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Patentanmeldung:
"Zähes Guteisen mit Kugelgraphit im Gutzustand"
Anmelderin: Rheinische Stahlwerke, Essen Die Erfindung betrifft ein im Gutzustand
zähes Guteisen mit Kugelgraphit, das J,0 bis 4,2 % Kohlenstoff, 2,0 bis 510 % Sillzlum,
unter 0,1 % Mangan, unter 0,04 % Phosphor, unter 0,01 % Schwefel und 0,0e bis 0,07
% Magnesium enthält.
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Für viele Anwendungsbereiche ist ein Guteisen mit Kugelgraphit erwünscht,
das infolge seiner hohen Duktilität eine gute Verformbarkeit der Gutstücke gewährleistet.
Es ist bekannt, daß hier-
für sowohl eine einwandfreie Kugelgraphitausbildung
als auch ein weitgehend ferritisches Gefüge erforderlich ist. Ferritisches . Gefüge
ist mit abnehmender Wandstärke der Gutstücke immer schwieriger zu erreichen. Früher
hat man deshalb die fertigen Gutstücke einer meist zweistufigen ferritisierenden
Glühung unterzogen, die jedoch neben den Glühkosten eine Erhöhung des Ausschußrisikos
durch Verziehen, Verzundern und dgl. mit sich brachte.
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In jüngerer Zeit geht das Bemühen dahin, in ihrer Zusammensetzung
ausgewählte Roheisensorten herzustellen, aus denen ein Guteisen mit Kugelgraphit
erzeugt werden kann, das selbst bei dünnwandigen Gutstücken schon im Gutzustand
ein weitgehend ferritisches Gefüge aufweist. Derartige Roheisensorten müssen - abgesehen
von ihren Gehalten an Kohlenstoff und Silizium - möglichst frei von -sonstigen Begleitelementen
sein, da diese vielfach schon bei geringer Konzentration die Kugelgraphitausbildung
stören und/oder perlitstabilisierend wirken, oder durch Lösungsversprödung des Ferrits
die Zähigkeit senken.
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Im Handel werden manganarme Roheisensorten mit abgestuftem maximalem
Mangangehglt, abgestuftem maximalem Phosphorgehalt und abgestuftem maximalem Schwefelgehalt
angeboten, die sich auch durch
sehr niedrige Konzentrationen
sonstiger Begleitelemente auszeichnen. Die Hersteller von Gußeisen mit
Kugelgraphit können mithin
die den jeweiligen Erfordernissen
angepaßte Eisensorte auswählen.' - 1 t-Es ist darüber
hinaus auch quantitativ bekannt (Jürgen Matz und
Kurt Orths
in °Gießereiforschung° 1967, Seiten lcg - 24), mit
welchem
Gewicht je Konzentrations-% bestimmte Störelemente die
Zähigkeit
von Gußeisen im Gußzustand nachteilig beeinflussen.
Insoweit bedeutsam
sind neben dem bereits genannten Mangan und
Phosphor insbesondere die Gehalte
an Kupfer, Blei, Antimon, Zinn
und Arsen.
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Obwohl begleitelementarme Roheisensorten als Ausgangsmaterial
zur Verfügung stehen und, wie dargelegt, die Zusammenhänge weit-
gehend
aufgeklärt sind, sind bisher nur solche technisch herge-
stellten Gußeisensorten
bekannt, bei denen GußatUcke mit einer
Wandstärke von 5 mm
im Gußzustand (Sandformen) einen Perlitge-, halt aufweisen, der
deutlich oberhalb 20 %, meist sogar um 50 % liegt.
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Die Erfindung begehrt Schutz für ein im Gußzustand zähes
Gußeisen
mit Kugelgraphit, das sich gegenüber dem Bekannten dadurch
'auszeichnet, daß die Gehalte der nachstehenden Eisenbegleiter den
Bedingungen
genügen: Blei unter 0,002 %, Titan unter 0,04 y6, . Chrom unter 0,01
@, Arsen unter 0.002 %, Kupfer unter 0,01 @, Zinn unter 0,002 Vanadin
unter 0,01 K und Antimon unter 0,002
% und daß das Gußeisen bei
in Sand vergossenen GußstUcken mit
einer Wandstärke von 5 mm
In Gußzustand einen Perlitgehalt un-, ter 10 % aufweist.
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Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis,
da#
die Erzeugung eines Gußeisens finit Kugelgraphit, dessen
Gusstücke im Gußzustand auch bei geringen Wanddecken ein nahezu
völlig ferritisches Gefüge und damit eine hohe Zähigkeit
auf-
weisen sollen, nicht schon dadurch gewährleistet ist, daß
man, die Konzentration der die Nugelgraphitbildung störenden und,-die ,
der
biARer als perlitstabilisiere>iden Begleitelemente niedrig hält. Offenbar sind noch
weitere, bisher nicht erkannte Einflüsse wirksam.
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Nachstehend wird die Herstellung eines Gußeisens nach der Erfindung
an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
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Ein Hochofen-Roheisen mit 4,4 ;6 C, 1,35 96 Si, 0,17 % Mn, 0,O()7
P, 0,0<2 % S, 0,037 % Ti, U,015 % Y, 0,015 % Pb, G,008 ;K Cr, 0,U01 % As, 0,008
% C.i, 0,001 % Sn, 0,001 % Sb wird in eine Pfanne abgestochen und unte2#Jmrühren
in der Grenzzone Hoheisenbad/Schlakke zunächst Feinerz zugesetzt, bis der erstrebte
Mangangehalt erreicht ist. :alsdann wird unter fortgesetztem Umrühren in der Grenzzone
durch Zugabe von Soda und Feinerz der Phosphor verschlackt. Unter weiter fortgesetztem
Umrühren in der Grer@zone Roheisenbad/Sehlacke wird durch Zugabe eines bekannten
Entschwefelungsmitteln, wie beispielsweise Soda, die Hoheisenschmelze entschwefelt.
Im einzelnen wird so vorgegangen, daß einer Roheisenmenge von 48,3 t insgesamt 86,2
kg Feinerz (Körnung G 10 mm) und 24,$ kg Soda je Tonne Roheisen zugesetzt werden.
Für die Manganverschlaekung werden etwa 60 A der gesamten Erzmenge portionsweise
zugesetzt und die dabei entstehende Schlacke. über einen Pfannenüberleuf selbstlaufend
abgezogen, soweit diese den gegebenen Füllstand übersteigt.
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Für die Entphospherung werden etwa 75 % der Sodagesamtmenge portionsweise
und,abweehselnd mit der restlichen Feinerzmenge der Roheisenschmelze zugefügt. Auch
hierbei soll die Schlacke über den Pfannenüberlauf teilweise abgeleitet werden.
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Für die Entschwefelung werden etwa 25 % der Soda-Gesamtmenge zugegeben.
Unmittelbar daran anschließend wird Ferrosilizium (75 % Si) unter Umrühren eingebracht,
um einen Siliziumgehalt von 1,3 % einzustellen.
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Für das Umrühren in der Grenzzone Roheisenbad/Schlacke kann ein Rührgerät
benutzt werden, an dessen Antriebswelle ein balkenförmiges
Rührorgan
querstehend angeordnet ist, das aus einer (euer. festen Masse mit Armierung besteht.
Das Rührgerätwird in seiner Höhenlage so eingestellt, daß sein Rührorgan teilweise
in das Roheisenbad und zum geringeren Teil in die flüssige Schlacke hineinragt.
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Als Ergebnis wird eine Gußeisenvorschmelze erhalten mit den Gehalten
4,3 % C, 1,26 % S1, 0,07 p6 Mn, 0,038 % p, 0,007 % S,
0,013 ;d Ti, 0,008 %
V, 0,0015 % Pb, U,OOH % Cr, 0,001 % As, 0,008 % Cu, 0,001 % Sn, 0,001 % Sb.
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Aus dieser Gußeisenvorschmelze wurde durch Umschmelzen im Mittelfrequenz-Induktionsofen
unter Zusatz von Ferrosilizium ein Aus. gangleisen für Gußeisen mit Kugelgraphit
hergestellt. Das Ausgangseisen wurde nach dem Tauchverfahren mit einer Eisen-Magnesium-Silizium-Legierung
(etwa 3C % Mg) behandelt und anschließend mit U,b % Ferrosilizium (75 % Si) geimpft.
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Die chemische Zusammensetzung des Eisens vor dem Abguß war folgende:
j,66 ;% Kohlenstoff, 2,48 % Silizium, 0,08 % Mangan, 09034 Phosphor, C,606 % Schwefel
und 0,051 % Magnesium. Die Ubrigen Elemente ar.tsr#@ol:e:: dva ';ehalteci der G:@3@@isenvorschmelze.
Eiei einer Temperatur des Eisens zwischen 139G0 und 1360°C wurden Platten mit J,12
und 30 mm Wanddicke in Ölsandform vergossen. Der Ferlitgehalt in der 5mm-Platte
betrug 3-5 %, 1n den 12 und 3o mm-Platten waren nur Spuren von Perlit enthalten.
Der Rest der Grundmasse bestand aus Ferrit. Der Perlitgehalt wurde unter dem Mikroskcp
bei hundertfacher Vergrößerung an Hand an ausplanimetrierten Richtreihen geschätzt
(siehe die Zeichnung): Nach der von J. Motz und K. Grths angegebenen Formel ergibt
sich auf Grund der chemischen Zusammensetzung ein mittlerer Ferritgehalt über alle
drei Platten von 59 %. Der tatsächliche WertlfUr den mittleren FErritgehalt des
Gußeisens nach der Erfindung beträgt jedoch nur 2 ;6. Die mechanischen Eigenschaften
ergaben sich wie fclets
Kerbschlagzähigkeit (bei 20'C, Probe
aus j0 mm Platte) 2 - 2,5 Kp m/em2 Übergangstemperatur -j8 bis-43'C 0,2 p Dehngrenze
90,2 = 25 - j0 KP/mm: Zugfestigkeit Cl' B = 40 - 45 KP/mm` Bruchdehnung J 5 = 20
- 25 y6 Brinellhärte fiB j0 = 150 KP/mm 2