DE1608239C2 - Use of a cast iron alloy as a material for castings with lamellar graphite formation, high toughness and high thermal conductivity in the as-cast state - Google Patents
Use of a cast iron alloy as a material for castings with lamellar graphite formation, high toughness and high thermal conductivity in the as-cast stateInfo
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- DE1608239C2 DE1608239C2 DE1967M0074971 DEM0074971A DE1608239C2 DE 1608239 C2 DE1608239 C2 DE 1608239C2 DE 1967M0074971 DE1967M0074971 DE 1967M0074971 DE M0074971 A DEM0074971 A DE M0074971A DE 1608239 C2 DE1608239 C2 DE 1608239C2
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C37/00—Cast-iron alloys
Description
Gegenstand des früher angemeldeten Patents 1 250 643 ist die Verwendung einer Gußeisenlegierung als Werkstoff für Gußstücke mit Lamellargraphit, hoher Zähigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit im Gußzustand. Das Patent betrifft insbesondere die 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 Siliziumgehalt, 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-Schwefel-Verhältnis 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 ISO-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 um etwa ein Drittel erhöht ist, im Gußzustand. The subject of previously filed patent 1,250,643 is the use of a cast iron alloy as a material for castings with lamellar graphite, high toughness and high thermal conductivity in As-cast state. The patent relates in particular to the use of a cast iron alloy consisting of 2.5 to 3.8 carbon, below 0.08%, preferably below 0.04% phosphorus, below 0.08%, preferably below 0.04% chromium, below 3 ml / 100 g hydrogen, below 0.3%, preferably below 0.15% manganese, below 0.03% Sulfur, the remainder iron, with the lowest levels of interfering elements such as arsenic, boron, antimony, lead, tellurium, Selenium, as well as with a silicon content that is around 0.8% lower than in castings of the same wall thickness made of conventional cast iron or that is reduced by up to half of this conventional silicon content, with the manganese-sulfur ratio is set to be greater than 5: 1, preferably greater than 7: 1, as the material for castings with a pearlitic structure and lamellar graphite formation of high toughness (measured according to ISO proposal 1197), which roughly doubles the tensile strength of conventional cast iron is, and high thermal conductivity, which is comparable to that of a conventional cast iron alloy Graphite content is increased by about a third in the as-cast state.
Es wurde nun gefunden, daß für den gleichen Verwendungszweck als Werkstoff für Gußstücke mit perlitischem Gefüge und lamellarer Graphitausbildung, hoher Zähigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit im Gußzustand, auch solche Gußeisenlegierungen geeignet sind, die bei gleichem hohen Reinheitsgebot für die Grundmasse einen höheren Mangangehalt aufweisen. Demgemäß besteht die Erfindung in der 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 0,03% Schwefel, Rest Eisen, mit niedrigsten Gehalten anIt has now been found that for the same purpose as a material for castings with pearlitic Structure and lamellar graphite formation, high toughness and high thermal conductivity in the Cast state, also those cast iron alloys are suitable, which with the same high purity requirement for the Base mass have a higher manganese content. Accordingly, the invention is in use a cast iron alloy, consisting of 2.5 to 3.8% carbon, below 0.08%, preferably below 0.04% Phosphorus, below 0.08%, preferably below 0.04% Chromium, below 3 ml / 100 g hydrogen, below 0.03% Sulfur, the remainder iron, with the lowest levels
ίο Störelementen, wie Arsen, Bor, Antimon, Blei, Tellur, Selen, sowie mit einem Siliziumgehalt, 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-Schwefel-Verhältnis 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 ISO-Vorschlag 1197), die gegenüber der von üblichem Gußeisen vergleichbarer Zugfestigkeit etwa verdoppelt ist; und hoher Wärmeleitfähigkeit, die gegenüber der einer üblichen Gußeisenlegieriing mit vergleichbarem Graphitgehalt um etwa ein Drittel erhöht ist, im Gußzustand, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Mangangehalt größer als 0,3% ist und bis 2,25%, vorzugsweise bis 1,75% Manga ι beträgt. ίο interfering elements such as arsenic, boron, antimony, lead, tellurium, Selenium, as well as with a silicon content that is around 0.8% lower than in castings of the same wall thickness made of common cast iron or which is reduced by up to half of this common silicon content, wherein the manganese-sulfur ratio is set to be greater than 5: 1, preferably greater than 7: 1, than Material for castings with a pearlitic structure and lamellar graphite formation of high toughness (measured according to ISO proposal 1197), which is about is doubled; and high thermal conductivity compared to that of a conventional cast iron alloy with comparable graphite content is increased by about a third, in the as-cast state, and it is characterized by that the manganese content is greater than 0.3% and up to 2.25%, preferably up to 1.75% Manga ι.
Es wurde ferner festgestellt, daß zu kleineren Schwefelgehalten des Bereiches der anmeldungsgemäß zu verwendenden Gußeisenlegieriing hin bei konstant gehaltenem Mangangehalt die Zähigkeit ansteigt.It was also found that too low sulfur contents of the range to be used according to the application Cast iron alloy increases the toughness when the manganese content is kept constant.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Gußeisenlegierung weist die guten gießtechnischen Eigenschaften des normalen Gußeisens auf im ermöglicht den Abguß von Gußstucken bei lamellarer Graphitausbildung mit hohen Werten für Zähigkeit und Dehnung. Es lassen sich ferner Werkstücke hoher Wärmeleitfähigkeit bei gegenüber Gußteilen aus normalem Gußeisen gesteigerter Zähigkeit herstellen.The cast iron alloy to be used according to the invention has the good casting properties of normal cast iron and enables casting of castings with lamellar graphite formation with high values for toughness and elongation. Leave it Furthermore, workpieces of high thermal conductivity with increased compared to cast parts made of normal cast iron Establish toughness.
Unter Zähigkeit wird hierbei verstanden:Toughness is understood here to mean:
Z =Z =
log log
α μ -j- α μ -j-
0,70.7
log σ βlog σ β
In dieser Gleichung bedeutet au den Schlagmodul,
gemessen in kp · cm/cm3 und σ β die Zugfestigkeit, gemessen
in kp/mm2.
Die Siliciumgehalte liegen im Gußstück aus der erfindungsgemäß zu verwendenden Gußeisenlegieriing
bemerkenswert niedrig und sind gegenüber Gußstücken gleicher Wandstärke aus üblichem normalem Gußeisen
stark herabgesetzt. So wird bis zu einem Wert von 1,6% Silicium im Gußstück aus normalem Grauguß demgegenüber
ein Gußstück aus zähem Grauguß mit einem um mindestens die Hälfte niedrigeren Siliciumwert abgegoßen.
In this equation au denotes the modulus of impact, measured in kp · cm / cm 3, and σ β denotes the tensile strength, measured in kp / mm 2 .
The silicon contents in the casting made from the cast iron alloy to be used according to the invention are remarkably low and are greatly reduced compared to castings of the same wall thickness made from conventional normal cast iron. In contrast, up to a value of 1.6% silicon in the casting made of normal gray cast iron, a casting made of tough gray cast iron with a silicon value lower by at least half is cast.
Wird z. B. ein Gußstück aus normalem Grauguß mit einer Gußeisenlegierung mit 1,5% Silicium abgegössen, so wird demgegenüber beim Abguß des gleichen Gußstückes aus zähem Grauguß höchstens die Hälfte dieses Wertes, d. h. höchstens 0,75% Silicium in der Gußeisenlegierung, benötigt.Is z. B. a casting made of normal gray cast iron with a cast iron alloy with 1.5% silicon, in contrast, when casting the same casting from tough gray cast iron, half is at most this value, d. H. at most 0.75% silicon in the cast iron alloy is required.
Gußstücke aus einer Gußeisenlegierung mit einem Siliciumgehalt von oberhalb 1,6% werden in zähem Grauguß mit einem um mindestens 0,8% absolut erniedrigten Siliciumwert abgegossen. Wird beispielsweise ein Gußstück aus üblichem Grauguß mit 2,5% SiIi-Castings made of a cast iron alloy with a silicon content of above 1.6% are tough Cast iron with a silicon value lower by at least 0.8% absolute. For example a casting made of conventional gray cast iron with 2.5% SiIi-
cium abgegossen, so wird das gleiche Gußstück aus zähem Grauguß mit höchstens 1,7% Silicium abgegossen. cium is poured off, the same casting made of tough gray cast iron with a maximum of 1.7% silicon is poured off.
Wie hoch im einzelnen Falle der absolute Siliciumgehalt des Gußstückes aus normalem Grauguß eingestellt werden muß, ist dem einschlägigen Fachmann geläufig. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß dieser Gehalt bekannterweise auch von der Wandstärke des Gußteiles abhängt. Hieraus ergibt sich, wie im Einzelfall bei zähem Grauguß der Siliciumgehalt einzustellen ist.How high the absolute silicon content of the casting made of normal gray cast iron is set in the individual case must be, is familiar to the relevant person skilled in the art. It should be noted that this content as is known, it also depends on the wall thickness of the casting. This results, as in the individual case the silicon content must be adjusted in the case of tough gray cast iron.
Zweckmäßig wird eine für Grauguß an sich bekannte Impfbehandlung· der Schmelze der erfindungsgemäß /u verwendenden Gußeisenlegierung vorgenommen, um die graue Erstarrung herbeizuführen. Hierbei ist lediglich zu beachten, daß durch die Impf legierung, die im allgemeinen auf Siliciumbasis aufgebaut ist, ein gewisser Siliciumgehalt in die Gußeisenlegierungsschmelze eingebracht wird. Dieser über das Impl'mittel in die Schmelze gelangende Siliciumwert ist für den Endsiliciumwert zu berücksichtigen, und es ist laher ein entsprechend niedrigerer Siliciumgehalt der Basisschmelze vorzusehen. Insbesondere ist diesen Verhältnissen bei extrem kleinen Siliciumwerten der Gußeisenschmelze Rechnung zu tragen.An inoculation treatment of the melt, known per se for gray cast iron, is expedient according to the invention / u made using cast iron alloy to bring about the gray solidification. Here is only to note that by the inoculation alloy, the is generally based on silicon, a certain silicon content in the cast iron alloy melt is introduced. This silicon value, which gets into the melt via the impurity, is for to take into account the final silicon value, and there is a correspondingly lower silicon content Provide base melt. In particular, these ratios are the case with extremely small silicon values Cast iron melt to take into account.
Hinsichtlich der Möglichkeiten des Legierens der erfindungsgeinäß zu verwendenden Gußeisenlegierung gelten sinngemäß die in der DT-PS 12 50 643 gemachten Ausführungen. Das heißt, das Legierungselement darf keine oder nur eine sehr schwache carbidstabilisierende Wirkung aufweisen, es soll eine dem Eisen 1,87 Ä ähnliche Gitterkonstante besitzen, um eine Verzerrung des l-'erritgitters weitgehend zu vermeiden, und schließlich soll das Legierungselement mit Kohlenstoff keine Verbindung eingehen. Durch diese Forderungen kommen praktisch nur Elemente wie Nickel (3,52 Ä), Molybdän (3,15 Ä), Kupfer (3,62 Ä) und Nobalt (251 Ä) in Betracht.With regard to the possibilities of alloying the cast iron alloy to be used according to the invention The statements made in DT-PS 12 50 643 apply accordingly. That is, the alloying element is allowed have no or only a very weak carbide stabilizing effect, it should be similar to iron 1.87 Å Have lattice constant in order to largely avoid a distortion of the l-'errite lattice, and finally the alloying element should not form a bond with carbon. Through these demands There are practically only elements such as nickel (3.52 Å), molybdenum (3.15 Å), copper (3.62 Å) and nobalt (251 Ä) into consideration.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Gußcisenleuierung kann durch an sich bekannte metallurgische Verfahren hergestellt werden, wie sie auch in der I)T-PS 1 250 643 Erwähnung finden.The cast iron alloy to be used according to the invention can be produced by metallurgical processes known per se, as they are also in the I) T-PS 1 250 643 is mentioned.
Die Erfindung wird an Hand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the following examples.
Eins Gußeisenlegierung nachstehender Endanalyse wurde nach dem Impfen mit einem handelsüblichen Impfmittel der ZusammensetzungA cast iron alloy of the following final analysis was found after inoculating with a commercially available Inoculant of the composition
60 bis 65% Si,
5 bis 7% Mn,
5 bis 7% Zr,60 to 65% Si,
5 to 7% Mn,
5 to 7% Zr,
Rest FeRemainder Fe
zu 30 mm Probestäben abgegossen und aus diesen Stäben Proben für die Zugfestigkeit (kurzer Proportionalstab nach DIN 50 125 B) und den S:Hagmodul (gemäß ISO-Vorschlag Nr. 1197) herausgearbeitet.cast into 30 mm test rods and from these rods samples for tensile strength (short proportional rod according to DIN 50 125 B) and the S: Hagmodul (according to ISO suggestion no. 1197).
Die vorstehende Tabelle I veranschaulicht die Zähigkeitswerte von zähem Grauguß, ausgedrückt durch die Zähigkeitskennzahl Z bei steigenden Mn-Gehalten und sonst unveränderter Analyse.Table I above illustrates the toughness values of tough gray cast iron, in terms of terms by the toughness index Z with increasing Mn contents and otherwise unchanged analysis.
Um bei normalem Grauguß Zugfestigkeitswerte von 38 bis 40 kp/mm2 zu erreichen, müßten Probestäbe aus einer Gußeisenlegierung folgender Zusammensetzung angegossen werden:In order to achieve tensile strength values of 38 to 40 kp / mm 2 with normal gray cast iron, test bars made of a cast iron alloy of the following composition would have to be cast on:
Bei einem Gußstück aus einer Gußeisenlegierung dieser Zusammensetzung beträgt jedoch der Schlagmodul nur 8,5 cmkp/cm3. Für die Zugfestigkeit von 38 kp/mm2 ergibt sich ein Wert für die Zähigkeitskennzahl Z von 1,03.In the case of a casting made from a cast iron alloy of this composition, however, the modulus of impact is only 8.5 cmkp / cm 3 . The tensile strength of 38 kp / mm 2 results in a value for the toughness index Z of 1.03.
Eine Gußlegierung folgender Endanalyse wurde nach dem Impfen mit einem handelsüblichen Impfmittel des Beispiels 1 zu 30 mm Probestäben abgegossen und aus diesen Stäben Proben für die Zugfestigkeit und den Schlagmodul entsprechend Beispiel 1 herausgearbeitet. A cast alloy of the following final analysis was inoculated with a commercially available inoculant des Example 1 poured into 30 mm test rods and from these rods samples for the tensile strength and the Impact module worked out according to Example 1.
4545
(kpem/ "Af
(kpem /
Mn: Srelationship
Mn: S
6060
Aus den Werten vorstehender Tabelle II ist die Steigerung der Zähigkeit bei konstantem Mn-Gehalt, aber abnehmendem S-Gehalt zu entnehmen.From the values in Table II above, the increase in toughness at constant Mn content is but to be taken from decreasing S-content.
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