das geschmolzene Gußeisen vor, während oder nach dar Zugabe der erheblich
herabgesetzten Menge an Nodularisiermittel mit Methan, einem natürlichen-oder Erdgas
oder einer Mischung davon, falls gewünscht mit einem Verdünnungsgas vermischt, behandelt
wird.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur
Herstellung von Gußeisen mit noduiarem oder spheroidalem Graphit, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß in das geschmolzene Gußeisen Methan, Natur- oder Erdgas oder eine Mischung
davon vor, während oder nach der Zugabe einer solchen Menge an Nodularisiermittel
zum geschmolzenen Eisen, die wesentlich unter der bekannterweise zur Erzeugung von
nodularem oder spheroidalem Graphit im Gußeisen erforderlichen Menge liegt, eingeleitet
wird.
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Der Hauptvorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung liegt darin,
daß es möglich ist, ein Gußeisen mit der erforderlichen Graphitstruktur zu erhalten
und außerdem beträchtlich die mit der Zugabe von Nodularisiermitt eln verbundenen
Kosten zu vermindern.
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft
anwendbar in Verbindung mit Gußeisen, das zur Herstellung von dünnwandigen Formteilen
verwendet werden
soll, beispielsweise von. Formteilen mit weniger
als 25 mm Dicke. Es ist allgemein bekannt, daß bei der Herstellung von dünnwandigen
Formteilen dieser Art beträchtliche Schwierigkeiten durch die Anwesenheit von freien
Carbiden im gegossenen Metall auftreten. Es ist außerdem bekannt, daß die Verminderung
der Menge an freien Carbiden, die in dünnwandigen Formteilen anwesend sind, dadurch
erzielt werden kann, daß die Menge von Magnesium im Gußeisen und die Menge an Nodularisiermittel,
die pro Tonne Metall zugesetzt wird, vermindert werden. Es ist jedoch auch bekannt,
daB unter normalen Umständen diese Verminderung d"r Menge an Nodularisiermittel
zur Bildung eines Produktes führen wird, indem der Graphit nicht nodular oder spheroidal
ist. Dementsprechend ist es bisher erforderlich gewesen, bei der Verwendung von
Gußeisen zur Herstellung von dünnwandigen Formteilen eine Auswahl dahingehend zu
treffen, ob oder ob nicht die Formteile freie Carbide enthalten oder ob die Anwesenheit
von freien Carbiden vermieden werden soll, der Graphit jedoch dann in anderer Form
als nodularer oder spheroidaler Form vorliegen wird.
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Im Zusammenhang mit der Herstellung von dünnwandigen Formteilen ist
es wichtig zu berücksichtigen, daß die Menge an freien Carbiden, die in dünnwandigen
Formteilen anwesend ist, ansteigt, wenn die Wandstärke der Gußstücke abnimmt oder
wenn die Abkühlgeschwindigkeit der Gußstücke aus dem flüssigen Zustand ansteigt.
Natürlich wird, je dünner das Formstück ist, desto schneller das zu seinem Guß verwendete
Metall
abkühlen. In schweren Fällen, wie bei Gußstücken, die gegen eine metallische Oberfläche
oder ein Schalengu9-Einsatzstück gegossen sind, oder im Fall von zentrifugalen Gußrohren
kann die Abkühlungsgeschwindigkeit so groß sein, daß ein Reißen der Gußatücke erfolgt.
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Demgemäß ist es bei Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich, ein Gußeisen zu erhalten, in dem der Graphit vollständig in nodularer
oder apheroidaler Form vorliegt, und wobei gleichzeitig eine erheblich verminderte
Menge an Nodularisiermittel verwendet wird, welches das Fehlen von freien
Carbiden im gegossenen Metall zur Folge hat. Dementsprechend liegt eine besonders
zweckmäßige Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung in der Behandlung von Gußeisen,
das zum Gießen von dünnwandigen Gußstücken verwendet werden soll.
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Die tatsächliche Technik der Behandlung von geschmolzenem Gußeisen
gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht kritisch. Es ist lediglich
erforderlich, daß Methan, Natur- oder Erdgas oder eine Mischung davon in das geschmolzene
Metall eingeführt wird in Verbindung mit der Zugabe einer geringen Menge eines Nodularisiermittels.
Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zur
Herstellung von dünnwandigen Gußstücken aus Gußeisen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß das Formstück aus einem geschmolzenen Gußeisen gegossen
:-:ird,
das durch die Einleitung von Methan, Erdgas oder Naturgas oder einer Kombination
davon in Verbindung mit der Zugabe einer geringeren Menge an Nodularisiermittel
behandelt worden ist, als zur Erzeugung von spheroidalem oder nodularem Graphit
im gegossenen Eisen an sich erforderlich ist.
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Die Erfindung wird anhand der Beispiele weiter erläutert.
Beispiel 1:
Die Methode der Behandlung besteht darin, daß das Gas durch flüssiges
Eisen mittels eines porösen, feuerfesten Gießstöpsels, der im Boden der Gießpfanne
oder des Metallbehälters angeordnet ist, eingeblasen wird.
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500 kg flüssiges Eisen wurden dadurch entschwefelt, daß 2 Gew.-% Calciumcarbid
auf die Oberfläche des Metalls in der Gießpfanne gegeben und das Metall mit einem
Stickstoffstrom 2 Minuten lang gerührt wurde. Das Volumen des Stickstoffes ist unwichtig
und die Einleitungsgeschwindigkeit des Gases wird lediglich derart reguliert, daß
eine gute Verrührwirkung des Calciumcarbids im Metall erzielt wird.
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Das flüssige Eisen wurde dann mit Methan-Gas 1 1/2 Minuten lang behandelt,
wobei die Menge 15 bis 20 1/Min. bei Normalzustand betrug.
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Das Nodularisiermittel wurde dann auf die Oberfläche des
Eisenbades
gegeben, wobei mit Methangas in einer Menge von 15 bis 20 1/Min. behandelt wurde.
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Beispiel 2:
In diesem Beispiel wurde als Trägergas Naturgas
verwendet, das 14 Yolumprozent Stickstoff und 81 Volumprozent Methan enthielt.
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Ein Bad mit 1500 kg flüssigem Metall wurde dadurch entschwefelt, daß
3 Gew.-% Calciumcarbid, zugeführt in einem Strom des Naturgases, eingeleitet wurden.
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In diesem Fall enthielt das Nodularisiermittel 9 % Magnesium und 2
% Cer. Wenn nur Stickstoff als Träger verwendet wird, beträgt die erforderliche
Menge an Nodularisiermittel üblicherweise 1,2 Gew.-% des behandelten flüssigen Eisens,
um den Graphit in Wandsegmenten von 15 mm in spheroidaler Form zu erhalten. Es wurde
gefunden, daß beim Rühren des Metalles mittels Naturgas, das als Träger im Einleitungsverfahren
verwendet wurde, etwa 0,5 % Nodularisiermittel erforderlich sind, um spheroidalen
Graphit in Wandsegmenten von 15 mm zu erhalten, wobei freie Carbide in Wandsegmenten
von bis herab zu 5 mm nicht vorhanden sind.
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Die Analyse des Metalles vor und nach der Behandlung ergab die folgenden
Werte:
| Vor Nach |
| Gesamtkohlenstoff % 3.65 3.65 |
| Silicium % 1.89 2.50 |
| Mangan % 0.23 0.25 |
| Phosphor % 0.04 0.04 |
| Schwefel % 0.100 0.006 |
Beispiel 3:
Die Beispiele 1 und 2 beziehen sich auf Gußstücke, die in Sandformen
hergestellt wurden. Es ist bekannt, daß aus Metall hergestellte Gußformen, die auch
als Kühlkokillen bekannt sind, die Neigung zur Bildung von freien Carbiden im Gußstück
erhöhen. Es wurde gefunden, daß bei einer Anwendung von einer Methan und Naturgasbehandlung,
wie sie oben beschrieben wurde, Gußeisen mit spheroidalem Graphit verbunden mit
einer wesentlichen Herabsetzung an freien Carbiden in Metallformen hergestellt werden
kann.
Beispiel 4:
Die Verminderung der Menge an Nodularisiermittel durch Methan-
und Naturgasbehandlungen erstreckt sich auch auf dickwandige Gußstücke. Beispielsweise
ist bei Verwendung von Stickstoffgas alleine als Träger im Einblasverfahren etwa
1.7 % Nodularisiermittel, wie im Beispiel 2 angegeben, erforderlich, um Wandsegmente
mit 250 mm zu behandeln. Es wurde gefunden , daß bei Verwendung von Naturgas die
Menge an Nodularisiermittel auf 0.8 bis 1.3 % für Wandsegmente dieser Größe herabgesetzt
werden kann.