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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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Gemäß einer Vorzugsvariante der Erfindung wird der Stickstoff statt
in das Gußeisen in die Zusatzlegierung selbst im Lauf deren Herstellung eingeführt.
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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%.
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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.
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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.
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Das Metall enthält nur 30/0 Karbide.
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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.
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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.
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Nach 8 Minuten Warten gießt man ein vollkommenes Kugelgraphit-Gußeisen.
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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/,.
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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.
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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.
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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.
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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.