DE1949380C3 - Process for the treatment of cast iron melts for the purpose of spheroidal graphite formation - Google Patents
Process for the treatment of cast iron melts for the purpose of spheroidal graphite formationInfo
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Description
10 <10 <
Mg
BMg
B.
100 mechanischen Eigenschaften ferritisch, perlitisch oder ferritisch-perlitisch zu machen.100 mechanical properties ferritic, pearlitic or to make ferritic-pearlitic.
In der ersten Stufe der Behandlung wird der Schmelze vielfach reines oder legiertes Magnesium, z. B. eine Fe-Si-Mg-Legierung als Kugelgraphitbildner zugesetzt, während anschließend das Impfen mit Silizium, z. B. in Form einer Fe-Si-Legierung erfolgt.In the first stage of treatment is the melt often pure or alloyed magnesium, e.g. B. an Fe-Si-Mg alloy added as spheroidal graphite former, while subsequently seeding with silicon, e.g. B. takes place in the form of an Fe-Si alloy.
Dementsprechend ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt (GB-PS 1117 467), gemäßAccordingly, a method of the type mentioned is known (GB-PS 1117 467), according to
Gehalte an Magnesium und Bor der Beziehung io dem man als Kugelgraphitbildner eine im wesentlichen aus Eisen, Cer oder Mischmetall, Magnesium und Bor bestehende Legierung und zum Impfen insbesondere eine Eisen-Silizium-Legierung verwendet. Es sind auch weitere sogenannte Dotierelemente genügen, behandelt und anschließend mit einer 15 für diese Legierungen bekanntgeworden bzw. Gegen-Eisen und Silizium enthaltenden Legierung ge- stand von Betriebsver^uchen gewesen. Beispielsweise impft wird, dadurch gekennzeichnet, sind neben Cer auch Yttrium, Seltene Erden und daß die zuzusetzende kugelgraphitbildende Le- Kalzium Dotierelemente für die Kugelgraphit bildengierung neben unvermeidlichen herstellungsbe- den Legierungen und Barium ein DonereJement für dingten Verunreinigungen aus Eisen, Silizium, 20 die Impflegierungen. Ein bekanntes Verfahren (US-PS Magnesium und Bor besteht und die zu verwen- 25 27 037) sieht vor, nach dem Erschmelzen des zuMagnesium and boron contents of the relationship in which an alloy consisting essentially of iron, cerium or mischmetal, magnesium and boron is used as the spheroidal graphite former, and in particular an iron-silicon alloy for inoculation. Further so-called doping elements are also sufficient, treated and then become known for these alloys or an alloy containing counter-iron and silicon has been subjected to operational tests. For example, when inoculated, characterized in that in addition to cerium and yttrium, rare earths and that to be added nodular forming LE calcium doping elements for the nodular bildengierung next inevitable Production Organization alloys and barium DonereJement for-related impurities of iron, silicon, 20, the inoculants. A known process (US-PS magnesium and boron and which is to be used 25 27 037) provides, after the melting of the
behandelnden Gußeisens zunächst einen Zusatz aus der Gruppe Lithium, Kalzium, Barium, Magnesium, Strontium und Cadmium allem oder in Verbindung mit Stoffen wie Eisen, Kupfer, Zink und Mangan zu verwenden und eine bestimmte Menge eines Graphitisiermiuels zum Impfen zuzusetzen.treated cast iron first an additive from the group lithium, calcium, barium, magnesium, Strontium and cadmium all or in combination with substances such as iron, copper, zinc and manganese to use and add a certain amount of a graphitizing agent for inoculation.
Außerdem ist ein einstufiges Verfuhren zur Behandlung von Gußeisenschmelzen zwecks Kugel-It is also a one-step approach to treatment of cast iron melts for the purpose of spherical
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 graphitbildung bekannt (ÜE-PS 1 75 911), iiemäß dem zeichnet, daß die Gehalte an Magnesium und Bor die einzige zugesetzte Legierung wenigstens drei bzw. an Silizium und Barium in den zuzusetzenden Elemente der Gruppe Bor, Kalium, Natrium, Lithium,2. The method according to claim 1, characterized by 30 known graphite formation (ÜE-PS 1 75 911), iiemäß that shows that the contents of magnesium and boron are the only added alloy at least three or silicon and barium in the elements to be added Group boron, potassium, sodium, lithium,
Kalzium, Magnesium, Barium, Cer usw. enthält. Die bekannten Verfahren führen zu Gußstücken, die im ungeglühten Gußzustand noch unerwünschte Karbide enthalten und deren Ferritisierung in der Matrix noch nicht das optimale Ausmaß erreicht. Die erforderliche Wärmebehandlungsdauer ist relativ hoch.Contains calcium, magnesium, barium, cerium, etc. The known processes lead to castings, which still contain unwanted carbides in the unannealed cast state and their ferritization in the Matrix not yet reached the optimal level. The heat treatment time required is relative high.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so abzuändern, daß das behandelte Gußeisen im ungeglühten Gußzustand weitgehend frei von Karbiden ist, ein verbesserter Ferritisierungseffekt auf die Matrix erzielt wird und sich die Dauer der erforderlichen Wärmebehandlung wesentlich verkürzen läßt.The invention is based on the object of modifying the method mentioned at the beginning so that the treated cast iron is largely free of carbides in the unannealed cast state, an improved one Ferritization effect on the matrix is achieved and the duration of the heat treatment required can be shortened significantly.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zuzusetzende kugelgraphitbildende Legierung neben unvermeidlichen herstellungsbeding-According to the invention, this object is achieved in that the nodular graphite-forming Alloy in addition to unavoidable manufacturing-related
dende ternäre Impflegierung Silizium und Barium in solchen in Gewichtsprozent ausgedrückten Mengen enthält, die der Beziehungend ternary inoculant silicon and barium in those expressed in percent by weight Contains quantities that the relationship
3 ■:-*-< 60 Ba 3 ■: - * - <60 Ba
entsprechen.correspond.
beiden Legierungen den Beziehungenboth alloys the relationships
MgMg
1515th
^- < 30^ - <30
bzw.or.
genügen.suffice.
BaBa
< 12<12
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Gußeisenschmelzen zwecks Kugelgraphitbildung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen,The invention relates to a method for treating molten cast iron for the purpose of spheroidal graphite formation in two successive stages,
wobei die Schmelze zunächst mit einem Kugel- 50 ten Verunreinigungen aus Eisen, Silizium," Magne-the melt initially with a ball 50th impurities of iron, silicon, "Magne-
graphitbildner in Form einer Eisen, Bor und Magnesium enthaltenden Legierung, deren in Gewichtsprozent ausgedrückte Gehalte an Magnesium und Bor der Beziehunggraphite former in the form of an alloy containing iron, boron and magnesium, in percent by weight expressed levels of magnesium and boron of the relationship
10 <10 <
Mg
BMg
B.
sium und Bor besteht und die zu verwendende ternäre Impflegierung Silizium und Barium in solchen in Gewichtsprozent ausgedrückten Mengen enthält, die der Beziehungsium and boron and the one to be used ternary inoculating alloy contains silicon and barium in such amounts expressed in percentages by weight, that of the relationship
100100
BaBa
6060
entsprechen.correspond.
genügen, behandelt und anschließend mit einer Eisen ,, . ,,,.,,suffice, treated and then with an iron ,,. ,,,. ,,
und Silizium enthaltenden Legierung geimpft wird. 6c Vorzu8sweise genügen dabei dle Genalte an and silicon-containing alloy is seeded. 6c Vorzu 8 sweise g enu g s doing dle Genalte to
Es ist in der Praxis üblich, eine Gußeisenschmelze kurz vor dem Vergießen einer Kugelgraphitbildungsbehandlung und anschließend einer Impfbehandlung zu unterwerfen, um ein Gefüge mit Kugelgraphit zu erhalten.It is common practice to cast a molten cast iron shortly before casting a spheroidal graphitization treatment and then subjected to an inoculation treatment to form a structure with spheroidal graphite to obtain.
Die Gußstücke erfahren anschließend eine Wärmebehandlung, die zum Ziel hat, die Karbide aufzulösen und die Matrix des Gußeisens je nach den erstrebten sium und Bor bzw. an Silizium und Barium in den zuzusetzenden beiden Legierungen den BeziehungenThe castings then undergo a heat treatment with the aim of dissolving the carbides and the matrix of the cast iron depending on the desired sium and boron or silicon and barium in the the two alloys to be added to the relationships
MgMg
1515th
bzw.or.
Si
BaSi
Ba
< 30<30
12.12th
Wie noch an Hand der Ausführungsbeispiele näher erläutert wird, erhält man durch das erfindungsgemäße kombinierte Zusetzen der beiden Legierungen in zwei aufeinanderfolgenden Stufen im ungegliihten Gußzustand weitgehend von Karbiden frek Gußstücke, einen fast vollständigen Ferritisierungsgrad der Matrix und eine wesentliche Verkürzung und damit Verbilligung der dazu erforderlichen Wärmebehandlung.As will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments, the inventive combined addition of the two alloys in two successive stages in the non-annealed As-cast state largely from carbides frek castings, an almost complete degree of ferritization of the matrix and a significant reduction in the cost of the heat treatment required for this.
Die Beispiele 1, 2 und 3 entsprechen nicht der Erfindung und beschreiben einerseits das Ergebnis nach dem Stand der Technik (Beispiel 1) und andererseits das Ergebnis bei Verwendung nur eines der Elemente Bor und Barium.Examples 1, 2 and 3 do not correspond to the invention and on the one hand describe the result according to the prior art (Example 1) and on the other hand the result when using only one of the Elements boron and barium.
Die Beispiele 4, 5 und 6 entsprechen der Erfindung; die Kugelgraphit bildende Legierung enthält Bor, und die Impflegierung enthält Barium.Examples 4, 5 and 6 correspond to the invention; the spheroidal graphite alloy contains boron, and the inoculant contains barium.
Beispiel 7 zeigt die Überlegenheit des Verfahrens unter Verwendung von Barium gemäß der Erfindung gegenüber den bekannten Verfahren, nach denen die Impflegieruiig Kalzium enthält.Example 7 shows the superiority of the method using barium according to the invention over the known methods according to which the inoculant contains calcium.
In eine Pfanne mit 75 kg einer Gußeisenschmelze von 1510 C führt man mit Hilfe eines Eintauchgeräts 2,250 kg einer Kugelgraphit bildenden Legierung aus Fl- — si —· Mg (Mg ------ 9,1 %) ein.2.250 kg of a spheroidal graphite-forming alloy made of Fl- - Si - · Mg (Mg ------ 9.1%) are introduced into a pan with 75 kg of cast iron melt at 1510 ° C.
Nach dem Wiederanheben des Eintauchgeräts impft man mit 0,375 kg Fc-Si (Si -75°,,).After lifting the immersion device again, it is inoculated with 0.375 kg of Fc-Si (Si -75 ° ,,).
Man gießt das Metall 9 Minuten nach dieser Behandlung.The metal is poured 9 minutes after this treatment.
Man arbeitet wie vorstehend, verwendet jedoch 2,250 kg Fe-Si — Mg— B(Mg= 9,1%; B = 0,48%) und danach 0,375 kg Fe-Si (Si = 75%).The procedure is as above, but using 2.250 kg Fe-Si - Mg - B (Mg = 9.1%; B = 0.48%) and then 0.375 kg Fe-Si (Si = 75%).
Man arbeitet wie vorstehend, verwendet jedochOne works as above, but uses
ίο 2,250 kg Fe-Si —Mg (Mg =9,25%) und danach 0,420 kg Fe-Si —Ba (Si = 59,5%; Ba =9,8%).ίο 2.250 kg Fe-Si —Mg (Mg = 9.25%) and thereafter 0.420 kg Fe-Si-Ba (Si = 59.5%; Ba = 9.8%).
Man arbeitet wie im Beispiel 1, verwendet jedoch dabei entsprechend der Erfindung 2,250 ke Fe — Si — Mg — B (Mg = 9,1 %; B -^0,48 %) und danach 0,420 kg Fe —- Si-Ba (Si = 59.5%; Ba -9,8%).The procedure is as in Example 1, but using 2.250 ke in accordance with the invention Fe - Si - Mg - B (Mg = 9.1%; B - ^ 0.48%) and then 0.420 kg Fe-Si-Ba (Si = 59.5%; Ba -9.8%).
Die nachfolgende Tabelle 1. welche die Zusammensetzung von Eisen nach dem Guß und die Eigenschaften dünner Gußstücke vor jeder Wärmebehandlung zusammenfaßt, und die F i g. 1 bis 4 zeigen klar, daß nur das erfindungsgemäße Verfahren Gußstücke ergibt, die fast frei von Karbiden sind, einen wesentlichen Anteil von Ferrit in der Matrix haben und hohe Dehnungs- und Bruchfestigkeitswerte aufweisen.The following table 1. which shows the composition of iron after casting and the properties of thin castings before any heat treatment summarizes, and the F i g. 1 to 4 clearly show that only the inventive method castings results that are almost free of carbides, have a substantial proportion of ferrite in the matrix and are high Have elongation and breaking strength values.
Diese Ergebnisse könnten auch nach den Verfahren der Beispiel 1, 2 oder 3 erhalten werden, dafür wäre jedoch eine zeitraubende Wärmebehandlung erforderlich, um die Karbide zu lösen und die Kohlenstoffverteilung zu ändern.These results could also be obtained by following the procedures of Example 1, 2, or 3, for which it would be however, a time-consuming heat treatment is required to dissolve the carbides and distribute the carbon to change.
*) Standardversuchsproben.*) Standard test samples.
Die Tabelle I und die Figuren zeigen weiter, daß das Verfahren gemäß der Erfindung zu einer besseren Magnesiumausnutzung (berechnet nach dem Restmagnesiumgehalt des Gußeisens), zu einer Erhöhung der Zahl der Graphitkugeln und zu einer größeren Regelmäßigkeit ihrer Größe führt.Table I and the figures further show that the method according to the invention leads to a better Magnesium utilization (calculated according to the residual magnesium content of the cast iron) leads to an increase the number of graphite spheres and a greater regularity in their size.
200 kg Gußeisen werden bei 1500 C auf 5 kg Fe - Si -- Mg — B (Mg = 9,1 % und B =- 0,48 %) und 0,960 kg Fe — Si — Ba (Si -= 60%; Ba = 9,8%) nach einem gegenwärtig in Gießereien verwendeten200 kg of cast iron are converted to 5 kg of Fe - Si - Mg - B (Mg = 9.1% and B = - 0.48%) at 1500 C and 0.960 kg Fe - Si - Ba (Si - = 60%; Ba = 9.8%) after one currently used in foundries
und »Sandwichverfahren genannten Verfahren gegössen. Eine zweite Teilimpfung wird anschließend mittels 0,300 kg der gleichen Fe-Si-Ba-Lcgicrung vorgenommen. Das nach 12 Minuten Abwartens gegossene Gußeisen ist kugelgraphitisch, und die metallographische Untersuchung zeigt ein 900/„ig ferritisches Gefüge. Die Zusammensetzung ist folgende: , 6o ρand »sandwich process called cast. A second partial inoculation is then carried out using 0.300 kg of the same Fe-Si-Ba solution. The cast after 12 minutes of cast iron biding is kugelgraphitisch, and metallographic examination shows a 90 0 / "ig ferritic microstructure. The composition is as follows :, 6 o ρ
Ö'oi90/'pÖ'oi9 0 / 'p
,'78„;'"n-', '78 ";'" n- '
OOP" SOOP "p
0 05^" Mp0 05 ^ "Mp
Die an Prüflingen im ungeglühlen Gußzustand gemessenen mechanischen Eigenschaften sind:The mechanical properties measured on test objects in the unannealed as-cast state are:
„
Zugfestigkeit 50 kg,.mm-"
Tensile strength 50 kg, .mm-
Bruchdehnung 17,0 Elongation at break 17, 0
η · · 1 Cη · · 1C
Eine Tonne Gußeiscnsehmelze von 1480"C wird nach dem »Sandwich«-Verfahren mit 14 kg Fe — Si — Mg — B der ZusammensetzungA ton of cast sea salt of 1480 "C will be according to the "sandwich" method with 14 kg Fe - Si - Mg - B of the composition
45,6% Si,
8,1 % Mg.
0,45% B und
0 07° Ca45.6% Si,
8.1% Mg.
0.45% B and
0 07 ° approx
behandelt. Man führt dann mit dem Eintauchgerät 0,2 kg Siliziummischmetall ein und impft anschließend mittels 12 kg Fe- Si— Ba(Si -60,1%; Ba =9,4%). Man erhält ein völlig kugelgraphitisches, stark ferritisches Gußeisen, dessen Eigenschaften im ungeglühten Gußzustand folgende sind:treated. 0.2 kg of mixed silicon metal is then introduced with the immersion device and then inoculated by means of 12 kg Fe-Si-Ba (Si -60.1%; Ba = 9.4%). A completely nodular, strongly ferritic cast iron is obtained, the properties of which are in the unannealed The as-cast condition is as follows:
Streckgrenze 38 kg/mm2 Yield strength 38 kg / mm 2
Zugfestigkeit 52,3 kg/mm=Tensile strength 52.3 kg / mm =
Bruchdehnung 13,2%Elongation at break 13.2%
BeisP'cI7 Beis P ' cI7
150 kg einer gleichen Gußeiscnschmelze werden auf zwei gleiche Teile A und B von je 75 kg aufgeteilt, die beide auf 1520 C gehalten werden. Sie wcrdci beide nach dem »Sandwichverfahren mittels 2,250 kj Fe --Si---Mg B der Zusammensetzung mit150 kg of the same cast iron melt are added split two equal parts A and B of 75 kg each, both of which are kept at 1520 C. You wcrdci both according to the »sandwich method using 2.250 kj Fe --Si --- Mg B of the composition with
47 4 n Si
7*95"" Mc und47 4 n Si
7 * 95 "" Mc and
behandelt. Anschließend führt man mit dem Eintauch gerät folgende Mengen ein:treated. The following quantities are then introduced with the immersion device:
ίο In die Teilmenge A entsprechend der Erfinduni 0,420 kg Fe-Si--Ba (Si = 61 °„: Ba - 9.6°„) Man erhält ein Gußeisen von ebenso euter Oualitä wie dcr nach Be)sPlel4·ίο In the subset A according to the invention 0.420 kg Fe-Si-Ba (Si = 61 ° ": Ba - 9.6 °") One receives a cast iron of the same quality as that according to Be) s P lel4 ·
In die Teilmenge B 0,420 kg einer bekannter fe-Si-Ca-Lcgierung (Si 62,4%; Ca - 10.3",,). Wi< bei der Teilmenge A ist das Ausseticn der mit de Teilmenge B erhaltenen Teile gut, doch zeigen sii CJne leichti Tendenz zur Lunkerbildung; weiter weis das Gußeisen B, wie die Tabelle II zeigt, meh:In subset B 0.420 kg of a known Fe-Si-Ca alloy (Si 62.4%; Ca - 10.3 "). In subset A, the exposure of the parts obtained with subset B is good, but it shows sii CJNE leichti tendency to shrinkage; further illustrates setting the cast iron B, as shown in Table II, meh:
Karbide und weniger Ferrit auf.Carbides and less ferrite.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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