DE2006018A1

DE2006018A1 - High strength cast iron contg compact graphite

Info

Publication number: DE2006018A1
Application number: DE19702006018
Authority: DE
Inventors: Walter Prof Dr Ing 4300 Essen Hanten Adolf 4150 Krefeld Schumacher Walter Dipl Ing 4000 Dus seldorf Stadler Fritz Dipl Ing 4005 Budench C22c 39 26 Bungardt
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1970-02-11
Filing date: 1970-02-11
Publication date: 1971-08-19

Abstract

Cast iron bodies, having a wall thickness of 6-25 mm free of the undesired residual ledeburite and "white rays? caused by it, are produced from alloys contg. (in %) carbon in a eutectic or hypereutectic amount, S2 2.3-3.0, Mn not >0.4, P 0.10, S 0.015, Cu 0.1-1.5 Sn 0.01-0.0-15, rare earth metals 0.005-0.015 the balance being Fe.

Description

Gußeisen mit Kompaktgraphit Es ist bekannt, daß-die mechanischen Eigenschaften des eutektischen bis übereutektischen grauen Gußeisen nach einer Schmelzbehandlung mit Metallen der Seltenen Erden, z . B. mit Cermischmetall, sehr erheblich verbessert werden. Diese Giitesteigerung kommt, wie man weiß, dadurch zustande, daß die im Gefüge des nicht mit SE-Metallen behandelten grauen Gußeisens vorherrschende lamellare Graphitform unter dem Einfluß des SE-Metallzusatzes in die sphärolithische (oder kuglige, mitunter auch knötchenartig genannte) Graphitform überführt wird. Cast iron with compacted graphite It is known that-the mechanical Properties of eutectic to hypereutectic gray cast iron after melting treatment with rare earth metals, e.g. B. with Cermischmetall, improved very significantly will. As we know, this increase in quality is due to the fact that the im Structure of the gray cast iron not treated with rare earth metals, predominantly lamellar Graphite shape under the influence of the rare earth metal additive into the spherulitic (or spherical, sometimes also called nodular) graphite shape is transferred.

Zwischen diesen beiden Grenzformen existiert bekanntermaßen auch noch eine Übergangsform mit Graphit in der Form kurzblättriger, verdickter und an den Enden deutlich abgerundeter Teilchen Diese Form, die sich unverkennbar von den normalerweise- langen und diinnen. Graphitlamellen im Gefüge des nicht mit SE-Metallen behandelten Gußeisens einerseits und der kugligen Graphitausbildung im Gefüge des mit SE-Metallen ausreichend behandeiten Gußeisens andererseits unterscheidet, wird Kompaktgraphit genannt (oder auch 4uasi-flake graphite oder vermicular.graphite oder compacted graphite).As is well known, there is still between these two borderline forms a transition form with graphite in the form of short-leaved, thickened and to the Ends of clearly rounded particles This shape, which is unmistakably different from the normally long and thin. Graphite lamellae in the structure of the one not treated with rare earth metals Cast iron on the one hand and the spherical graphite formation in the structure of the rare earth metals sufficient treated cast iron on the other hand is different Called compact graphite (or 4uasi-flake graphite or vermicular.graphite or compacted graphite).

Es entspricht fernerdem Stande der Technik, daß in der Gießereipraxis Gefüge mit rein kugliger Graphitform angestrebt werden, weil damit beste mechanische Eigenschaften erzielbar sind Kompaktgraphit 4st dagegen nach heutiger Ansicht unerwünscht, weil bei dieser Graphitform die volle verbessernde Wirkung des Kugelgraphitbildners SE-Metall nicht erreicht wird. Aus diesem Grunde sind bis heute Graugußtypen mit Kompaktgraphit in der Gießereipraxis nicht in technischem Maßstabe hergestellt worden.It also corresponds to the state of the art that in foundry practice Structures with a purely spherical graphite shape should be aimed for because it is the best mechanical Properties achievable, on the other hand, are undesirable according to today's view of compact graphite 4st, because with this form of graphite the full improving effect of the spheroidal graphite former SE metal is not reached. For this reason, gray cast iron types are still available today Compact graphite has not been produced on a technical scale in foundry practice.

Die Ausnutzung der SE-vletalle als Kugelgraphitbildner zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften des grauen Gußeisen stößt in der Gießereipraxis mitunter auf Schwierigkeiten. So ist z.B. die Herstellung hochwertiger Gußstücke mit Wanddicken zwischen 6 und etwa 25 mm schwierig, weil in diesem Fall die karbidstabilisierende Eigenschaft der SE-Metalle wirksam wird und nachteilige Gefüge änderungen verursachen kann. Diese ergeben sich daraus, daß Ledeburitreste innerhalb des Gefüges, besonders aber in den Oberflächenschichten des Gußstücks, nach der Kristallisation erhalten bleiben. Die in der Gießercipraxis gefürchtete sogenannte "Weißstrahligkeit" oder "Weißeinstrahlung" gehört hierher.The use of the SE-vletalle as spheroidal graphite formers for improvement The strength properties of gray cast iron sometimes come across in foundry practice on difficulties. For example, the production of high-quality castings with wall thicknesses between 6 and about 25 mm difficult, because in this case the carbide-stabilizing Property of rare earth metals takes effect and cause adverse structural changes can. These result from the fact that Ledeburite residues within the structure, especially but in the surface layers of the casting, retained after crystallization stay. The so-called "white radiance" or, feared in foundry practice "White exposure" belongs here.

Hält man z. B. die von H. Morrogh (American Foundryman 13 (1948) S, 91/106) angegebenen Hauptbedingungen zur Herstellung von Kugelgraphitguß ein, d.h. beträgt der Schwefelgehalt weniger als 0,015 % und der SE-Metall-Restgehalt im erstarrten Gußs;tück wenigstens 0,02 %, so ist bei Gußteilen mit Wanddicken zwischen 6 und 25 mm Weißstrahligkeit nicht sicher zu vermeiden. Auch bei der Verwendung ron Magnesium als Kugelgraphitbildner gelingt die treffsichere Herstellung eines Ledeburit-freien Gefüges in diesem Wandstärkenintervall nicht Eine spanabhebende Bearbeitung derartiger Gußstücke ist nicht mehr möglich; oder zum mindesten so stark erschwert, daß Gußstücke dieser Beschaffenheit in der Regel unbrauchbar sind. Die Beseitigung dieses Nachteils durch nachträgliche Wärmebehandlung verursacht zusätzliche Kosten, die in jedem Falle unerwünscht sind.If you hold z. B. that of H. Morrogh (American Foundryman 13 (1948) S, 91/106) a specified main conditions for the production of nodular cast iron, i.e. the sulfur content is less than 0.015% and the residual rare earth content in the solidified Cast at least 0.02%, this is the case for cast parts with wall thicknesses between 6 and 25 mm white radiation cannot be safely avoided. Even when using ron magnesium As a spheroidal graphite former, the accurate production of a Ledeburit-free succeeds The structure in this wall thickness interval is not a machining process of this type Castings are no longer possible; or at least so difficult that castings of this nature are usually unusable. Eliminating this disadvantage subsequent heat treatment causes additional costs in each Trap are undesirable.

Es kommt noch hinzu, daß auch die sonstigen mechanischen Eigenschaften des Gußstücks durch -Ledeburitanteile im Gefüge verschlechtert werden, vor allem durch eine starke Zunahme der Sprödigkeit.There is also the other mechanical properties of the casting are worsened by -ledeburite in the structure, especially due to a sharp increase in brittleness.

Bei diesem Stande der Technik wurde für die Aufgabe: "Gußstücke mit Wanddicken zwischen 6 und 25-mm aus Gußeisen herzustellen; dessen Festigkeitswerte wesentlich besser sind als die eines normalen Gußeisens mit Lamellargraphit und das frei von störenden Ledeburitgehalten und mit Sicherheit ohne Weißeinstrahlung erstarrt" fölgende neuartige und nicht vorhersehbare Lehre über die Zusammensetzung eines diese Aufgabe lösenden grauen Gußeisens gefunden: Kohlenstoff: eutektisch bis.übereutektisch Silicium : 2,3 bis 3,0 % Mangan : höchstens 0,4 % Phosphor : weniger als 0,10 % Schwefel : weniger als 0,015 % Kupfer : 0,1 bis 1,5 % Zinn : 0,01 bis 0,15 % SE-Metalle : 0,005 bis 0,015 % Diese Zusammensetzung ergab bei den durchgeführten Gießversuchen die beste Lösung der oben gestellten Aufgabe. Es zeigt sich aber auch, daß weitere Legierungspartner, z.B. Aluminium bis zu 0,5 %, für die Herstellung und Eigenschaften dieses Gußeisentyps von Nutzen sein können.In this prior art, the task was: "Castings with Make cast iron wall thicknesses between 6 and 25 mm; its strength values are much better than that of normal cast iron with lamellar graphite and that is free from annoying Ledeburit and certainly without white radiation solidified "following novel and unpredictable teaching about the composition one gray cast iron that solves this problem: carbon: eutectic to over-eutectic Silicon: 2.3 to 3.0% Manganese: 0.4% or less Phosphorus: less than 0.10% Sulfur: less than 0.015% copper: 0.1 to 1.5% tin: 0.01 to 0.15% rare earth metals : 0.005 to 0.015% This composition resulted in the casting tests carried out the best solution to the above problem. But it also shows that more Alloy partner, e.g. aluminum up to 0.5%, for the production and properties this type of cast iron can be useful.

Es ist vorteilhaft, die Behandlung der Schmelze mit SE-Metallen mit einer Impfbehandlung zu verbinden. Hierzu können bekannte Impfstoffe verwendet werden, z.B. Ferrosilicium-Legierungen mit 75 % Si. Besonders günstige Ergebnisse ergaben sich bei einer Impflegierung folgender Zusammensetzung: etwa 80 % Si; etwa 2,5 % Al; etwa 1,5 % Ca; etwa 1,5 % Zr; Rest Fe.It is advantageous to treat the melt with rare earth metals to combine a vaccination treatment. Known vaccines can be used for this purpose, e.g. ferrosilicon alloys with 75% Si. Particularly favorable results were obtained in the case of an inoculation alloy of the following composition: about 80% Si; about 2.5% Al; about 1.5% Ca; about 1.5% Zr; Remainder Fe.

Die Impfbehandlung wird vorteilhaft mit oder nach der SE-Me;tailzugabe vorgenommen. Die zugesetzte Impfstoffmenge soll so bemessen seine daß die rechnerische Zunahme des Siliciumgehaltes der Schmelze 0,4 %,- höchstens 0,6 ? beträgt.The inoculation treatment is advantageous with or after the addition of the SE medicine performed. The amount of vaccine added should be such that the calculated amount Increase in the silicon content of the melt 0.4%, - at most 0.6? amounts to.

Es ist ferner wesentlich, daß die Höhe der SE-Metallzugabe - gemessen an dem im erstarrten Grauguß verbleibenden Restgehalt - 0,015 % nicht übersteigt. Die bei den Versuchen eingehaltene Cermischmetall-Schmelzzugabe lag in den Grenzen zwischen 0,075 und 0,15 70, jedoch können sich d-ie -hier genannten Intervallgrenzen, je nach den von Fall zu Fall vorliegenden unterschiedlichen Abbrandverhältnissen verschieben, was durch entsprechende Versuche leicht zu klären ist.It is also essential that the amount of RE metal addition - measured the residual content remaining in the solidified gray cast iron does not exceed 0.015%. The cermet mixed metal melt addition observed in the tests was within the limits between 0.075 and 0.15 70, however the interval limits mentioned here may vary depending on the different burn-up conditions that exist from case to case postpone, which can easily be clarified through appropriate experiments.

Die Seltene Erde kann als reines, unlegiertes Metall, z.B.- als handelsübliches Cermischmetall, aber auch als Vorlegierung der Schmelze zugesetzt werden. Bei den Versuchen erwies sich die Verwendung einer Vorlegierung mit etwa 85 % Kupfer und rd. 15 % SE-Metall als vorteilhaft.The rare earth can be used as a pure, unalloyed metal, e.g. as commercially available Cermix metal, but also as a master alloy, can be added to the melt. Both Experiments turned out to be the use of a master alloy with about 85% copper and around 15% rare earth metal is advantageous.

Zinn kann als reines Metall zuIegiert werden. Es ist aber auch möglich, Weißblechabfälle, vor allem solche, die vorher nach bekannten Verfahren in technischem Maßstab entzinnt worden waren, als Zinnträger zu verwenden. Die nach der Entzinnungsbehandlung auf den Stahlblechabfällen verbleibenden Zinnrestgehaltç erleichtern die Einhaltung der geringen und relativ engtolerierten zulässigen Zinngehalte, besonders an der unteren Intervallgrenze.Tin can be alloyed as a pure metal. But it is also possible Tinplate waste, especially those that were previously processed in technical engineering using known processes Scale had been tinned to use as a tin carrier. The one after the detinning treatment The residual tin content on the steel sheet scrap facilitates compliance the low and relatively tightly tolerated permissible tin content, especially at the lower interval limit.

Bedeutungsvoll für den Erfolg ist schließlich auch der Schwefel-Gehalt. Er soll so niedrig wie möglich sein und 0,015 % nicht überschreiten. Man trägt dieser sehr wichtigen Forderung am besten durch geeignete Auswahl des Schmelzeinsatzes Rechnung. Neben reinen Roheisensorten hat sich bei den ausgeführten Versuchen Rücklaufschrott aus der Kugelgraphit-Gußfertigung sehr gut bewährt.Ultimately, the sulfur content is also important for success. It should be as low as possible and not exceed 0.015%. One wears this very important requirement, best by selecting the appropriate fuse link Invoice. In addition to pure pig iron, the tests carried out showed return scrap Proven very well from spheroidal graphite cast production.

Folgende. Beispiele sollen den Erfindungsgedanken näher erläutern: In einem Mittelfrequenz-Induktionsofen (für 500 kg) mit saurer Auskleidung wurde aus 55 % Kreislaufmaterial aus der Kugelgraphitgußfertigung 40 % Roheisen mit weniger als 0,1 % Mangan und weniger als 0,01 % Schwefel sowie 10 % Stahlschrott eine Schmelze mit folgender Endanalyse hergestellt: 3,6 bis 3,8 % Kohlenstoff; 2,4 bis 2,6 % Silicium; höchstens 0,15 % Mangan und höchstens 0,015 % Schwefel. Diese Schmelze wurde bei 15100C in Teilmengen von Je 50 kg in Handpfannen abgegossen. Auf dem Boden der Handpfanne wurden die Schmelzzusätze aus Kupfer, Cermischmetall und Zinn vorgegeben, wobei Kupfer und Cermischmetall einmal getrennt und ein weiteres Mal als Vorlegierung mit 85 % Kupfer und 15 » Cermischmetall einlegiert wurden. Zinn wurde als reines Metall verwendet. Nach der Cermischmetallzugabe wurde mit einem Zusatz von 0,2 % einer Impflegierung folgender Zusamnensetzung: 80 % Si; 2,5 % Al; 1,5 % Ca; 1,5 % Zr; Rest Eisen behandelt. Die Körnung der Impflogierung lag, zwischen 0,4 und 2,0 mm. Nach Abschluß der Legierungsarbeit wurden in eine zweite Handpfanne umgefüllt und anschließend das Untersuchungsmaterial vergossen. Hergestellt wurden Gußstücke mit etwa 25 mm Durchmesser und einer Länge von 200 mm. Sie wurden zu Festigkeits- und Gefügeuntersuchungen verwendet.The following. Examples are intended to explain the concept of the invention in more detail: In a medium-frequency induction furnace (for 500 kg) with an acidic lining from 55% recycled material from nodular cast iron production 40% pig iron with less than 0.1% manganese and less than 0.01% sulfur and 10% steel scrap a melt produced with the following final analysis: 3.6 to 3.8% carbon; 2.4 to 2.6% silicon; not more than 0.15% manganese and not more than 0.015% sulfur. This melt was at 15100C poured into hand pans in portions of 50 kg each. On the bottom of the hand pan the melting additives of copper, mixed ceramics and tin were specified, whereby Copper and mixed cermet metal once separated and once more as a master alloy with 85% copper and 15 »Cermischmetall were alloyed. Tin was considered pure Metal used. After the addition of the mixed metal, an addition of 0.2% an inoculation alloy of the following composition: 80% Si; 2.5% Al; 1.5% Ca; 1.5 % Zr; Remainder iron treated. the Grain of the vaccination logging was between 0.4 and 2.0 mm. After completing the alloying work, a second hand pan was placed decanted and then poured the test material. Were manufactured Castings with a diameter of about 25 mm and a length of 200 mm. They became strength and structural studies are used.

Beispiel 1 Unter den obengenannten Bedingungen wurden gesondert zulegiert: 1,10 % Kupfer, 0,05 % Zinn und 0,10 % Cermischmetall. Die Festigkeitsuntersuchung ergab: Zugfestigkeit 46,3 kp/mm2, Dehnung 3,4 %, 2 Brineilhärte 235 kp/mm . Im Gefüge lag die, Komponente Graphit Überwiegend als Kompaktgraphit vor. Die Grundmasse bestand aus etwa 20 % Ferrit und etwa 80 % Perlit. Gußstücke mit-6 bis 10, mm Wanddicke waren Ledeburit-frei und ohne Weißeinstrahlung. Im fertigen Gußstück wurden gefunden 0,012 % SE. Example 1 Under the above conditions, the following were added separately: 1.10% copper, 0.05% tin and 0.10% cerium mixed metal. The strength study resulted in: tensile strength 46.3 kp / mm2, elongation 3.4%, 2 Brineil hardness 235 kp / mm. In the structure the component graphite was predominantly in the form of compact graphite. The basic material existed made of about 20% ferrite and about 80% pearlite. Castings with -6 to 10.mm wall thickness were Ledeburit-free and without exposure to white. In the finished casting were found 0.012% SE.

Beispiel 2 Unter den obengenannten Bedingungen wurden gemeinsam - mit einer Vorlegierung, bestehend aus 85 % Kupfer und 15 % Cermischmetall -einlegiert: 0,6 % Kupfer und 0,1 % Cernischmetall; dazu gesondert als reines Metall 0,05 % Zinn. Die Festigkeitsuntersuchung ergab: Zugfestigkeit 43,7 kp/mm2, Dehnung 3,0 %, Brinellhärte 200 kp/mm2 Im Gefüge lag die Komponente Graphit überwiegend als Kompaktgraphit vor. Die Grundmasse bestand zu 30 bis 40 % aus Ferrit, Rest Perlit. Example 2 Under the above conditions, together - with a master alloy consisting of 85% copper and 15% cerium mixed metal alloyed: 0.6 % Copper and 0.1% ferrous metal; separately as pure metal 0.05% tin. The strength test showed: tensile strength 43.7 kp / mm2, elongation 3.0%, Brinell hardness 200 kp / mm2 In the structure, the graphite component was predominantly in the form of compact graphite. The basic mass consisted of 30 to 40% ferrite, the remainder pearlite.

Gußstücke mit 6 bis 10 mm Wanddicke waren Ledeburit-frei und ohne Weißeinstrahlung. Im fertigen Gußstück wurden gefunden 0,009 % SE.Castings with a wall thickness of 6 to 10 mm were Ledeburit-free and without Exposure to white. 0.009% SE was found in the finished casting.

Claims

Patent claim

Cast iron for the production of high strength castings in the wall thickness range solidify from 6 to 25 mm without exposure to white and have the following composition: Carbon eutectic to hypereutectic; Silicon 2.3 to 3.0%; Manganese at most 0.4%; Phosphorus less than 0.10%, sulfur less than 0.015%, copper 0.1 to 1.5%; Tin 0.01 to 0.15%; Rare earth metals 0.005 to 0.015%.