DE2136508C3 - Eisen-Silizium-Legierung zur Impfung von Grauguß oder Gußeisen mit Kugelgraphit und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Eisen-Silizium-Legierung zur Impfung von Grauguß oder Gußeisen mit Kugelgraphit und Verfahren zu deren Herstellung

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DE2136508C3 DE2136508A DE2136508A DE2136508C3 DE 2136508 C3 DE2136508 C3 DE 2136508C3 DE 2136508 A DE2136508 A DE 2136508A DE 2136508 A DE2136508 A DE 2136508A DE 2136508 C3 DE2136508 C3 DE 2136508C3
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Description

Tabelle I
Vergleich der Wirkung von Si und C bei der Impfung von Formgußeisen
Die Gußzusammensetzung von beispielsweise lamellarem Grauguß wird im allgemeinen durch das sogenannte Kohlenstoffäquivalent charakterisiert, wobei sich die mechanischen Eigenschaften des Graugusses in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung ändern und beispielsweise die Zugfestigkeit mit Abnahme des Kohlenstoffäquivalents 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 schlechten Gebrauchseigenschaften führt.
Es ist weiter bekannt, daß eine dem Vergießen vorangehende Einführung von Silizium in Form einer Legierung oder von »Impfmittel« bezeichneten zusammengesetzten Produkten zu einem viel ausgeprägteren Graphitisierungseffekt führt als die Einführung von Silizium — in der gleichen Form — in die Gußeisenschmelze.
Durch Anwendung derartiger Impfmittel kann die Ausbildung einer weißen Struktur vermieden und damit Gußeisen mit niedrigem Kohlenstoffäquivalent mit verbesserten mechanischen Eigenschaften erhalten werden.
Es ist im übrigen bekannt, 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 Wirkungsdauer der zum Zwecke kugeliger Graphitausbildung zugesetzten Elemente,
eine Verfeinerung des Korns und
eine Verbesserung des Gefüges durch Eliminierung von Carbiden.
Man weiß, daß Fcrrosilizium unterschiedlicher Abstufungen zu den in der Impfpraxis am häufigsten verwendeten Legierungen gehört. Die günstige Wir-
Wirkung Wirkung Wirkung Wirkung
auf die auf die auf die auf die
Härtungs Graphit- Struktur Härte der
tiefe struktur der Matrix Matrix
Si Abnahme Ver Ferriti- weich
gröberung sierung machend
C Abnahme Ver Ferriti- weich
feinerung sierung machend
Die Tabelle I zeigt, daß Kohlenstoff bezüglich der Härtungstiefe, der Struktur und Härte der Matrix im gleichen Sinne wirkt wie Silizium und daß er den durch Silizium hervorgerufenen Vergröberungseffekt bei der graphitischen Struktur ausbalancieren bzw. ausgleichen kann.
Es ist bekannt, daß siliziumreiches Ferrosilizium selbst bei Herstellung in aufkohlendem Milieu wenig Kohlenstoff enthält. Das gilt insbesondere für das am allgemeinsten für die Impfung von Gußeisen verwendete industrielle Ferrosilizium in dem Maße, daß es üblicherweise nicht möglich ist, von der günstigen Wirkung des Kohlenstoffs bei der Impfung zu profitieren. Zwar wurde bereits vorgeschlagen, Mischungen von Ferrosilizium 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.
Man kennt auch eine im Handel erhältliche Impflegierung mit z. B. 71,9 oder 75,5% Silizium, 4,4,4,7 oder 5% Kalzium, höchstens 1,5% Aluminium und Rest Eisen mit einem durch· Analyse ermittelbaren Kohlenstoffgehalt von etwa 0,25%. Zum oben erläuterten Stand der Technik sei im übrigen auf »B.C.I.R.A. Report Nr. 588«, 9. Jahrgang, 1961, Nr. 2, Seiten 199/236 verwiesen.
Es ist auch bekannt, daß der Zusatz von Kalzium zum Ferrosilizium einen verstärkenden Effekt auf die Impfung analog zu demjenigen des Kohlenstoffs ausübt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Eisen-Silizium-Legierung zur Impfung von Grauguß oder Gußeisen mit Kugelgraphit mit besseren Wirkungsqualitäten als die mit Kohlenstoff oder Kalzium versetzten Ferro-Silizium-Produkte aufzuzeigen und ein Verfahren zur Herstellung dieses Legierungstyps zu entwickeln.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst eine Eisen-Silizium-Legierung zur Impfung von Grauguß oder Gußeisen mit Kugelgraphit, mit 70 bis 80% Silizium und Gehalten an Kalzium und Kohlenstoff, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen, darunter weniger als 1,5% Aluminium, mit dem Kennzeichen, daß die Gehalte der Impflegierung an Kalzium 2 bis 4% und an Kohlenstoff 0,3 bis 0,7% betragen.
Die Verunreinigungen stammen vorwiegend aus dem N usgangsmaterial. Beispielsweise besteht ein im Handel erhältliches Ferro-Silizium aus i,3 bis 1,5% ΛΙ, 0 bis
0,003% Ti, 0 bis 0,20% Mn, 0 bis 0,10% Ni, 0 bis 0,02% Cr. 0 bis 0,003% S, 0 bis 0,003% P sowie O bis 0,002% Cu.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß sich die Wirkungen des in das Ferro-Silizium eingeführten Kohlenstoffes und Kalziums wechselseitig verstärken, so daß der erzielte Erfolg größer ist als die Summe der durch Zusatz von Kohlenstoff bzw Kalzium allein erreichten Verbesserungen bzw. Erfolge.
Diese Legierung kann nach den verschiedenen bei der Impfung praktizierten Verfahren, die in der Gießereitechnik üblich sind, in die Schmelze bzw. das Gußeisen eingebracht werden.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Impflegierung, mit dem Kennzeichen, daß der Kohlenstoffgehalt durch Zugabe von Gußeisen zu der Silizium und Kalzium enthaltenden Schmelze eingestellt wird.
Vorzugsweise vergießt man die Legierung rasch.
Nach diesem Verfahren sind auch Impflegierungen mit Gehalten an Silizium von 55 bis 85% an Kalzium von 2 bis 5%, an Kohlenstoff von 0,2 bis 1,0% und an Aluminium von bis zu 2% herstellbar.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
In einen Induktionsofen werden 12 kr· einer SiCa-Legierung (mit 31,8% Ca) und 100 kg technisches Silicium (97,7% 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%
Beispiel 2
In eine Pfanne mit 198 kg verflüssigter industrieller Legierung der Zusammensetzung: Si = 88,1%, Ca = 4,83%, Al = 1,3%, Eisen und Verunreinigungen = ergänzend zu 100%, werden wie im Beispiel 1 40 kg Gußeisen mit 4,12% Kohlenstoff hinzugegeben. Nach Auflösen des Gußeisens wird rasch vergossen. Das erhaltene Produkt enthält:
Si = 72,7<Vb
Ca = 3,62%
C = 0,63%
Al = 1,04%
Beispiel 3
In eine Pfanne mit 607 kg verflüssigter industrieller 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 unter Verwendung von bekannten Impflegierungen und erfindungsgemäßen Legierungen durchgeführt:
Versuch I
Zu Vergleichszwecken wurde ein »Ferrosilicium 75%« folgender Zusammensetzung verwendet (nicht erfindungsgemäß):
Si = 75,7%
Ca = 0.19%
C = 0,05%
Al = 1,10%
Eisen und Verunreinigungen ergänzend zu 100%.
Versuch Il
Es wurde eine (nicht erfindungsgemäße) kohlenstoffreiche Legierung folgender Zusammensetzung verwendet:
Si
Ca
C
Al
74,2%
0,09%
0,31%
1,11%
Eisen und Verunreinigungen
100%.
= ergänzend zu
Diese Legierung wurde ausgehend von 98%igem Silicium und Gußeisen (Zusatz von Kohlenstoff) hergestellt.
Versuch lla
Verwendung einer (nicht erfindungsgemäßen) kohlenstoffreichen Mischung der Zusammensetzung
»Fe-Si 75%« (Korngröße
0,5 bis 2 mm) 90 Gewichtsprozent
Graphit in Kornform 10 Gewichtsprozent
Das »Fe—Si 75%« war das gleiche wie bei Versuch I.
Versuch Hb
Verwendung einer (nicht erfindurgsgemäßen) kohlenstoffreichen Mischung der Zusammensetzung
»Fe-Si 75%«(Korngröße
0,5 bis 2 mm) 99,7 Gewichtsprozent
Graphit in Kornform 0,3 Gewichtsprozent
Das »Fe —Si 75%« war das gleiche wie bei den Versuchen 1 und Ha.
Versuch III
Verwendung einer (nicht erfindungsgemäßen) calciumreichen Legierung der Zusammensetzung
Si
C
Ca
Al
75,4%
0,05%
3,58%
1,09%
Eisen und Verunreinigungen = ergänzend zu ,00%.
Diese Legierung wurde ausgehend von 98%igen". Si, 30%igem Si-Ca und Eisen hergestellt.
Versuch IV
Verwendung einer erfindungsgemäßen Legierung
gemäß Beispiel 2 der folgenden - bereits
im Beispiel 2 angegebenen — Zusammensetzung
Si = 72,7%
Ca = 3.6: Vo
C = 0.63%
Al = 1,04%
Eisen und Verunreinigungen = ergänzend zu '" 100%.
Bei 1450+10°C wurde ein Grauguß mit folgenden Gehalten:
C = 3.45% '"'
Si = 1,90%
Mn= 0,54%
P = 0,1%
unter jeweils gleichen Bedingungen in der Abstichrinne 2u bzw. dem Gießkanal geimpft. Für die gesamte Impfseric wurden die Produkte gemäß den Versuchen I. II, Ha, Mb.
Tabelle Il
III und IV unter gleichen Bedingungen in einer solchen Menge verwendet, daß der Anteil der zum Impfen verwendeten Eisenlegierung 0,3 Gewichtsprozent des Gußeisens betrug (entsprechend einem Zusatz von 0,225% Silicium bei 75% Si-Gehalt).
Die einzelnen Impfbehandlungen erfolgten an 40 ±2 kg Gußeisen und die Zusätze an den verschiedenen Legierungen betrugen:
Impfmitlei gemäß Zugesetzte Menge
Versuch (kg) pro 40 kg
Gußeisen
I 0,120
Il 0,120
Ha 0,134
Hb 0,120
III 0,120
IV 0,120
Die mit den sechs Produkten erhaltenen Vergleichsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle Il zusammengefaßt:
Impfmitlcl
Zahl der Einhärtungstiefe Zugfestigkeit Brinell-Härte
eutektixchcn Zellen in mm ')
pro cm' (kp/mm-) (kp/mm-)
E') Ä*) E') Ä*) E') A*) II·) A")
I (Fe-Si; Bezugswert) 164 12 — 29,1 — 215 —
11 (Fe-Si-C) 174 + 10 9.1 -2,9 28,6 -0,5 209 -6
Ua (Fe-Si +10% Graphit) 210 + 46 9,8 -2.2 27,4 -1.7 202 -13
lib (Fc-Si+ 0.3% Graphit) 172 + 8 12.1 + 0,1 28,7 -0.4 217 + 2
111 (Fc-Si-Ca) 196 + 32 8 -4 28.3 -0.8 208 -7
IV(Fe-Si-Ca-C) 241 + 77 4.8 -7.2 32.6 + 3,5 196 -19
(vgl. nicht geimpftes Gußeisen) (83) — (18) — (26.8) — (221) —
) Restimmt an einer Gießprobe, die in eine vorgewärmte, im Bild 1 dargestellte Form vergossen wurde, die aus einem t.inguU-
kasten 1. einem Sandkern 2 und einem Kühlbett 3 besteht. *) H = Ergebnis. A = Änderung gegenüber 1.
Wie man sieht, führt der Versuch IV gemäß der Erfindung /u den besten Ergebnissen. Dabei ist die Änderung von derjenigen verschieden, die man auf Grund einer Summierung der Wirkungen von Kohlenstoff und Calcium bei getrennter Zugabe erwarten konnte. Insbesondere führen Kohlenstoff bzw. Calcium allein zu einer Verminderung der Zugfestigkeit, während ihre gleichzeitige Anwesenheit zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit führt.
Beispiel 5
Die Impflegierungen gemäß den Versuchen I. Hl und IV von Beispiel 4 wurden bei diesem Beispiel für die Impfung von Gußeisen mit 3.9% C und 1.3°/« Si verwendet. Es ist bekannt, daß von der Einführung von Graphit nach Art der Versuche lla und Hb des
Tabelle III
Kennwerte von aus massiven Stücken gearbeiteten Stäben
impfmincl
vorangehenden Beispiels bei diesem Gußeisentyp abzuraten ist. Nach Sphäroüthisierungsbehandlung durch eine Magnesiumlegierung wurde das Gußeisen mit den drei Produkten gemäß Versuch I. Versuch III und Versuch IV geimpft, wobei die drei Produkte in einer Menge von 0.75% unter folgenden Bedingungen angewandt wurden:
Impftemperatur
Stückgußtemperatur
1460 ±5 C
1420 ±5 C
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle III zusammengefaßt. An Hand der Ergebnisse kann man einen erheblichen Erfolg bezüglich der Dehnung und eine sehr empfindliche Veränderung des Prozentsatzes an Carbiden in dem mit der erfindungsgemäßen Legierung behandelten Gußeisen feststellen.
Be Mechanische Kennwerte
schalfcn-
heii des
Graphits Filasii/i- Zugfesiig- Dehnung
tatserenze keil
(kp/mm-) (kp/mm-) ("/«) Struktur an dünnen Analyse an Stücken
Teilen von 5 mm
"Ai %
Carbide Ferrit
Si
Mg
i errosilicitim mn
niedrigem C und C
kugelig 36.1
59.2
14.6 45
45
3.6 2.69 0.042/0.044
Fortsetzung Be
schaffen
heit des
Graphits		 Mechanische Kennwerte
Elastizi- Zugfestig- Dehnung
tätsgrenze keit
(kp/mm2) (kp/mm2) (%)		 51,0 17,5
50,5 22,2		 Struktur an dünnen
Teilen von 5 mm
% ü/o
Carbide Ferrit		 65
65		 Analyse an
C Si		 2,71
2,67		 Stücken
Mg
Impfmittel kugelig
kugelig		 31.5
31,9		 1 Blatt Zeichnungen 35
5		 3,6
3,6		 0,042/0,044
0,042/0,044
III.Ferrosilicium wenig
C mit Ca
IV.Fe-Si-Ca-C
gemäß der Erfindung		 Hierzu

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Eisen-Silizium-Legierung zur Impfung von Grauguß oder Gußeisen mit Kugelgraphit, mit 70 bis 80% Silizium und Gehalten an Kalzium und Kohlenstoff, Rest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen, darunter weniger als 1,5% Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehalte der Impflegierung an Kalzium 2 bis 4% und an Kohlenstoff 0,3 bis 0,7% betragen.
2. Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Silizium-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt durch Zugabe von Gußeisen zu der Silizium und Kalzium enthaltenden Schmelze eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung rasch vergießt
i-. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehalte an Silizium auf 55 bis 85%, an Kalzium auf 2 bis 5%, an Kohlenstoff auf 0,2 bis 1,0% und an Aluminium auf bis zu 2% eingestellt werden.
kung von Kohlenstoff bei der Impfung von Gußeisen ist ebenfalls bekannt, und seine Wirkung im Vergleich zu derjenigen von Silizium wird in der nachfolgenden Tabelle 1 schematisch zusammengefaßt:
DE2136508A 1970-07-23 1971-07-21 Eisen-Silizium-Legierung zur Impfung von Grauguß oder Gußeisen mit Kugelgraphit und Verfahren zu deren Herstellung Expired DE2136508C3 (de)

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