DE1758004B1 - Verwendung von Siliziumdioxid als keimbildenden Schmelzzusatz bei Gusseisen - Google Patents

Description

CaSi oder andere Mischlegierungen auf Siliciumbasis, welche lose gekörnt oder in abgepackter Form der Schmelze zugesetzt werden. Diese Impfmittel wirken desoxydierend und teilweise auch entschwefelnd und

tischem feinteiligem Siliziumdioxid als dosierten 25 Keimbildner Gußeisenschmelzen zu einer feinkörnikeimbildenden Schmelzzusatz bei vorher überhitzten gen Erstarrung und feinverteilten Graphitausschei-Schmelzen zur Herstellung von Gußeisen, wobei sie dung zu bringen. Diese durch Überhitzen und Impfen eine feinkörnige Erstarrung der Gußeisenschmelze gekennzeichnete Schmelzbehandlung führt zu hochfebei gleichzeitiger feinverteilter Graphitausscheidung sten Gußeisensorten mit guter Bearbeitbarkeit, ermöglicht und zu Gußstücken mit höheren Festig- 30 Als Impfmittel verwendet man vorwiegend FeSi, keiten ohne Steigerung der Härte führt.

Für die Eigenschaften von Gußeisen ist einerseits die Ausbildung des Graphits, andererseits das Gefüge der metallischen Grandmasse von ausschlaggebender

Bedeutung. Beide sind wesentlich von der Analyse 35 verbessern die eutektische Struktur des Gußeisens, sowie von den Schmelz-, Gieß- und Abkühlungsbe- Die Zusatzmengen betragen im allgemeinen z.B. 4kg dingungen abhängig. Für das Verständnis der Kristal- Kalzium-Silizium pro Tonne Eisen. Den hohen Anlisationsvorgänge in Gußeisen ist zu beachten, daß Sprüchen der modernen Gießtechnik genügen die bedie durch die üblichen Gehalte des Gußeisens an SiIi- kannten Zusatzstoffe bei der Impf-Schmelzbehandzium und Phosphor bedingten Abweichungen gegen- 40 lung jedoch nicht immer, da infolge der Uneinheitüber dem Eisen-Kohlenstoff-Zustandsschaubild nicht lichkeit der Teilchengröße der Zusatzstoffe und des mehr — wie etwa beim Kohlenstoffstahl — zu ver- unterschiedlichen Verbrauchs für Desoxydationsnachlässigen sind. Man muß vielmehr die entspre- und Entschwefelungsvorgänge die Bildung möglichst chenden Drei- und Mehrstoff-Zustandsschaubilder, zahlreicher lokaler Kristallisationszentren begrenzt insbesondere das Eisen-Kohlenstoff-Silizium- und 45 ist und deshalb die entstehenden Graphitlamellen undas Eisen-Kohlenstoff-Phosphor-Zustandsschaubild, terschiedliche Größenanordnungen aufweisen.

Alle bisher bekanntgewordenen und in der Praxis verwendeten Impfmittel erleiden einen starken Abklingeffekt der Impf wirkung mit der Zeit. Die Folge davon ist, daß beim Vergießen größerer Pfanneninhalte von geimpftem Eisen die zuerst abgegossenen Gußstücke bessere Festigkeitseigenschaften aufweisen als die zuletzt abgegossenen, bei denen infolge der längeren Gießdauer der Impfeffekt bereits voll-

Der Grand für die Neigung zu grobblättriger Aus- 55 ständig oder erheblich abgeklungen war. Diese bebildung des Graphits im Eutektikum ist darin zu se- kannte Tatsache hat zu dem Verfahren der Impfung hen, daß der Graphit, welcher die führende Kristallart im Eutektikum darstellt, in seiner Kristallisation
stark von Keimwirkungen beienflußt wird.

Bekanntlich verursachen metallische, in Schmelzen 60
lösliche Beimengungen Änderungen der Korngrößen
im Sinne einer Kornverfeinerung oder auch Kornvergrößerang im erstarrenden Metall. Im Grandmetall
unlösliche Fremdelemente, metallische oder nichtmetallische Verbindungen erscheinen im Endprodukt als 65 werden,
besondere Phase in Form von an den Korngrenzen Die Erfindung geht daher von der Aufgabenstel-

oder innerhalb der Körner des Grandmetalls an- lung aus, für die dosierte Zugabe von keimbildenden geordneten Kugeln, Kristalliten oder Häutchen. Die Schmelzzusätzen in die Schmelzen ein Impfmittel zu

mit heranziehen. Für die Kristallisation des Graphits aus der Schmelze ist die Feststellung des unter- oder übereutektischen Zustandes des betreffenden Gußeisens von wesentlicher Bedeutung.

Bei lamellarer Graphitausbildung tritt der Graphit in der Regel in Form von mehr oder weniger groben, unregelmäßig gekrümmten Blättchen auf, die häufig in Nestern angeordnet sind.

des Eisens in der Gießform geführt, das aber auch verschiedene Nachteile, z. B. durch Schlackeneinschlüsse in den Gußstücken, mit sich bringt.

Es wurde auch schon vorgeschlagen und versucht, Siliziumdioxid als solches in pulvriger, feinvermahlener Form als keimbildenden Schmelzzusatz für Gußeisen zu verwenden. Eine Verbesserang des Impfeffektes hierdurch konnte jedoch nicht nachgewiesen

verwenden, mittels welchem durch besondere Auswahl der Keimbildner möglichst viele lokale Kristallisationszentren und damit feinverteilter Graphit gebildet werden.

Als Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die Verwendung von auf pyrogenem Wege in der Gasphase oder durch Naßfällung gewonnenem Siliziumdioxid mit einer Teilchengröße von 5 bis 100 Nanometer als dosierter keimbildender Schmelzzusatz zur Herstellung von Gußeisen vor. Dieses Siliziumdioxid erfüllt infolge seiner Feinteiligkeit in besonderer Weise die Forderung, daß die Keime möglichst viele lokale Kristallisationszentren bilden und dem Gitteraufbau der Metallkristalle entsprechen. Es entsteht ein Gefüge mit feinverteiltem Graphit, wobei darüber hinaus die Graphitausscheidung so wesentlich gefördert wird, daß die durch bevorzugte Wärmeabgabe an den Kanten eines Gußstückes hervorgerufene Kantenhärte, die zu Bearbeitungsschwierigkeiten führt, verschwindet.

Die Anwendung des Siliziumdioxids mit einer Teilchengröße von 5 bis 100 mm verhindert den Abklingeffekt wenigstens bis zu einer Gießdauer von 30 Minuten nach dem Impfen mit Sicherheit. Als Ursachen für diese Langzeitwirkung dürfen die extrem hohe Feinteiligkeit und damit die lange Ausscheidungsdauer des Keims aus der Schmelze, das Vorliegen des Keims in festem Zustand und die erreichbare kolloidale Verteilung des Siliziumdioxids in der Schmelze angenommen werden. Die Langzeitwirkung des Impfeffektes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren äußert sich darin, daß die unmittelbar nach dem Impfen, nach 5, 10, 20 und 30 Minuten nach dem Impfen vergossenen Proben annähernd die gleichen Festigkeitswerte und Härten haben.

Es wurde gefunden, daß zur Durchführung des Verfahrens bereits Zusatzmengen von nur 10 bis 100 g SiO₂ pro Tonne Gußeisen ausreichen, um die erstrebte Wirkung zu erzielen. Daß so geringe Zusatzmengen für die erstrebte Wirkung ausreichen, ist ebenfalls durch die Feinheit des Siliziumdioxids als Keimbildner zu erklären sowie dadurch, daß im Gegensatz zur bekannten Zugabe von CaSi oder FeSi-Legierungen keine unkontrollierbare Bildung von Desoxydations- oder Entschwefelungsprodukten stattfindet.

Im nachstehenden Beispiel wird das Verfahren näher beschrieben: Siliziumdioxid mit einer Teilchengröße von 5 bis 100 mn wird in einer Menge von

ao etwa 100 g/t Schmelze in Form eines abgepackten Zusatzes in einer Blechdose, welche noch ein Treibmittel enthält, in die Gießpfanne gegeben. Damit sich das SiO₂ gut über den gesamten Pfanneninhalt verteilt, wird das Paket zunächst durch Beimengung trockener Eisenspäne als Beschwerstoff selbsttauchend gemacht, d. h., es sinkt in der Pfanne zu Boden. Als Treibmittel sorgt eine Zugabe von stickstoffabgebenden Salzgemischen für das Austreiben des Siliziumdioxids aus der Büchse und eine gleichmäßige Verteilung des SiO₂ über den ganzen Pfanneninhalt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verwendung von auf pyrogenem Wege in der Gasphase oder durch Naßfällung gewonnenem Siliziumdioxid mit einer Teilchengröße von 5 bis 100 Nanometer als dosierten keimbildenden Schmelzzusatz bei vorher überhitzten Schmelzen zur Herstellung von Gußeisen.

feindispersen unlöslichen Bestandteile wirken dann vielfach als anregende Keime, addieren ihre Wirkung den gegebenenfalls bereits vorhandenen Keimen hinzu und wirken kornverfeinernd. Als impffähige Fremdkeime können sowohl metallische Ausscheidungen als auch nichtmetallische Einschlüsse (Oxide, Nitride, Sulfide, Silikate usw.) in Frage kommen.

Für die Ausbildung des Graphits ist auch die metallurgische Vorbehandlung der Schmelze vor dem

2. Verwendung von Siliziumdioxid nach An- io Vergießen von wesentlicher Bedeutung. Der Grund sprach 1 zum genannten Zweck, dadurch ge- hierfür liegt darin, daß durch die Überhitzung die kennzeichnet, daß das Siliziumdioxid der
Schmelze in einer Menge von 10 bis 100 g pro
Tonne Gußeisen, abgepackt zusammen mit getrockneten Eisenspänen als Beschwerstoff und 15

einem Stickstoff abgebenden Salzgemisch, zugesetzt wird.

Die Erfindung betrifft die Verwendung von synthe-

Kristallisationskeime in verstärktem Maße in Lösung gebracht werde. Das führt zu einer stärkeren Unterkühlung und damit zu einer Graphitverfeinerung.

Zur Herstellung hochwertiger Gußeisensorten, welche sich insbesondere für heute immer häufiger verwendete dünnwandige Produkte eignen, ist die feinkörnige Erstarrung und feinverteilte Graphitausscheidung der Schmelze in besonderem Ausmaß erforderlich.

Es sind zahlreiche Verfahren, welche auf den Grundlagenarbeiten von E. Piwowarsky und Mitarbeitern beruhen, bekannt, nach einer Überhitzung der Schmelze durch dosierte Zugabe geeigneter