DE1936153A1

DE1936153A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Gusseisen mit knoetchen- oder kugelfoermigem Graphit

Info

Publication number: DE1936153A1
Application number: DE19691936153
Authority: DE
Inventors: Mccaulay James Lindsay; Dunks Clifford Matthew
Original assignee: Materials and Methods Ltd
Current assignee: Materials and Methods Ltd
Priority date: 1968-07-17
Filing date: 1969-07-16
Publication date: 1970-08-20
Also published as: BE736235A; DK121063B; FR2013133A1; NL163564B; BG15588A3; US3703922A; RO54427A; NL6910959A; AR203401Q; NL163564C; AT301060B; LU59118A1; GB1278265A; ES369657A1; SE353476B; CH525052A; DE1936153B2

Description

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MAiMIALS AND MBl¹HODS LIMIiMSD, Meer ion House, Albert Road Worth, Reigate» Surrey (England)

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Gußeisen mit knötohen- oder kugelförmigem Graphit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gußeisenteilen aus Eisen,in welchem das Graphit in Knötohen- oder Kugelform vorhanden ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens·

In den letzten Jahren wurden zahlreiche Verfahren entwickelt,

um das in Grauguß vorhandene Graphit in Knötohen- oder Kugelaue form zu überführen, wenn das gesohmolzene Eisen/dem Sohmelz ofen ausströmt oder sich in der Gießpfanne befindet·

Alle diese Verfahren hängen von der Verwendung von eine Knötohen- oder Kugelbildung hervorrufenden Zusatzmetallen wie Magnesium, Kalzium, Lithium, Strontium, .Barium, Zer, Didyn, Lanthan und Yttrium ab, die bei der Temperatur des geschmolzenen Gußeisens leioht oxydierbar oder flüchtig sind, und deren Wirkung entweder während der Verarbeitung oder dem anschließenden Stehen und der zum Oberführen des Gußeisens in die !Formen benötigten Zelt abgesohwäoht oder ganz aufgehoben wird. Hierdurch ergibt sloh ein Verlust an Festigkeit des Gußeisens, da sich das in demselben befindliche Graphit wieder in dit ursprünglicht Flookenforas oder Laraillenfora zurüokverwftndtli· Misia In dtx GieStreittohnik auftretende Schwinden wird auch "fading" gtnannt und ist ein in der gesamten ein-

schlägigen Industrie vorhandenes Problem.

Um diesen .Nachteil auszugleichen, werden zahlreiche Sohritte unternommen, von denen einer darin besteht, eine große Menge, d.h. eine überschüssige M_enge von kugelbildenden Zuschlagstoffen zu verwenden. Ein anderer Schritt besteht darin, weitere Zuschlagstoffe während des Vergießens des Gußeisens zuzugeben. J)Joch ein anderer Schritt besteht darin, das Gußeisen entweder in der Gießpfanne oder während des Yergießens selbst zu "impfen". Alle diese Schritte führen jedoch zu erhöhten Herstellungskosten, weil die die Kugelbildung bewirkenden Zuschlagstoffe kostspielig sind und selten mehr als 40 % derselben rückgewonnen werden können· Außerdem führen die großen Mengen der die Kugelbildung hervorrufenden Zuschlagstoffe dazu, daß die Bildung von Oxyden und Silikaten zunimmt, welohe in der Schmelze gebunden werden, so daß verunreinigte Gußstüoke oder durch Schaumbildung hervorgerufene Fehler entstehen. Auch kann der Überschuß dieser Zuschlagstoffe zu einen Ansteigen von unterhalb der Oberfläche entstehenden Lunkern und der Bildung von "Elefantenhaut¹¹ führen und außerdem das Schrumpfen des Gußeisens während des Verfestigungsvorganges verstärken und andere fehler hervorrufen, wodurch sowohl physikalische Eigenschaften als auch die Formtreue des Endproduktes beeinträchtigt werden.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß die meisten dieser als Zuschlagstoffe verwendeten Alkalimetalle oder seltene Erdenmetalle wie Zer, Didyn, Lithium, Magnesium und Strontium auoh Carbidstabilisierer sind, so daß auoh das Probita der Überbehandlung, der Herstellung von harten und brüchigen Gußtelltn und der Verlust der Bearbeitbarkeit und Gesobaeidigkeit bzw. Zähigkeit und Verformbarkeit der Gießkörper ständig vorhanden ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist «s möglich, die meisten dieser Probleme in einfacher Weis· zu überwinden und gleichzeitig die Herstellungskosten des Gußeisens zu verringern·

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Dies wurde dadurch erreicht, daß die die Kugelbildung bewirkenden Zuschlagstoffe innerhalb oder nahe der Gießform selbst zugegeben werden.

Zusätzlich, zu dem üblichen Gießstutzen oder Grießrohr, dem das flüssige Gußeisen aufnehmenden Beruhigungsraum und der Steigeinriohtung, die benötigt werden, um das flüssige Material in der richtigen Weise in die endgültige Gießform zu bringen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine "Vorkammer, die als Zwisohenkammer bezeichnet wird, vorgesehen, welohe die die Eugelbildung des Graphits hervorrufenden Zuschlagstoffe aufnimmt bzw· enthält. Diese Zwischenkäufer kann in jeder geeigneten Lage zum Gießstutzen, zum nach unten führenden Eingußrohr, zur Einlaßöffnung der Gießform und zur Steigeinriohtung und auch zur Gießform selbst derart angeordnet sein, daß das einströmende geschmolzene Metall mit dem die Eugelbildung des Graphits hervorrufenden Zuschlagstoff in Berührung kommt und die Reaktion gleichförmig im gesamten einströmenden Metall beginnt« Die Reaktion setzt sich dann gleichförmig fort, bis die Gießform vollständig gefüllt ist.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus Gußeisen, dessen Graphitgehalt in Enötohen- oder Kugelf oroa vorhanden ist, vorgeschlagen, gemäß dem nicht behandeltes geschmolzenes Graugußeisen in Gießformen durch eine oder mehrere Zwisohenkamaern gegossen wird, welohe einen Kugel' bildner oder ein die Kugelform des Graphits bewirkendes Mittel in einer Menge enthalten, die gerade ausreicht, um sämtliches la Gußeisen enthaltenes Graphit in Knötohen- oder Kugelfora umzuwandeln·

Da die Reaktion beginnt, sobald das geschmolzene Metall die die Kugelformung des Graphits hervorrufenden Zuschlagstoffe überdeckt, findet die Auflösung dieser Zuschlagstoffe ohne Kontakt mit Luft statt.

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Gemäß der Erfindung wird außerdem eine Gießform zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, welche einen Gießstutzen, ein naoh unten führendes Eingußrohr, Eingießöffnungen und Steig- bzw. Beruhigungskammern und eine Gießform selbst aufweist, wobei erfindungsgemäß wenigstens eine mit der Gießform in Verbindung stehende und im Strömungsweg des in die Gießform gelangenden geschmolzenen Metalles liegende Zwischenkammer vorgesehen ist, die den die Kugelbildung des Graphits hervorrufenden Zuschlagstoff aufnimmt·

Wenn man komplizierte Gußteile herstellen will, kann es notwendig sein, mehr als eine Eingießöffnung an der Gießform vorzusehen« In diesem Falle kann mit jeder in die Gießform führenden Eingießeinrichtung eine eigene Zwisohenkammer verbunden sein, beispielsweise indem eine Zwisohenkammer jedem Eingießtrichter zugeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, für sämtliche Eingießeinriohtungen eine einzige Zwisohenkammer vorzusehen.

Bei Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist der Temperaturabfall des Gußeisens beim Eingießen in die Gießform vernachlässigbar klein, und es treten überhaup keine Verluste durch Verflüchtigung und Oxydation der ^uschlag stoffe auf·

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, genau die für ein bestimmtes Gewioht bzw. eine bestimmte Menge Gußeisen benötigte Menge an Zuschlagstoffen zu bestimmen und zuzugeben, um somit das im Gußeisen ursprünglich in Flookenform vorhandene Graphit in Kugelform oder Knötohenform zu überführen. Dmduroh ver-

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meldet man die bei bekannten Verfahren gegebene Gefahr, daß sioh Schaumeinschlüsse In den Gußstücken befinden oder dieselben überbehandelt worden sind, d.h. daß das fertige Gußstüok zu hart und brüchig ist.

So wurde beispielsweise eine vollständige Umwandlung von flockigem in perfekt kugelförmigen Graphit mit nur 0,15 $> Zuschlagstoff bei Anwendung desselben gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt« Bei jeder der bekannten, bisher angewendeten Verfahren mußte man wenigstens 0,75 % Zuschlagstoffe zugeben«, Dies stellt eine bedeutende Einsparung dar, da die verwendeten Zuschlagstoffe die kostspieligsten Bestandteile beim Herstellen von Gußeisen mit kugelförmigen Graphit sind·

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedes der bekannten, die Kugelbildung des Graphits hervorrufenden Zuschlagstoffes oder Zusohlaggemisohes verwendet werden· Es tritt überhaupt keine turbulenz, überhaupt kein Dampf, überhaupt kein Feuer und auch kein Gerausofa auf, und man erhält mit Sicherheit Gußkörper mit diohter Struktur.

Die die Xugelformung des Graphits hervorrufenden Zuschlagstoffe können in Klümpehenform, als zerkleinertes Schüttgut, in Pulverform oder In Form von extrudierten oder zusammengeklebten Partikeln zugegeben werden· Die Größe und Fora der Partikel der Zuschlagstoffe und die benötigte Menge derselben hängt - wie der Fachmann ohne weiteres verstehen wird - von einer Anzahl von Parametern ab, zu denen die Größe und Fora der Zwisohenkamntr, die Strömungsgeschwindigkeit und die Menge de« durch die Zwisohenkaenex »trottenden geschmolzenen Metallee, die Dichte des geiohaolzeaen Eisens, die Metalltemperatur und die ZnBlasen·ttzirag, das Gewioht und die Art dee Gutetüokee und das Verfahren au «einer Herstellung gehört·

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, und zwar zeigt

ligo 1 eine Draufsicht auf eine sohematisoh dargestellte Gießform zum Herstellen eines Kulissensteines» wobei der Deckel der Gießform weggelassen ist,

fig. 2 einen LängsBGhnitt mit durch den Teil der Gießform aus Fig. 1, der das nach unten führende Eingußrohr, die Zwisohenkammer und eine Schikane und einen Auslaß zur Steigeinriohtung aufweist, in vergrößertem Maßstab, und

Eig· 3 eine Draufsicht auf den in Fig. 2 dargestellten Seil der Vorrichtung.

Die in der Zeichnung dargestellte Porno dient zum Gießen von Kulissensteinen od. dgl.· Diese Form enthält eine eigentliche Gießform 1· Xn diese Gießform 1 gelangt das geschmolzene Material über einen nicht dargestellten Eingußstutzen oder Mngußtriohter, ein naoh unten führendes Eingußrohr 2, eine Zwisohenkammer 3, eine Steigkammer 4- und eine .Eingußöffnung 5· In die als Reaktionskammer dienende Zwisohenkammer 3 wird die Kugelbildung des im Gußeisen befindlichen Graphits bewirkender Zuschlagstoff in einer auf Grundlage der oben genannten Parameter berechneten Menge eingegeben· Die Zwisohenkammer 3 ist mit einer Schikane 6 versehen, welche den Durchfluß des flüssigen Metalle reguliert und eine genügende Yerweilaeit des zu behandelnden flüssigen Metalles in der Zwisohenkammer 3 gewährleistet. Die gesamte Gußeinriohtung ist in einem Gehäuse untergebracht.

Bein Struatn in die uiefifora 1 komt da« geaohiiolatnt Ei «en mit dta die Kügelbildroe dt· Graphite bewirkenden Zuschlagstoff in der Zwieohenkamex 3 in Kontakt, so daß das i« Sieea »vniohit vorhanden· flookigt Graphit in knötohtn- oder kugtlföraige· Graphit uegtwandelt wird·

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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Beispiele:

Beispiel 1

Eine mit unbehandeltem geschmolzenem Graugußeisen mit einer Bruchfestigkeit von 227 kg/om² gefüllte Gießpfanne wurde verwendet, um eine Reihe von Schwungrädern für Automobile zu gießen.

Sämtliche hierfür verwendete Gußformen waren untereinander völlig gleich und besaßen eine Zwischenkammer, die direkt unterhalb dem nach unten führenden Eingußrohr angeordnet war· Die hierfür benötigte Menge des die Kugelbildung des Graphits bewirkenden Zuschlagstoffes (im vorliegenden Pail bestand die legierung des Zuschlagstoffes aus 55 $> Silizium, 4 # Magnesium und im übrigen aus Eisen)/auf der Grundlage von 0,35 # des Gesamtgewichtes des GußkörpArs, dee Einlaufes, der EIn-

Dereohnet· gußöffnung und des Steigers/· Dieses Gesamtgewicht betrug pro Gießform 38,5 kg, d.h«, es wurde pro Gießform etwa 13,5 g Zuschlagstoff für die Kugelbildung des im Gußeisen enthaltenden Graphits verwendet, wobei im vorliegenden Falle der Zuschlagstoff in Form von Klümpohen mit Abmessungen von etwa 12,7 ζ 6,3 ma zugegeben wurde·

Anschließend wurde das so behandelte flüssige Gußeisen nacheinander innerhalb einer Zeit von 12 min in die einzelnen Gießformen eingegossen· üb fand keine Turbulenzersoheinung innerhalb der Schmelze während des Gießvorganges statt,und es wurde nioht einmal eine Dunst- oder Flammenbildung beobachtet·

Bei einer anschließenden Untersuchung enthielten alle Gußkörper Graphitkügelohen in gleiohförmiger Verteilung in einem Gefüge, das überhaupt keine Carbide besitzt. Die Gußkörper

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waren duroli und durch fest und dicht und besaßen eine Oberfläohenglätte, die man bisher für unmöglich hielt. Das so behandelte und vergossene Gußeisen besaß am Ende eine Bruchfestigkeit von 830 kg/cm und eine Bruohdehnung von 4 %♦

Beispiel 2

Bei einem anderen Versuch wurde eine Grießpfanne mit unbehandeltem Graugußeisen mit einer Bruchfestigkeit von 220 kg/om² verwendet, um eine Reihe von Kurbelwellen für Dieselmotore zu gießen·

In diesem Falle wurde die Zwisohenkammer entsprechend dem Gießformkasten für die Gußteile vergrößert,und die benötigte Menge des für die Kugelbildung des Graphits vorgesehenen Zuschlagstoffes wurde aufgrund des Gußgewiohtes der einzelnen Kurbelwellen bereohnet. In diesem Falle wurde der Zuschlagstoff in Form zusammengepreßter Pellets zugegeben. Es wurden genau 226,8 g dieser Pellets in jede Zwisohenkammer eingebracht, bevor die Formen geschlossen wurden·

Das Gußeisen wurde dann wie beim vorhergehenden Beispiel in die Formen eingegossen, wobei keine Dunst- oder Feuerbildung beobachtet wurde.

Die so erhaltenen Gußkörper besaßen wiederum eine ausgezeichnete Struktur mit Graphitkügelohen. Die Bruchfestigkeit betrug 858 kg/om und die Bruohdehnbarkeit 2 #.

Beispiel 3

ils Ausgangsmaterial für diesen Versuch wurde ein unbewandertes geschmolzenes Gußeisen mit flookenartigen oder lamellenartigen Graphiteinsohlüssen verwendet, das die folgende Zusammensetzung bzw. die folgenden Eigenschaften besaßt

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Kohlenstoff insgesamt	3,62 %
Silizium	2,12 $
Phosphor	0,05 H
Mangan	0,64 +
Schwefel	0,01 Ji
Bruchfestigkeit	218 kg/cm²
Bruchdehnbarkeit	0 4

In diesem Falle wurde die sogenannte "Zwisohenkamtner" getrennt in Form eines Kernes od_e dgl. hergestellt und außerhalb der eigentlichen Gußform angeordnet· Diese "Zwisehenkammer¹¹ wurde in einem Gießtriohter mit Einlauf und Auslauf derart angeordnet, daß der Auslauf direkt über dem nach unten führenden Eingußrohr der Gießform lag· Dieses Verfahren ist dann nützlich, wenn innerhalb des Gießformkastens nicht genügend Platz vorhanden ist, um eine geeignete "Zwisohenkammer" vorzusehen oder wenn große Gußteile gegossen werden sollen oder wenn schwierig geformte Gußteile und Eingußöffnungen mit Steigeinrichtungen verwendet werden.

Es wurden etwa 2540 kg dieses Eisens verwendet, um einen Kühlsegmentgußkörper zu gießen, wobei in der außenliegenden ^wZwisohenkammer^w 0,7 $> einer Kalzium-Magneaium-Ferro-Silizium-Legierung angeordnet waren.

Der Gußkörper wurde gegossen,und nach dem Erstarren und Entfernen aus der Gußforra sah man genau dieselben äußeren Erscheinungen wie bei den vorhergehenden Beispielen. üaoh dem Kühlen und der anschließenden Untersuchung stellte man fest, daß der Gußkörper in jeder Hinsicht in Ordnung war und das Io Gußeisen enthaltene Graphit vollständig in Kugelform vorlag. Der Gußkörper war ein Kühlsegment, das durch und duroh kompakt bzw· voll war, d_eh. keine Lunker oder sonstigen Lufteinsohlüeae aufwies und eine Bruchfestigkeit von 390 kg/om und eine Bruchdehnung von 4 # zeigte·

Patentansprüche ι

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Claims

Patentansprüche;

1· Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus Gußeisen, dessen Graphitgehalt in Knötchen- oder Kugelform vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß nicht "behandeltes geschmolzenes Graugußeisen in Gießformen durch wenigstens eine Zwisohenkammer gegossen wird, welche einen Kugelbildner oder ein die Kugelform des Graphits bewirkendes Mittel in einer Menge enthält, die gerade ausreicht, um sämtliches im Gußeisen enthaltenes Graphit in Knötchen- oder Kugelform umzuwandeln.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwisohenkararaer mit dem Gießstutzen oder Gießtriohter, duroh den die form gefüllt wird, verbunden ist.
3. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurob gekennzeichnet, daß die Zwisohenkammer mit dem naoh unten führenden Eingußrohr zum füllen der Gießform verbunden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Zwisohenkammer mit dem Steiger bzw. einer Steigkammer der Gießform verbunden 1st.
5. Verfahren naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Zwisohenkammern mit einem Spinner (Kammer, in welcher die Sohmelze in kreisende Bewegung versetzt wird) an der Eingußöffnung der Form verbunden ist·
6. Verfahren naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Zwisohenkammer mit der Eingießöffnung oder dem Einlauf der eigentlichen Gießform verbunden ist.
7« Verfahren naoh einem oder Mehreren der Ansprüche 1 bis 6, daduroh gekennzeichnet, daß das die Kugelbildung bewirkende Mittel in den Zwisohenkammern in Klümpohenform, in form eines zerkleinerten Schüttgutes, in Pulverform oder in form von extrudierten oder zusammengeklebten bzw» verfestigten Xellohen, z.B. Pellets, vorhanden ist.

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8_β Gießform zum Durchführen des Verfahrens naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 8 mit einem Gießstutzen oder Gießtrichter, einem nach unten führenden Eingußrohr, einer Eingußöffnung für das flüssige Gußeisen mit einer Steigeinriohtung und der eigentlichen Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Gießform (1) eine Zwisohenkamraer (3) verbunden ist, die im Weg des in die Gießform gelangenden geschmolzenen Metalles liegt und ein die Knötohen- oder Kugelbildung hervorrufendes Mittel aufnimmt.
9. Vorrichtung nach Anspruoh 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkammer (3) mit dem Eingießtrichter verbunden ist.
10. Vorrichtung naoh Anspruoh 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zvrischenkammer (3) mit dem nach unten führenden Eingußrohr (2) verbunden ist«.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, daduroh gekennzeichnet, daß die Zwisohenkammer (3) mit der Beruhigungs- oder Steigkaramer (4) verbunden ist.
12. Vorrichtung naoh Anspruch 8, daduroh gekennzeichnet, daß die Zwisohenkammer (3) mit der Gießform (1) selbst verbunden ist.
13· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, daduroh gekennzeichnet, daß die Gießform (1) eine Mehrzahl von verengten Eingießöffnungen und/oder Einlassen (5) aufweist und Zwischenkammern (3) mit einer oder allen Eingießöffnungen oder Einlassen verbunden sind.
14. Vorrichtung naoh einem oder mehreren der Ansprüche 8 bie 13, daduroh gekennzeichnet, daß die Gießform (1) mit einer Mehrzahl von Gießtriohtern und/oder Eingießöffnungen (5) und/ oder Steigeinriohtungen (4) versehen ist und daß mit jeder oder allen Gießtriohtern, Eingießöffnungen bzw. Steigeinriohtungen Zwisohenkammern (3) verbunden sind«

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L e e r s e i t e