DE2136508A1

DE2136508A1 - Neue Eisen Silicium Legierung, deren Herstellung und Verwendung als Impfmetall fur Grauguß und Gußeisen mit Kugelgraphit

Info

Publication number: DE2136508A1
Application number: DE19712136508
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Septier Louis Chedde Percheron (Frankreich) P
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Priority date: 1970-07-23
Filing date: 1971-07-21
Publication date: 1972-02-10
Also published as: CA973716A; ES393532A1; AU459631B2; DE2136508B2; US3765875A; CH526637A; AU3157371A; AT312647B; GB1301238A; IL37366A0; BE770336A; LU63594A1; NO127979B; IL37366A; NL172344C; SE387371B; DE2136508C3; JPS5411243B1; NL7110105A; IT939330B

Description

Patentanwälte

^ 50>17.309P 21. 7. 1971

Marichan£2, Sieinsdorfsir. 10

COMPAGNIS PECHINSY, Paris (Frankreich)

Neue Eisen-Silicium-Legierung,, deren Herstellung und Verwendung als Impfmetall für Grauguß und Gußeisen mit Kugelgraphit

Die Erfindung betrifft eine neue Legierung auf der Basis von Eisen und Silicium, deren Herstellung und Verwendung als Xmpfraetall für Grauguß und Gußeisen mit Kugelgraphit.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer Verbesserung von Gußeisen, insbesondere von Grauguß. Die A'nöerung der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung bei lamellarem Grauguß ist allgemein bekannt. Dabei wird die Gußzusammensetzung im allgemeinen durch das sog.· Kohlenstoff äquivalent charakterisiert, und es ist bekannt, daß beispielsweise die Zugfestigkeit mit Abnahme des Kohlenstoff equivalents zunimmt.

Andererseits weiß man, daß bei Verminderung des Kohlenstoffäquivalents die Tendenz steigt, daß die Gußstücke mit weißem Gefüge erstarren» Ebenso erhält man beim Vergießen von Schmelzen mit niedrigem Kohlenstoffäquivalent eine MikroStruktur mit interdendritischem Graphit, was zu schlech-

50>(B 152I)-NoE (6)

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ten Gebrauchseigenschaften führt.

Es ist weiter bekannt, daß eine dem Vergießen vorangehende Einführung von Silicium in Form einer Legierung oder von "Impfmittel" bezeichneten zusammengesetzten Produkten zu einem viel ausgeprägteren Graphitisierungseffekt führt als die Einführung von Silicium - in der gleichen Form - in das Schmelzbett des Gußeisens.

Durch Anwendung derartiger Impf mittel kann die Ausbildung einer weißen Struktur vermieden und damit Gußeisen mit niedrigem Kohlenstoffäquivalent mit verbesserten mechanischen Eigenschaften erhalten werden.

Es ist im übrigen bekannt_a daß die Anwendung von Impflegierungen nicht auf den Grauguß beschränkt ist, und daß bei Verwendung derartiger Legierungen bei Gußeisen mit Kugelgraphit eine Verbesserung seiner Eigenschaften erreicht werden kann, wie beispielsweise:

- eine Verlängerung der Zeit vor dem Verschwinden des vorangehend eingeleiteten Sphärolithisierungseffekts;

- eine Verfeinerung des Korns, und

- eine Verbesserung des Gefüges durch Eliminierung von Carbiden.

Man weiß, daß Ferrosilicium unterschiedlicher Abstufungen zu den in der Impfpraxis am häufigsten verwendeten Legierungen gehört. Die günstige Wirkung von Kohlenstoff bei der Impfung von Gußeisen ist ebenfalls bekannt, und seine Wirkung im Vergleich zu derjenigen von Silicium wird in

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der nachfolgenden Tabelle· I schematisch zusammengefaßt!

Tabelle I

Vergleich der Wirkung von Si· und C bei der Impfung von

Formgußeisen

	Wirkung auf die Härtungs tiefe	Wirkung auf die Graphit» struktur	Wirkung auf die Struktur der Matrix	Wirkung auf die Härte der Matrix
Si	Abnahme	Vergröberung	Ferritisie« rung	weich» ßiashend
C	Abnahme	Verfeinerung	Ferrifcisie« rung	welch« maohend

Die Tabelle I zeigt* daß Kohlenstoff bezüglich der Härtungstiefe, der Struktur und Härte der Matrix im gleichen Sinne wirkt wie Silicium, und daß er den durch Silicium hervorgerufenen Vergroberungseffekt bei der graphitischen Struktur ausbalancieren bzw. ausgleichen kann.

Es ist bekannt, daß siliciumreieb.es Ferrosilicium selbst bei Herstellung in aufkohlendem Milieu wenig Kohlenstoff enthält. Das gilt insbesondere für das am allgemeinsten für die Impfung von Gußeisen verwendete industrielle Perrosilieium in dem Maße, daß es üblicherweise nicht möglich ist, von der günstigen Wirkung des Kohlenstoffs

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bei der Impfung zu profitieren. Zwar wurde bereits vorgeschlagen, Mischungen von Perrosilicium und Graphit anzuwenden, aber vom Gebrauch derartiger Produkte wird abgeraten, wenn Gußeisen mit Kugelgraphit hergestellt werden soll. Im übrigen kann mit solchen Mischungen keine so gleichmäßige Verteilung der Zusätze wie mit homogenen Legierungen erreicht werden.

Es ist im übrigen bekannt, daß der Zusatz von Calcium zum Perrosilicium einen verstärkenden Effekt auf die Impfung analog zu demjenigen des Kohlenstoffs ausübt.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine insbesondere als Impflegierung brauchbare Eisensilicium-Legierung eines neuen Pe-Si-Ca-C-Typs mit besseren Wirkungsqualitäten als die mit Kohlenstoff oder Calcium versetzten Perrosiliciumprodukte.

Es wurde nämlich überraschenderweise festgestellt, daß sich die Wirkungen des in das Perrosilicium eingeführten Kohlenstoffs und Calciums wechselseitig verstärken, derart, daß der erzielte Erfolg größer ist als die Summe der durch Zusatz von Kohlenstoff bzw. Calcium allein erreichten Verbesserungen bzw. Erfolge.

Die erfindungsgemäße Legierung enthält demgemäß 55 bis 85 % Silicium; 0,2 bis 1 % Kohlenstoff, 2 bis 5 % Calcium, bis zu 2 $ Aluminium, Rest Eisen mit den üblichen, während der Erzeugung eingeschleppten Verunreinigungen (diese stammen vorwiegend aus dem Ausgangsmaterial: So weiß man beispielsweise, daß ein im Handel erhältliches Perrosilicium 1,3 bis 1,5 % Al; 0 bis 0,03 % Ti; 0 bis 0,20 % Mn; 0 bis 0,10 % NiJ 0 bis 0,02 % Crj 0 bis 0,003 % Sj 0 bis 0,003 % P und 0 bis 0,002 $ Cu enthält).

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Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Legierung 70 bis 80 % Silicium, 0,5 bis 0,7 % Kohlenstoff; 2,0 bis 4,0 % Calcium; weniger als 1,5 % Aluminiums Rest Eisen. Diese Legierung kann naoh den verschiedenen bei der Impfung praktizierten Verfahren, die in der Gießereitechnik üblich sind, in die Schmelze bzw. das Gußeisen eingebracht werden«

Die Herstellung einer solchen Legierung kann insbesondere nach einem Verfahren erfolgen, das darin besteht, daß man den Kohlenstoff zu einer flüssigen Si und Ca enthaltenden Legierung mit Hilfe einer Gußeisenzugabe hinzufügt und die Legierung dann rasch vergießt.

Die nachfolgenden nicht einschränkenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindungι

Beispiel 1

In einen Synthese-Induktionsofen werden 12 kg einer SiCa-Legierung (mit ^1,8 % Ca) und 100 kg technisches Silicium (97j7 % Si) gebracht. Nach Verflüssigung des Metalls gibt man 20 kg kleine Stücke eines hypereutektischen Gußeisens mit 5*6 # Kohlenstoff hinzu. Nach Auflösung der Gußeisenstücke wird rasch vergossen. Das erhaltene Produkt enthält:

Si	78,7
C	0,69
Ca	2,81
Al =	1,10

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Beispiel 2

In eine Pfanne mit I98 kg verflüssigter industrieller Legierung der Zusammensetzung: Si = 88,1 %, Ca = 4,83 %> Al = 1,3 ^, Eisen und Verunreinigungen = ergänzend zu 100 %, werden wie in Beispiel 1 40 kg Gußeisen mit 4,12 % Kohlenstoff hinzugegeben. Nach Auflösen des Gußeisens wird rasch vergossen. Das erhaltene Produkt enthält:

Si 72,7 %

Ca = 3,62 %

G = 0,63 %

Al = 1,04 %

Beispiel 3

In eine Pfanne mit 607 kg verflüssigter industriellen Legierung folgender Zusammensetzung: Si = 90,1 %, Ca = 2,8 Al = 1,22 %, Eisen und Verunreinigungen = ergänzend zu 100 %, werden 120 kg Gußeisen mit 3,14 % C und 2,3 % Si wie vorstehend gebracht und gelöst. Nach Auflösung des Gußeisens in der Ausgangslegierung wird rasch vergossen. Das erhaltene Produkt enthält?

	Si	= 73,8 %
	C	0,47 %
	Ca	2,11 %
	Al	0,98 %
Beispiel 4

Bei jeweils dem gleichen Grauguß wurden Gießversuche iin-

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ter Verwendung von bekannten Produkten und erfindungsgemäßen Legierungen durchgeführts

Versuch I

Zu Vergleichszweoken wurde ein "Perrosilieium Jk %^tt folgender Zusammensetsung verwendet!

Si = 75,7 %

Ca = 0,19 %

C - 0_s05 %

Al = 1,10 %

Eisen und Verunreinigungen ergänzend zu 100 %

Versuch II»

Es wurde eine (nicht erfindungsgemäße) kohlenstoffreiche Legierung folgender Zussaiaaiensetzung verwendet ί

Si	= 74,2
Ga	0,09
G	=" 0,31
Al	1,11

Eisen und Verunreinigungen = ergänzend zu 100 %

Diese Legierung wurde ausgehend von 98prozentigem Silicium und Gußeisen (Zusatz von Kohlenstoff) hergestellt bzw. synthetisiert.

Versuch II bis Verwendung einer (nicht erfindungsgemäßen) kohlenstoff-

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reichen Mischung der Zusammensetzung

"Fe-Si 75 #" (Korngröße 0,5 bis 2 mm) ... 90 Gew.-# Graphit in Kornform ... 10 Gew.~#

Das "Fe'-Si 75 #" war das gleiche wie bei Versuch I·

Versuch II ter

Verwendung einer (nicht erfindungsgemäßen) kohlenstoffreichen Mischung der Zusammensetzung:

"Fe-Si 75 %ⁿ (Korngröße 0,5 bis 2 mm) ... 99,7 Gew.-^ Graphit in Kornform ... 0,5 Gew.-^

Das "Pe-Si 75#^!t war das gleiche wie bei den Versuchen I und II bis.

Versuch III

Verwendung einer (nicht erfindungsgemäßen) calciumreichen Legierung der Zusammensetzung:

Si = 75,4 %

C = 0,05 %

Ca = 5,58 %

Al » 1,09 £

Eisen und Verunreinigungen = ergänzend zu 100 %

Diese Legierung wurde ausgehend von 98prozentigem Si, 30prozentigem Si-Ca und Eisen duroh Synthese hergestellt.

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Versuch IV

Verwendung einer erfindungsgemäßen Legierung gemäß Bei« spiel 2 der folgenden - bereits in Beispiel 2 angegebenen Zusammensetzung:

Si =	72,	7
Ca =	3i	62
C =	O,	63
Al =	1,	04

Eisen und Verunreinigungen = ergänzend zu 100 %

Bei 1450 + 10 ⁰C wurde ein Grauguß vom mechanischen Typ mit folgenden Gehalten;

C - 3,45 %

Si = 1,90 %

Mn = 0*54 %

P = 0,1 %

unter jeweils gleichen Bedingungen in der Abstiohrinne bzw. dem Gießkanal geimpft. Für die gesamte Impfserie wurden die Produkte gemäß den Versuchen I-, II, II bis, II ter, III und IV unter gleichen Bedingungen in einer solchen Menge verwendet, daß der Anteil der zum Impfen verwendeten Eisenlegierung 0,3 Gew.-% des Gußeisens betrug (entsprechend einem Zusatz von 0,225 % Silicium bei 75 % Si-Gehalt).

Die einzelnen Impfbehandlungen erfolgten bei einer Gießpfanne mit 40 + 2 kg Gußelsen und die Zusätze an den verschiedenen Legierungen betrugen:

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Impfmittel gemäß Versuch	Zugesetzte Menge (kg)
	pro 4o kg Gußeisen
I	0,120
II	0,120
II bis	0,154
II ter	0,120
III	0,120
IV	0,120

Die mit den 6 Produkten erhaltenen Vergleichsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:

E = Ergebnis Ä = Snd»	Zahl der eutekti«	I	Härtungs- tiefe in	E	)	Y.	Zugfestig keit	-0,5	3RINELL- Härte	Ä *)
Impf mittel	sehen Zellen^ pro om^Ä		ITiRl	12		E- K	-1,7		-
1(Fe-SiJ Bezugs wert)	E	+10	9,1	-2,9	29,1	-0,4	E	-6
H(Fe-Si-O)	164	+46	9,8	-2,2	28,6	-0,8	215	-15
HbIe(Fe- Si + 10 % Graphit)	174	+ 8	12,1	+0,1	27,4	+5,5	209	+ 2
IIter(Fe- Si + 0,5 % Graphit)	210	+52	8	-4	28,7	-	202	- 7
III (Fe-Si-Ca)	172	+77	4,8	-7,2	28,5	217	-19
IV (Fe-Si-Ca- c)	196	-	(18)	-	52,6	208	-
(vgl. nicht geimpftes Gußeisen)	241	(26,8) I	I96
(85)		(221)

(+) an Härtungsprüfrohr vom Typ "International"

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Wie man sieht, führt der Yersueh IV gemäi der Erfindung au den besten Ergebnissen« Dabei ist die Änderung von derjenigen verschieden,, die man aufgrund einer Summierung der Wirkungen iron Kohlenstoff und Calcium bei getrennter Zugabe erwarten konnte« Insbesondere führen Kohlenstoff bzw. Calcium allein zu einer Verminderung der Zugfestigkeit, •während ihre gleichseitige Anwesenheit zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit führt»

Beispiel 5

Die Produkte gemäß den Versuchen I₄, II und IV von Beispiel 4 wurden bei diesem Beispiel für öle Impfung von GS«Gußeisen mit 3a9 % C und 1₃3.% Si verwendet» Es ist bekannt* daß von der Einführung von Graphit n&oh Art der Versuche Ilbis und liter des ^orangshenden Beispiels bei diesem Gußeisen« typ abzuraten ist« laeh SphlEOlithisiarungsbehanäliing durch eine Magnesiumlegierung miMe «las GS«*öuß©is©s. mit den drei Produkten gemäß Versuch I, Versuch XI uM Versuoh 1? ge« impft, wobei die drei Produkte in einer Menge von 0^75 % unter folgenden Bedingungen angewandt wurden?

Impftemperaturι Ι4βθ + 5 ⁰Gi Stückgußteiaperatur? 1420 + 5 ®C.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle III zusammengefaßt. Anhand der Ergebnisse kann man einen erheblichen Erfolg bezüglich der Dehnung und eine sehr empfindliche Veränderung des Prozentsatzes an Carbiden in dem mit der erfindungsgeraäßen Legierung behandelten Gußeisen feststellen.

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Tabelle III

ti h

ta ta φ φ

mechanische Kennwerte (♦♦)

Struktur an dünnen Teilen von Analyse an Stücken

Gar- Per» bide rit Si

Mg

Ö

Φ Φ fj

•Η

ft 09

31,9

50,5

22,2

65 3,6

2,67

0,042/ 0,044

■α •Η O

31,5

51,0

17,5

35

65 3,6

2,71

0,042/ 0,044

•Η bO O-H

•Η Φ M-H O α

H Oi Ό •Η O h

Ol (3

36,1

59,2 14,6

45

45 3,6

2,69

0,042/ 0,044

Kennwerte von aus massiven Stücken gearbeiteten Stäben (#*) L.E. = Elastizitätsgrenze (kg/mm2)

R = Zugfestigkeit (kg/mm2)

A = Dehnung {%)

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Claims

Patentansprüche

1. Eisen-Silieium-Legierung mit 55 bis 85 % Silicium,

2 bis 5 # Calcium, bis zu 2 Ji Aluminium, Rest Eisen und Verunreinigungen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,2 bis 1 £ Kohlenstoff.

2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

70 bis 80 % Silicium, 0,5 bis 0,7 % Kohlenstoff, 2,0 bis 4,0 # Calcium und weniger als 1,5 # Aluminium.

5· Verfahren zur Herstellung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zu einem flüssigen Silicium und Calcium enthaltenden Schmelzbad Gußeisen hinzufügt.

4· Verfahren nach Anspruoh 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze nach Auflösung des Gußeisens rasch vergossen wird.

5· Verwendung der Legierung nach Anspruch 1 oder 2 für die Impfung von Grauguß oder Gußeisen mit Kugelgraphit.

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