DE1906008A1

DE1906008A1 - Graues,geimpftes Gusseisen

Info

Publication number: DE1906008A1
Application number: DE19691906008
Authority: DE
Inventors: Charles Defranco; Jan Van Eeghem
Original assignee: CT DE RECH S SCIENT ET TECH DE
Current assignee: CT DE RECH S SCIENT ET TECH DE
Priority date: 1968-02-13
Filing date: 1969-02-07
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1258824A; BE710679A; DE1906008B2; US3798027A; CH508729A; FR2001827B1; FR2001827A1; DE1906008C3

Description

Dr. E. Wetzet «» womb·* ι,6.Feb.1969

_.. . Hafnaraptate 3 - Poathelt 9347

Dipl.-'nCJ. E. TerQaU Τ·Ι·)<0β/22327-Τ·1.09H/a040«1-«3 Pottaehaekkonto Nlmkarg 11181 Patentanwälte ^-υ^ζ.ΐοκ«««.!»^«^«,-

Γ Uiimt ZalehM bitte Imf f >■«—. 8/2 58/69 I

Centre de Recherches ßcientifiques et Techniques de I¹Industrie des Fabrications Metalliques, en abrege O.E.I.F., Ixelles(Belgien)

Graues, geimpftes Gußeisen Die Erfindung bezieht sich auf Graugußeisen· %

Die als "hochfester Grauguß mit lamellarem Graphit" bekannten Gußeisenarten haben einen relativ niedrigen Kohlenstoffes bis 3,2 %) und Siliziumgehalt (1 bia 1,5 ^).

Die Zugfestigkeit dieser Gußeiaenarten, gemessen an Probebarren von 30 mo Durchmesser, liegt selten über 45 kg/mm , weil die Härte bis zu 320 Brinell betragen kann.

Um diese hohen Festigkeiten zu erreichen, ist es im übrigen meistens notwendig, teuere Legierungeelemente wie Kupfer, Nickel, Molybdän und /oder Chrom hinzuzufügen und eine Impfbehandlung beim Gußeisen durchzuführen.

Diese bekannten Gußeisenarten mit hoher Festigkeit zeigen dabei auch noch den Nachteil, daß durch den niedrigen Kohlenstoff- und Siliziumgehalt die Neigung zur Weißeinstrahlung ziemlich groß ist. Die Gefahr der Bildung unbearbeitbaren weißen Gußeisens nimmt also zu, wenn die Wandstärke des Gußstückes abnimmt. Dazu kommt noch, daß infolge ihrer großen Härte die Gußeisenarten hoher Festigkeit ziemlich schlecht - *··*·"*« '¹V' 009884/0988

Vor etwa 30 Jahren wurde schon vorgeschlagen, Gußeisen herzustellen, das aus Elsen, Kohlenstoff und Aluminium besteht, die sehr wenig oder kein Silisiura

Dieses Gußeisen wurde aber la nicht geiapften Zustand vergossen und seine Eigenschaften waren schlechter als die des normalen Siliziuagußeisens.

Die heutigen Kenntnisse über den Medasnisnus der Impfung von Grauguß gestatten es, eine einleuchtende Erklärung dafür zu geben·

In der !Tat enthalten wegen der de sortierenden Fähigkeit d©g Aluaialuas die 6u£cdsenarten Bit holim» jauffiinluageaalt f as* keinen als ?βθ gelösten Sauerstoff und auch nicht an Sili~ ziua gebundenen Sauerstoff in Fora von Siög-Einscblüssen· Es folgt daraus, daß Kieneleäureteilclien, die natürliche Keiae für die Graphitisierung von grau«» Siliasiumgußeisen darstellen, nicht vorhanden sind, wodt^reh die bekannten, aber nicht geiapften Gußeisenarten slt Aluainium eine starke Neigung sur Weißeinstrahlung aufweisem und ihre keit nicht höher bzw. niedriger ist aim die des gußeisens.

Die Erfindung schlägt eine neue und verbessert® 3k vor, die Eigenschaften besitzt^ w©lsa® sich nicht sex <m eisen ergeben, wenn Aluainiua alt aJtfela^sB @ä.®r hohem ziuagehalt (die übrigens bei Silisi5?.agtißeiss-i aoraal sind)

009884/0988 ORDINAL tNS^ECTED

verwendet wird, und auch nicht bei Gußeisen Mit hohes SiIiziuGBgehalt, aber ohne Aluainiua, wenn diese ait einer Legierung, die Kalziua, Bariua oder Strontium enthält, geiapft

Zu dieses Zweck enthält geaäß der Erfindung das Gußeisen einerseits Aluminium als graphitisierendes Eleaent, und andererseits ist es geiapft.

Die Zugfestigkeit von grauen Gußeisen geaäß der Erfindung schwankt für Gußeisen ait laaellarea Graphit zwischen 35 und 70 kg/um² in Abhängigkeit von der Wandstärke und voa Kohlenstoff- und Aluainiuagehalt Bit einer fast unbedeutenden neigung zur Weißeinstrahlung·

Aus der belgischen Patentschrift 563 W iet eine Eisenlegierung bekannt, bei deren Herstellung gleichseitig Hangan und Aluainiua zugesetzt wird, ua eine größere Verschleißfestigkeit und Feuerfestigkeit zu erreichen. Die Eigenschaften dieses bekannten Gußeisens unterscheiden sich stark von denen des erfindungsgeaäßen Gußeisens, wie aus nachstehenden Ausführungen hervorgeht.

Aus der USA-Patentschrift 2 662 820 ist es bekannt, bei der Herstellung graues Gußeisen Aluainiua hinzuzufügen. Es wird aber darauf hingewiesen* daß es sich hierbei ua ein übliches Gußeisen ait Kugelgraphit handelt, wobei 4as Aluainiua die Dauer des Kugelgraphitbildungseffektes verlängert.

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Qeaäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Aluminiumgehalt des Gußeisens zwischen 1 und 3 %.

23er ßiliziumgehalt des Gußeisens gemäß der Erfindung wird vorzugsweise und vorteilhaft unter Λ% gehalten.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Gehalt an Silizium als graphitisierendes Element null·

In der Tat wir* gemäß der Erfindung das Impfelement, das aus der Gruppe gewählt wird, die Kalzium, Barium, Strontium aufweist, vorteilhaft mit einem Träger, der Aluminium enthält, in das Gußeisen eingebracht·

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Fig«1 bis 3 erläutert·

Pig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem die Zugfestigkeit von Probebarren von 30 mm Durchmesser aus Gußeisen, das im Mittel 1,8 (Kurve 1) oder 2,5 % (Kurve 2) Aluminium enthält und mit einem Zuschlag von Λ% SiCa geimpft worden ist, in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt dargestellt ist.

Die gestrichelte gerade Linie 3 der Mg. 1 stellt die theoretische Zugfestigkeit von üblichem Gußeisen «it 1,5# Silizium dar. Es ist ersichtlich, daß bei gleichem Kohlenstoffgehalt die Zugfestigkeit des mit SiCa geimpften Aluminiumgußeisens um 10 bis 15 kg/mm höher liegt als die Zugfestigkeit des üblichen Gußeisens mit 1,5 % Silizium.

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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsfora der Erfindung liegt der Aluminiumgehalt des Gußeieens zwischen 1 und 3 %·

Fig. 2 zeigt den Einfluß des Siliziumgehalteβ auf die Zugfestigkeit des geimpften Aluminiumgußeisens von Probestäben mit drei verschiedenen Durchmessern.

Die Kurve 4 bezieht sich auf Rundstäbe von 30 mm Durchmesser, ύ Kurve 5 auf Rundstäbe von 20 mm Durchmesser und Kurve 6 auf Rundstäbe von 12 am Durchmesser.

Es kann festgestellt werden, daß der Einfluß des Gehaltes an Silizium zwischen 0,4 und 0,8 % schwach ist, daß der optimale Wert um etwa 0,75 % liegt und daß oberhalb 0,9 % Silizium die Festigkeit sehr schnell absinkt·

Der Siliziumgehalt des grauen Gußeisens gemäß der Erfindung soll vorteilhaft unter Λ % liegen·

Gemäß einer besonderen Aueführungeform der Erfindung ist der Gehalt an Silizium als graphitierendes Element null) dieses Element wird völlig durch Aluminium ersetzt·

Der Einfluß steigender Mengen von Hangan, Schwefel und Phosphor auf die Eigenschaften eines Gußeisens mit 2,7 % Kohlenstoff, 0,45 % Silizium und 1,84 % Aluminium ist in nachfolgender Tabelle wiedergegeben«

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Tabelle Z Sinfluß von Mn, β und F auf die meehsuiachen Eigenschaften

von Aluainiuagußeisen

Guß eiien	tfeiSein- Btrah- lungstiefe tu BB	H.	0 20mm	2	HB 0 30mm	Schlagmodul
0,35	2	0 50..	53,6	0 12b»	257	kgca/ear
0,60	3	51,3	53,8	55,2	260	12,9
A 0,95	3	51,9	44,2	54,6	230	12,5
1,10	9	47,5	46	-■	281	9,9
0,025	1	47,5	52 .	47,1	256	6,6
0,058	2	48,6	51_S2		224	12,2
B 0,051	4	46,5	51,2	51,8	249	12,1
0,079	5	49,2	48	53,5	252	10,9
0,047	2	43,6	52,6	50	244	11,6
0,071	2	51,7	54	54,1	257	13,8
σ 0,112	2	52,1	49,2	-	249	13,1
0,182	a	51	50	52,3	246	10,7
49,2	51,5	S,2

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Die Ergebnisse zeigen, daß Mangan die Weißeinstrahlung erhöht und die Zugfestigkeit sowie den Sohlagaodul herabsetzt, insbesondere wenn der Hangangehalt 0,6 % überschreitet.

Schwefel erhöht die VeiBeinstrahlung und setst die Zugfestigkeit und den Schlagaodul herab.

Phosphor hat keinen Einfluß auf die Veißeinstrahlung, setzt -aber den Schlagaodul'deutlich herab·

Es ist also vorteilhaft, den Hangan-, Schwefel- und Fhosphorgehalt auf die folgenden aaociaalen Verte zu beschranken ι 0-7 % für das Hangan, 0,05 % für den Schwefel und 0,1 % für den Phosphor.

Durch die Abwesenheit natürlicher Keiae und trotz des graphi-

i tisierenden Effektes des Aluainiuas ist die Neigung zur Veifip einstrahlung des Gußeisens nach der Erfindung, das aber nicht geiapft ist, sehr groß. i

Sie Weißeinstrahlungstiefe schwankt für nicht geiapftes Gußeisen in allgemeinen zwischen 20 ao und der vollständigen Weißerstarrung. Sie ist nach der Iapfung fast unbedeutend (0 bis 2 mm).

Es B»uß aber darauf hingewiesen werden, daß dieses Resultat nur durch Zuschlag einer größeren Menge Impfaittel , wie sie für die Impfung von übliohea Siliziuagußeisen verwendet wird, erhalten werden kann.

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In der Tat, wenn auch die Üblichen Gußeisenarten meistens mit 0,1 bis 0,3 % eines Impfmittels, zum Beispiel BiOa geimpft werden, dann soll das Gußeisen gemäß der Erfindung mit mindestens 0,3 % SiOa geimpft werden.

Obwohl die Eigenschaften mit steigender Menge des hinzugefügten Impfmittels verbessert werden, ist es wirtschaftlich nicht gerechtfertigt, mehr als 2 % BiOa zu verwenden.

Is muß darauf hingewiesen werden, daß es nicht unbedingt notwendig ist, daß das Impfmittel als Träger des aktiven Impfelementes Silizium enthält.

Im Gegenteil, um das Einbringen von Silizium und eine Anreicherung von Silizium durch Verwendung von Kreislaufmaterial su vermeiden, ist es sogar vorteilhaft, die Impfung mit Legierungen des Typs Fe-Al-Ca durchzuführen, die kein Silizium enthalten und speziell dafür entwickelt wurden.

Die Kurve 7 der Fig.3 gibt die Beziehung zwischen der Brinell-Härte und der Zugfestigkeit von Aluminiumgußeisen wieder.

Sie Kreise stellen die ermittelten Versuchsergebnisse bei Gußeisen Slit 1,8 % Aluminium dar, während sich die Kreuze auf Guieisen mit 2,5 % Aluminium beziehen. Alle Messungen wurden an Probebarren von 30 mm Durchmesser aus mit A% SiOa geimpftem Gute!sen durchgeführt.

Zu· Tergleich mit üblichem SiliziumguÜeisen gibt die gestrichelte Linie 3 dafür die theoretische Beziehung nach der Formel

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HB - 100 + 4,3 B_t, wobei

HB die Brinell-Härte und E₁. die Zugfestigkeit bedeutet·

Die Funkte stellen die wenigen seltenen quantitativen Ergebnisse dar, die in der Literatur für Gußeisen Bit hoher Zugfestigkeit zu finden sind.

Trotz hoher Zugfestigkeit ist die Härte des Gußeisens geafcfi der Srfindung relativ niedrig) es folgt daraus, daß die Bearbeitbarkeit vergleichbar oder sogar besser ist als die des Siliziuagußeisens.

Bas Gußeisen geaäß der Erfindung bietet auoh noch den Torteil, daß es mit wenig teueren Rohstoffen hergestellt werden kann, deren Lagerung unter allen Umständen einfach ist· Das erfindungsgeaäße Guleisen eignet sioh besonders gut sur Herstellung hochfester Gußstücke und dünnwandiger Gußstücke, die nachher i bearbeitet werden sollen.

Bas ia Gußeisen vorhandene Aluminium verhindert jede Fora-Metall-Reaktion, wodurch das Ankleben von Sand an Gußstück fast völlig beseitigt wird·

Die Gußhaut τοη U-UMiniaegttßeiien ist dadurch sohüwr «Is «ie von übliohee Siliiiusguieisen, weder·* die Virtsehaftliohkeit bei der leiaigtmg von Gulstüoken erhöht wird·

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Iin sehr wichtige« Anwendungsgebiet für da· erfindungegenäße Gußeisen besteht ia Gießen in Metallfeinen,

Si· Guß· tuck β au· üblich··, in Ketallforaen gegossenes SiliziunguBeisen au·«en meistens einer Wärmebehandlung unterzogen werden, üb die Karbide zu zersetzen, die während der schnellen Abkühlung in der Metallform ausgeschieden wurden.

Versuch· haben gezeigt, dal infolge der sohwaohen Neigung zur Veileinstrahlung des Gußeisen» nach der Erfindung die Bit dieses Gußeisen in Metallforaen gegossenen Stücke keine an-■ohlielende Wärmebehandlung benötigen.

Ib folgenden werden zwei Beispiele von Zusammensetzungen des Gußeisens geaäfi der Irfinduiig gegeben, die nicht zur Kugelbildung behandelt und zu Probebarren rergossen wurden.

Si· Tabelle der Härte-und festigkeitsBOsimgen des Beispiele zeigt sub Vergleich dl· Meßergebnieee bei eine« Gußeisen gemäß der Irfindung, das also geiBpft wurde. Der Silisiuagehalt ist die Subb· des nicht zu vermeidenden 9ili»iu«gehalte· der Eohstoffe und des SilisiuBgehmltes des iBpfalttels sowi· d@s nieht geiepften KohguBeieens, dessen Sili»iu«gehalt der ■eidlioae Siliziuageb.alt ron HofestoXfen ist.

Oaeeiioke S«sasiBeneets«&g ί

liett geiayftee Bokgulels«» t a_v$Ofl 0,0,09* 0i,1,89

WL* Hl iiitt geiapf«·· β ale is« t S »7^ Cl, 0,35!*

ORIGINAL WSPSCTED

Zoefaatlakait in kaVm

0 30	■a	0 20	■■	0 12 m	*j(al«tfi**
nioht geiapft	geiapft	nioht gaiapft	geiapft	nioht gaugft	57,9 . 1
24,7	50,2	3β,9	52,6	weitste ßuBaiaan

WeiBeinatrahlungatiafa in ■■ Sohlagaodul kgoe/c·⁵

	nicht jr	l-Hf-pte	aiapf	t eeiapft 2
η Ba	40		13,5
50-)	5	,6
Irina1

0 30	Ml	0 20	a«	0 12 «a	>
nioht gaiapft	gaiapft	nioht gaiapft	gaiapft	nioht gaftgfr	gaiap»
246	234	295	256	weiaata GuSaiaan (330) ,	.280

Bei dieaea Beiapial warAa aus Vergleich ein eit 1% geiapftee Gußeisen verwendet. '·'*·*

nicht geiapft 5,18 0,15 0,45 0,042 0,0*0 2,53

gaiapft ait SiOa 5,02 0,77 0,44 0,043 0,030 8,53

geiapft ait Ia-Al-Oa 3,10 0,12 0,45 0₉041 0,031 2,85

(Ia ι 40 % j Al : 40 %

Oa : 20 ""

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ORIGINAL INSPECTED

Eigen schaften	0 30 mm	SiOa	FeAlCa	0	20 mm	FeAlOa	0	12 mm	PeAKJa
Zug festig keit ο kg/mmf Brinell- Härte	nicht geimpft	47,6 241 I	49,8 245	nicht geimpft	SiOa	53,5 278	nicht geimpft	SiOe	55,1 302
	40,1 239			42 272	51,8 285	nicht Keirapft	43,2 288	533 302	SiOa Fe-Al-Oa

Weißeinstrahlungstiefe in mm 20 0,5 0,5

In das Gußeisen, dessen Zusammensetzung mitgeteilt wurde, können getrennt oder gleichzeitig variable Mengen Legxerungselemente eingebracht werden, wenn neben einer nahen Festigkeit besondere Eigenschaften (wie Korrosions- oder Wärmefestigkeit usw.) erwünscht sind.

So können zum Beispiel hinzugefügt werden :

0 - 6 % 0 - 12 % 0 - 5 % 0 - 2 % 0-1 %

Kupfer :
Nickel :
Chrom :
Molybdän :
Zirkonium:

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Claims

Patentansprüche :

1. Grauea, geimpftes Gußeisen, dadurch gekennzeichnet, daß es Aluminium als graphitisierendes Element enthält.

2. Gußeisen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Aluminiumgehalt etwa 3# beträgt.

3. Gußeisen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Siliziumgehalt etwa 1% beträgt.

4. Gußeisen nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß sein Gehalt an Silizium als graphitisierendes Element null ist.

5. Gußeisen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sein Kohlenstoffgehalt zwischen etwa 2 bis 4 % liegt.

6. Gußeisen nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Impfelement, das aus der Gruppe Kalziu«, Barium oder Strontium ausgewählt wird, «it eine« Träger, welcher Aluminium enthält, in das Gußeisen eingebracht wird.

7. Gußeisen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Eisen-Aluminium-Legierung ist.

8. Gußeisen nach Anspruch 6 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß es mit mindestens 0,3% eines Impfmittels geimpft wird.

9. Gußeisen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Sugelgraphitbildung behmndelt ist.

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