DE1906008B2

DE1906008B2 - Graues, geimpftes gusseisen

Info

Publication number: DE1906008B2
Application number: DE19691906008
Authority: DE
Inventors: Charles ZeIe Eeghem Jan van Deurle Defrancq, (Belgien)
Original assignee: Centre de Recherches Scientifiques et Techniques de Plndustne des Fabri cations Metealliques CRIF, Ixelles (Belgien)
Priority date: 1968-02-13
Filing date: 1969-02-07
Publication date: 1973-05-30
Also published as: GB1258824A; BE710679A; DE1906008C3; CH508729A; FR2001827A1; FR2001827B1; DE1906008A1; US3798027A

Description

Die Erfindung t. zieht sich auf graues, mit einer handelsüblichen Impflegieri'ng vci Typ SiCa oder FeAICa, in der Kalzium durch Barium oder Strontium ersetzt sein kann, geimpfte Gußeisen mit hoher Festigkeit und geringer Weißeinstrahlung.

Es ist bekannt (Prospekt der Gesellschaft für Elektrometallurgie mbH., Düsseldorf, 1965, S. 30), Gußeisen mit 0.1 bis 0,3% einer Impf legierung aus SiCa zu impfen, wodurch bei Gußeisen die Wanddickenempfmdlichkeit verringert und Kantenhärte sowie Weißeinstrahlungen vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gußeisen der oben bezeichneten Art mit höherer Festigkeit und geringerer Härte und damit leichterer Bearbeitbarkeit zu schaffen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gußeisen aus 1 bis 3% Aluminium, 2 bis 4% Kohlenstoff. 0 bis 1% Silizium, 0 bis 0,7% Manean, 0 bis 0,05% Schwefel, 0 bis 0,1% Phosphor, Ö bis 6% Kupfer. 0 bis 12% Nickel. 0 bis 5% Chrom, 0 bis 2% Molybdän, 0 bis 1% Zirkonium, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht und mit 0,3 bis 2¹V₀ der handelsüblichen Impflegierung geimpft ist.

Das graue Gußeisen gemäß der Erfindung weist eine hohe Zugfestigkeit bis zu 70 kg/mm² auf. Es besitzt eine geringe Härte und läßt sich deshalb leicht bearbeiten. Es hat ferner eine fast unbedeutende Neigung zur Weißeinstrahlung.

Es ist bekannt (E. Pi wo war sky, »Hochwertiges Gußeisen«, 1951, S. 786), Aluminium in Gehalten bis 0.2% zu flüssigem Grauguß zuzusetzen und hierbei als Desoxydationsmittel zu verwenden, wodurch das Korn verfeinert, die Dichte des Materials erhöht und auch die mechanischen Eigenschaften des gegossenen Materials verbessert werden. So konnten bereits durch Alimiiniumgehalte von 0,02 bis 0,08% bei Grauguß mit etwa 3,5% C und etwa 1% Si Steigerungen der Biegefestigkeit um 25% bei gleichbleibender oder etwas erhöhter Durchbiecune festgestellt werden, wobei auch die spezifische Schlagfestigkeit um 25 bis 50% zunahm. Es wurde aber auch" festgestellt, daß Biegefestigkeit, Durchbiegung, Zugfestigkeit und Bearbeitbarkeit mit zunehmendem Aluminiumgehalt bei steigender Härte absinken bis zu einem Minimum bei 1 bis 2% Aluminium. Mit weiterem Aluminiumzusatz steigen Biegefestigkeit, Zugfestigkeit und Bearbeitbarkeit bei abfallender Härte vorübergehend bis 4% Aluminium wieder an,

ίο um mit zunehmendem Aluminiumgehalt erneut abzufallen, wobei die Härte zunimmt. Die bekannten, mit Aluminium legieren grauen Gußeisen weisen eine Zugfestigkeit auf, die im Gegensatz zu der des eirindungsgemäßen grauen Gußeisens 30 kg/mm² niemais überschreitet.

Das erfindungsgerr.äße Gußeisen hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Impfung mit 0,3 bis 2% der Impflegierung und die Grundzusammensetzung des erfindungsgemäßen Gußeisens die bekannten nachteiligen Wirkungen des Aluminiums aufgehoben werden und eine hohe Zugfestigkeit, eine geringe Härte und damit eine gute Bearbeitbarkeit erreicht werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der F i g. 1 bis 3 erläutert.

F1 g. 1 zeigt ein Diagramm, in dem die Zugfestigkeit von Probebarren von 30 mm Durchmesser aus Gußeisen, d'is im Mittel 1.8 (Kurve 1) oder 2,5% (Kurve 2) Aluminium enthält und mit einen-, Zuschlag von 1% SiCa geimpft worden ist, in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt dargestellt ist.

Die gestrichelte gerade Linie 3 der F i g. 1 stellt die theoretische Zugfestigkeit von üblichem Gußeisen mit 1,5% Silizium dai. Es ist ersichtlich, daß bei gleichem Kohlenstoffgehalt die Zugfestigkeit des mit SiCa geimpften Aluminiumg'-ßeisens um 10 bis 3 5 kg/mm² höher liegt als die Zugfestigkeit des üblichen Gußeisens mit 1,5% Silizium.

Gemäß der Erfindung liegt der Aluminiumgehalt des Gußeisens zwischen 3 und 3%.

Γ i g. 2 zeigt den Einfluß des Siliziumgehaltes auf die Zugfestigkeit des geimpften Aluminiumgußeisens von Probestäben mit drei verschiedenen Durchmessern.

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

t£s 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 bis 1% betragen.

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

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

Schwefel erhöht die Weißeinstrahlung und setzt die Zugfestigkeit und den Schlagmodul herab.

Phosphor hat keinen Einfluß auf die Weißeinstrahlung, setzt aber den Schlagmodul deutlich herab.

Tabelle I
Einfluß \on Mn, S und P auf die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumgußeisen

	A	0,60	..j .	0,038	Weiü-	■ 30 mm	tu kg/mm²	.· 12 mm	HB	Schlagmodul
Gußeisen	A.	0,93		0.05 1	einsiruhlungslicfc	51,3		55.2
		1,10	0.079	in mm	51,9	.. 20 mm	54,6	. 30 mm	kgcm.cni"'
% Mn 0.35	/ο ^a I 0,025	ο η /O I	2	47,5	53,6		257	12.9
	I 0,047	3	47,5	53.8	47,1	260	12.5
_r i 0,071	3	48.6	44.2		280	9.9
	9	46,5	46	51.8	281	6,6
	1	49.2	52	53.5	2M-,	12.2
0,112	2	43,6	51,2	50	-111	12.1
0,182	4		51,2		249	10.9
5	51,7	48	54,1	252	11.6
	52,1		—
Ί	51	52.6	52.3	244	13.8
2	49,2	54	51.5	257	13.1
■>	49,2	249	10.7
2	50	246	8.2

Es ist also vorteilhaft, den Mangan-, Sclvefeliind Phosphorgehalt auf die folgenden maximalen Werte zu beschränken: 0,7⁰Z₀ für das Mangan, 0,05% für den Schwefel und 0,1% für den Phosphor.

Durch die Abwesenheit natürlicher Keime und trotz des graphitisierenden Effektes des Aluminiums ist die Neigung zur Weißeinstrahlung des Gußeisens nach der Erfindung, das aber nicht geimpft ist, sehr grc.l

Die Weißeinstrahlungstiefe schwankt für nicht jzeimpftes Gußeisen im allgemeinen zwischen 20 mm und der vollständigen Weißerstarrung. Sie ist nach der Impfung fast unbedeutend (0 bis 2 mm).

Dieses Resultat kann nur durch Zuschlag einer größeren Menge impfmittcl, wie sie für die Impfung von üblichem Siliziumgußeisen verwendet wird, erhalten werden.

Während die üH'chen Gußeisenarten meistens mit 0.1 bis 0,3"/n eines Impfmittels, z. B. SiCa geimpft werden, muß das Gußeisen gemäß der Erfindung mit mindestens 0,3% SiCa geimpft werden. Obwohl die Eigenschaften mit steigender Menge des hinzugefügten Impf mittels verbessert werden, ist es wirtschaftlich nicht gerechtfertigt, mehr als 2% SiCa zu verwenden.

Es ist nicht unbedingt notwendig, daß das Impfmittei Silizium enthält. Um das Einbringen von Silizium und eine Anreicherung von Silizium durch Verwendung von Kreislaufmaterial zu 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 F i g. 3 gibt die Beziehung zwischen der Brinell-Härte und der Zugfestigkeit von Aluminiumgußeisen wieder.

Die Kreise stellen die ermittelten Versuchsergebnisse bei Gußeiser mit 1,8% Aluminium dar, während sich die Kreuze auf Gußeisen mit 2,5% Aluminium bezichen. Alle Messungen wurden an Probebarrcn von 30 mm Durchmesser aus mit 1 % SiCa geimpftem Gußeisen durchgeführt.

derjenigen \on sogar besser ist

Zum Vergleich mit üblichem Siliziumgußeisen gibt die gestrichelte Linie 8 dafür die theoretische Bejo ziehung nach der Formel

HB -· 100 i- 4,3o-_ls,

wobei HB die Brinell-Härte und ai> die Zugfestigkeit bedeutet.

Die Punkte stellen die wenigen quantitativen Ergebnisse dar, die in der Literatur für Gußeisen mit hoher Zugfestigkeit zu finden sind.
Trotz hoher Zugfestigkeit ist die Härte des Ciußeisens gemäß der Erfindung relativ niedrig. Es folgt daraus, daß die Bearbeitbarkeit
Siii/iiumgußeisen vergleichbar oder
als diese.

Das Gußeisen gemäß der Erfindung bietet auch noch den Vorteil, daß es mit wenig teueren Rohstoffen hergestellt verden kann. Das erlindungsgemäße Ciußeisen eignet sich besonders gut zur Herste'lung hochfester und dünnwandiger Gußstücke, die nachher bearbeitet werden sollen.

Das im Gußeisen vorhanden'" Aluminium verhindert jede Form-Metall-Reaktion, wodurch das Ankleben von Sand am Gußstück fast völlig beseitigt wird, wodurch die Wirtschaftlichkeit bei der Reinigung von Gußstücken erhöht wird.

Die Gußhaut von Aluminiumgußeisen ist dadurch schoner als die von üblichen Siliziurrgußcisen.

Ein sehr wichtiges Anwendungsgebiet für das erlindungsgemäße Gußeisen besteht im Gießen in Metallformen. Dif Gußstücke aus üblicher, in Metallformcn gegossenen Siliziumgußeisen müssen meistens einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die Karbide zu zersetzen, die während der schnellen Abkühlung in der Metallform ausgeschieden wurden. Versuche haben gezeigt, daß infolge der schwachen Neigung zur Weißeinstrahlung des Gußeisens nach der Erfindung die mit diesem Gußeisen in Metallformen gegossenen Stücke keine anschließende Wärmebehandlung benötigen.

Im folgenden werden zwei Beispiele von Zusammensetzungen des Gußeisens gemäß der F.rfmdung gegeben' die nicht zur Kugelgraphitbildung behandelt und zu Probebarren vergossen wurden.

Die Tabelle mit den Härte- und Festigkeitswerten S des Beispiels zeigt zum Vergleich die Mcßergcbnissc bei einem Gußeisen gemäß der Erfindung, das geimpft wurde. Der Siliziumgehalt ist die Summe des nicht zu vermeidenden Silicziumgehaltes der Rohstoffe und des Siliziumgehaltes des Impfmittels.

Beispiel 1 Chemische Zusammensetzung

Nicht geimpftes Rohgußeisen:

Zuufestiakcit in kc/mm-

30 mm

nicht geimpft

24.7

geimpft

50.2

20 mm

nicht
geimpft

38,9

geimpft

52.6

12 mm

nicht geimpft

weißes Gußeisen

geimpft

nicht geimpft geimpft

Weißeinstrahlungstiefe in mm .... 40 2 Schlagmodul kgcm/cm³

(Durchmesser 30 mm) 5,6 13,5

Brinell-Härte

30 mm

2,90 °/₀ C. 0,09% Si, 1,85 »/„Al;

mit 1% SiCa geimpftes Gußeisen:

2,70% C, 0,35% Si, 1,85% Al.

nicht geimpft

246

geimpft

c 20 mm nicht

geimpft

234 i 295

geimpft

256

3 12 mm nicht geimpft

weißes

Gußeisen

(330)

geimpft

Beispiel 2 Bei diesem Beispiel wurde zum Vergleich ein mit 1% FeAlCa geimpftes Gußeisen verwendet.

Chemische Zusammensetzung %C I "/,Si j "/„Mn I °/₀P j °/₀S

·/. Al

Nicht geimpft Geimpft mit SiCa

Geimpft mit Fe-Al-Ca (Fe: 40%; Al: 40%; Ca: 20%)

3,18 3,02

3,10

0,45 0,44

0,45

0,042 0,042

0,041

0,040 0,030

0,031

2,53 2,53

2,85

Eigenschaften	nicht geimpft	0 30 mm SiCa	FeAICa	nicht geimpft	c 20 mm SiCa	FeAlCa	nicht geimpft	•7 12 mm SiCa	FeAlG
Zugfestigkeit (kg/mm²) ... Brinell-Härte	40,1 239	47,6 241	49,8 245	42 272	51,8 285	53,5 278	43,2 288	53,3 302	55,1 302

nicht geimpft

Weißeinstrahlungstiefe in mm 20

SiCa FeAlO 0,5 0,5

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

So kennen z. B. hinzugefügt werden:

Kupfer 0bis6%

Nickel 0 bis 12%

Chrom 0 bis 5%

Molybdän 0 bis 2% Zirkonium 0 bis 1 °/„ Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

tEICHNUNGEN BLATTl

Nummer:
Int. Cl.:
Deutsche Kl.:
Auslegetag:

C 22 c, 37/IC 40 b,37/10 30. Mai 1973

Kg/mm² $0

*6 (2 48 44 40 96

te 24 20

	/ /	/ /	J*	ο J	f	X	ο ο" A¹ *^f°o*	• ·
			O					-8
			./		X
			/-7





/ O

150 175 200 225 250 275 300 325 HE

FIG.3

309522/

Claims

Patentanspruch:

Graues, mit einer handelsüblichen Impflegieriing vom Typ SiCa oder FeAlCa, in der Kalzium durch Barium oder Strontium ersetzt sein kann, geimpftes Gußeisen mit hoher Festigkeit und geringer Weißeinstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 1 bis 3% Aluminium, 2 bis 4% Kohlenstoff, 0 bis 1 °/₀ Silizium, 0 bis 0,7¹V₀ Mangan, 0 bis 0,05% Schwefel, 0 bi;: 0,1% Phosphor, 0 bis 6% Kupfer, 0 bis 12% Nickel, 0 bis 5% Chrom, 0 bis 2% Molybdän. 0 bis 1% Zirkonium, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht und mit 0.3 bis ?"„ der handelsüblichen Impflegie- ; Ling geimpfi isi.