DE2136508A1 - Neue Eisen Silicium Legierung, deren Herstellung und Verwendung als Impfmetall fur Grauguß und Gußeisen mit Kugelgraphit - Google Patents
Neue Eisen Silicium Legierung, deren Herstellung und Verwendung als Impfmetall fur Grauguß und Gußeisen mit KugelgraphitInfo
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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 bekannta 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!
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
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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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 %
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 - 0s05 %
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·
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.
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 omÄ |
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»
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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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 (2)
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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Non-Patent Citations (1)
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