DE2015562B2 - Zusatzlegierung zur behandlung von kugelgraphit gusseisen - Google Patents

Zusatzlegierung zur behandlung von kugelgraphit gusseisen

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DE2015562B2
DE2015562B2 DE19702015562 DE2015562A DE2015562B2 DE 2015562 B2 DE2015562 B2 DE 2015562B2 DE 19702015562 DE19702015562 DE 19702015562 DE 2015562 A DE2015562 A DE 2015562A DE 2015562 B2 DE2015562 B2 DE 2015562B2
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Jean Claude Septier Louis Chedde Percheron (Frankreich)
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Pechiney SA
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10Making spheroidal graphite cast-iron
    • C21C1/105Nodularising additive agents

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Zusatzlegierung zur Behandlung, von Kugelgraphit-Gußeisen. -Es ist die gegenwärtige Praxis, zur Erzeugung von Teilen aus Kugelgraphit-Gußeisen das Gußeisen vor dem Guß zwei aufeinanderfolgenden Behandlungen zu unterwerfen. Die erste, Nodulisation genannt, hat zum Ziel, die Vereinigung von freiem Graphit in Kugeln gegenüber der in Lamellen zu begünstigen.
  • Diese Behandlung bestht - in - einem Zusatz von Magnesium, am häufigsten in Form einer Vorlegicrung. Obwohl man dem Magnesium in der Nodulisationslegierung häufig Silizium husetzt, ist es gegenwärtig üblich, dem Magnesiumzusatz eine zweite Behandlung folgen zu lassen, die Impfung genaum wird und zum Ziel hat, den Anteil des freien Graphits auf Kosten des Kohlenstoffs im Karbidzustand zu vermehren; sie besteht in einem Zusatz einer Silizium enthaltenden Vorlegierung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, das gleiche Resultat mit einer einzigen Behandlung zu erreichen; dabei sind zahlreiche Vorteile zu erwarten. Es ergeben sich daraus ein Zeitgewinn und eine Verringerung des zeitlichen Abstandes zwischen der Nodulisationsbehandlung und dem Guß; die Verluste an Magnesium durch Verflüchtigung sind daher geringer, und es sind so Ersparnisse an Nodulisationslegierungen möglich.
  • Man führt im ganzen weniger Zusatzlegierung in das flüssige Bad ein und senkt folglich die zu ihrem Schmelzen erforderlichen Kalorien: -Die Ausschaltung einer Behandlung vereinfacht die Arbeiten in der Gießerei und bringt so einen Produktivitätsgewinn. Andererseits war es nach dem Stand der Technik zwangläufig nötig, den Siliziumgehalt des Guß eisens nach der Einführung des Magnesiums durch verhältnismäßig teure Legierungszusätze einzustellen; es ist nun möglich, den Siliziumgehalt im Hochofen oder im Schachtofen mittels einfacherer Ausgangsmaterialien festzulegen. . -Es ist bekannt, daß der Zusatz von Bbi--z"ü Nodulisa tionslegierungen die durch die Behandlung von Kugelgraphit-Gußeisen erhaltenen Ergebnisse verbessert.
  • So beschreibt die französische Patentschrift 1 490.423 -eine Zusatzlegierung, die zwischen, 4 und 3-5 O,/o, Magnesium, 35 und 600/o Silizium und 0,2 bis 0,5 01o Bor enthält.
  • Die Anmelder: hat festgestellt, daß das anschließend angegebene Verfahren gemaß der Erfindung ein Kugelgraphit-Gußeisen liefert, das im rohen Gußzustand einerseits feinere und regelmäßiger in der Matrix verteilte Graphitkugeln und andererseites weniger Karbide als ein - nach dem bekannten Verfahren erhaltenes Kugelgraphit-Gußeisen enthält, auch wenn die gegossenen Teile eine geringe Wandstärke aufweisen.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine neue Zusatzlegierung zur Behandlung von Kugelgraphit-Gußeisen auf der Basis Eisen-Silizium-Magnesium-Bor, mit dem Kennzeichen, daß sie aus 40 bis 75°/0 Silizium, 5 bis 20°/o Magnesium, 4 bis 12°/o Barium, 0,3 bis 1,20/, Bor, Rest Eisen sowie den sich bei der Herstellung ergebenden unvermeidlichen Verunreinigungen, insbesondere Kalzium und Aluminium in einer Gesamtmenge unter 2,5 01o besteht, wobei das Gewichtsverhältnis Magnesium zu Bor im Bereich von 15 bis 25 liegt und das Gewichtsverhältnis Magnesium zu Barium im Bereich von 1 bis 3 liegt.
  • Durch die im Zuge der Erfindung durchgeführten Arbeiten hat sich gezeigt, daß bei gleichzeitiger, Zugabe von Barium und B'or''i'n den genannten Merigen eine einzige Behandlung der Legierung genügt, um ein vollkommenes Kugelgraphit-Gußeisen zu erhalten, wenn man in Gegenwart von Stickstoff arbeitet, das insbesondere die Ergebnisse verbessert, was die Feinheit und die Verteilung der Graphitkugeln angeht.
  • Der Stickstoff kann in die Zusatzlegierung eingebracht oder auch getrennt in das zu behandelnde Güßeisen eingeführt werden. Dazu ist es möglich, ein Vorabeinbrasen von Stickstoff in das Gußeisen anzuwenden oder auch gleichzeitig mit der Zusatzlegierüng eine Verbindung einzuführen, die imstande ist, - bei der Temperatur des flüssigen Guß eisens Stickstoff frei zu machen. Die folgenden Verbindungen wurden mit Erfolg verwendet Nitrat (NaO3 und/oder KNO3) + ein starkes Reduktionsmittel (Al, Si, ...); stickstoffhaltige organische Abkömmlinge; Metallverbindungen mit wenigstens einer Gruppe -CN (Ferro- oder Ferricyanid); mineralische Verbindung, die zum Einbringen von Stickstoff- durch, thermische Zersetzung geeignet ist (z.B. Kalziumcyanamid).
  • Gemäß einer Vorzugsvariante der Erfindung wird der Stickstoff statt in das Gußeisen in die Zusatzlegierung selbst im Lauf deren Herstellung eingeführt.
  • Ein einfaches Mittel besteht darin, den Stickstoff in die Zusatzlegierung einzublasen, wenn diese noch flüssig ist. Man führt in die Legierung einen Gewichtsprozentsatz an Stickstoff ein, der bis zum Zweifachen des Gehalts an Bor, d. h. 0 < N/B < 2, geht, so daß sich ein merklicher Teil des - Bors mit dem Stickstoff zum Nitrid verbinden kann: -In ihrer vorzugsweisen Zusammensetzung enthält die erfindungsgemäße Legierung: 45 bis 49 °/0 Si, 8 bis 100/o Mg, 4,5 bis 5,5 °/0 Ba, 0,4 bis 0,6% B, wobei Mg/B im Bereich von 15 bis 25 liegt; einen Stickstoffgehalt, bei dem das Gewichtsverhältnis N/B zwischen 1 und 2 liegt, und Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, die sich bei der Herstellung der Legierung ergeben, insbesonere Ca und Al in einer Gesamtmenge unter 2,5%.
  • Dagegen lassen die bekannten Fe-Si-Mg-B-Legierungen im Unterschied zu den gleichzeitig Barium und Bor enthaltenden Legierungen, die Gegenstand der Erfindung sind, nicht zu, durch eine einzige Behandlung in Gegenwart von Stickstoff Kugelgraphit-Gußeisen mit weit vorherrschender ferritischer Struktur zu erhalten.
  • Die folgenden Beispiele sind zur Erläuterung der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt: Beispiel 1 In eine 75 kg Gußeisen enthaltende Pfanne, das vorher mit Graphit aufgekohlt und mit CaC2 entschwefelt ist, führt man bei 1480°C 1,5 kg einer Legierung ein: Mg ............................ 15,1% Si .............................. 71,4% Ba ............................. 8,2% B .............................. 0,8% N .............................. 1,0% Fe und Verunreinigungen Rest Eine metallographische Untersuchung der Struktur zeigt vollkommen ausgebildete und feinere Kugeln als die nach dem bekannten Verfahren erhaltenen.
  • Das Metall enthält nur 30/0 Karbide.
  • Beispiel 2 In eine 75 kg vorher mit Graphit aufgekohltes und mit CaC2 entschwefeltes Gußeisen enthaltende Planne führt man bei 1480°C mit Hilfe eines Eintauchgeräts 2,250 kg einer egierung ein: Fe ............................. 37% Mg ............................ 9,2% Ba ............................. 5,1% Si .............................. 47,5% B .............................. 0,5% N .............................. 0,7% Verunreinigungen Rest Das 9 Minuten nach der Behandlung gegossene Gußeisen ist vollkommen kugelgraphitartig und hat die Zusammensetzung: C .............................. 3,71% Si .............................. 2,23% Mn ............................ 0,06% P .............................. 0,015% S .............................. 0,015% Mg .............................. 0,044% Fe und Verunreinigungen Rest Die metallographische Untersuchung der Struktur zeigt ein vollkommenes Kugelgraphit-Gußeisen, dessen Graphitkugeln fein und gleichmäßig verteilt sind und das darüber hinaus fast frei von Karbiden ist, und zwar auch in den dünnen Abschnitten der gegossenen Teile.
  • Beispiel 3 In eine Pfanne, an deren Boden man nach der »Sandwich «-Methode einerseits 7,500 kg einer Legierung: Si .............................. 48,1% Mg ............................ 9,6% Ba ............................. 5,2% B .............................. 0,48% Fe und Verunreinigungen Rest und andererseits eine Mischung von 290 g von NaNO3 und 80 g Aluminiumpulver eingebracht hat, führt man 250 kg Gußeisen ein.
  • Nach 8 Minuten Warten gießt man ein vollkommenes Kugelgraphit-Gußeisen.
  • Dieses Gußeisen ist frei von Karbiden, auch wenn es in Form dünner Teile gegossen ist, und der ermittelte Prozentsatz an Karbiden liegt in einem Prüfstück von 4 mm Wandstärke unter 0,5 0/,.
  • Beispiel 4 In eine 75 kg vorher mit Graphit aufgekohltes und mit CaC2 entschwefeltes Gußeisen enthaltende Pfanne führt man unter Durchleiten von Stickstoff bei 14900 C mit Hilfe eines Eintauchgerätes einerseits 2,250 kg einer Legierung der Zusammensetzung: Si .............................. 48,1% Mg ............................ 9,6% Ba ............................. 5,2% B .............................. 0,48% Fe und Verunreinigungen Rest und andererseits in Mischung mit der vorstehenden Charge 175 g NaNO3 und 110 g Aluminium ein.
  • Das 11 Minuten nach dieser Behandlung gegossene Gußeisen hat als Zusammensetzung: C .............................. 3,65% Si .............................. 2,75% Mn ............................ 0,07% P .............................. 0,07% S .............................. 0,012% Mg ............................ 0,047% Fe und Verunreinigungen Rest Die metallographische Untersuchung des gegossenen Gußeisens zeigt: Eine vollkommene Kugelgraphitstruktur; eine gleichmäßige Verteilung der Graphitkugeln; eine größere Zahl feinerer Kugeln als nach einem bekannten Verfahren; eine zu 950/0 ferritische Matrix praktisch ohne Karbide.
  • Beispiel 5 In eine 75 kg vorher aufgekohltes und entschwefeltes Gußeisen enthaltende Pfanne führt man bei 14800 C mittels eines Eintauchgeräts einerseits 2,250 kg einer Legierung der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 4 und andererseits 90 g Kaliumferrocyanid ein.
  • Das 7 Minuten nach dieser Behandlung gegossene Gußeisen hat eine Zusammensetzung: C .............................. 3.65% Si .............................. 2,86% Mn ............................ 0,23% S .............................. 0,04% P .............................. 0,07% Mg ............................ 0,038% Fe und Verunreinigungen Rest Die metallographische Untersuchung des gegossenen Rohgußeisens zeigt: Eine vollkommene Kugelgraphitstruktur; eine gleichmäßige Verteilung der Graphitkugeln; eine Verfeinerung dieser Kugeln im Vergleich mit den bekannten Verfahren; eine 90% Ferrit enthaltende Matrix.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Zusatzlegierung zur Behandlung von Kugelgraphit-Gußeisen auf der Basis Eisen-Silizium-Magnesium-Bor, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 40 bis 75% Silizium, 5 bis 20% Magnesium, 4 bis 12% Barium, 0,3 bis 1,2% Bor, Rest Eisen sowie den sich bei der Herstellung ergebenden unvermeidlichen Verunreinigungen, insbesondere Kalzium und Aluminium in einer Gesamtmenge unter 2,5 0/o besteht, wobei das Gewichtsverhältnis Magnesium-Bor im Bereich von 15 bis 25 liegt und das Gewichtsverhältnis Magnesium-Barium im Bereich von 1 bis 3 liegt.
  2. 2. Zusatzlegierung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Stickstoff in einem Verhältnis 0 < Stickstoff-Bor <2 enthält.
  3. 3. Zusatzlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 45 bis 49% Silizium, 8 bis 10°/o Magnesium, 4,5 bis 5,5 <>/o Barium, 0,4 bis 0,6% Bor, einem Stickstoffgehalt, bei dem das Verhältnis Stickstoff-Bor zwischen 1 und 2 liegt, sowie Rest Eisen und den unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
  4. 4. Verwendung einer Zusatzlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung eines kugelgraphithaltigen Gußeisens, ausgehend von einer stickstoffhaltigen Gußeisenschmelze, in die Stickstoff durch Begasung oder durch Zugabe von Stickstoffverbindungen eingebracht worden ist.
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