DE2143521A1 - Verfahren zur herstellung von magnesiumbehandeltem, kugelgraphit enthaltenden gusseisen - Google Patents

Description

DIPL.-ING. H. MARSCH 4 Düsseldorf.

undemannstrassb si

POSTFACH 4OiT PATENTANWÄLTE TELEFON (0211) 67 22 46

DIPL.-ING. K. SPARING _poSTFACH

Belegexemplar ι

. Darf nicht geändert werden '.

Beschreibung

zum Patentgesuch l\ H OO c \

dor Firma Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

betreffend: Λ

"Verfahren zur Herstellung von magnesium-

behandeltera, Kugelgraphit enthaltenden Gußeisen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von inagneaiumbehandeltem, Kugelgraphit enthaltenden Gußeisen, das weitgehend frei von Einschlüssen, insbesondere von Magnesium-Reaktionsprodukten, ist* In der nachfolgenden Beschrei bung wird unter Gußeisen mit Kugelgraphit oder Kugelgraphit enthaltendem Gußeisen ein Gußwerkstoff verstanden, bei dem der als Graphit vorliegende Kohlenstoffanteil nahezu vollständig in kugeliger Form eingelagert ist, d.h. bei dem mindestens 9o% des Graphits als Kugeln im Gefüge vorhanden sind.

Bei der Magnesiumbehandlung von Bisenschmelzen - der einzigen Behandlung, die sich in der Praxis zur Erzeugung von Gußeisen mit Kugelgraphit praktisch durchgesetzt hat bilden sich bekanntlich durch Reaktionen des Magnesiums mit Schwefel und Sauerstoff sulfidische und oxidische Magnesium-Reaktionsprodukte, die zu Einschlüssen in den Gußstücken füh-

- 2 309811/0371

2 Ί 4352 Ί

ren, deren Qualität verschlechtern und narbige und unsaubere Oberflächen an den Gußstücken hinterlassen. Aufgabe der Erfindung 1st es, die Bildung derartiger Magnesium-Reaktionsprodukte weitgehend zu verhindern und Werkstücke aus Gußeisen mit Kugelgraphit zu erzeugen, die saubere und glätte Oberflächen besitzen; die Beurteilung der Oberflächen erfolgt dabei Üblicherweise an den unbearbeiteten oder bearbeiteten Gußstücken durch einfachen Augenschein.

Oie Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das aus zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit geeignetem Einsatzmaterial üblicher Reinheit erschmolzene Ausgangseisen zunächst in einem Behandlungsgefäß einer Magnesium-Vorbehandlung mit einer Magnesiummenge von o_#o7 - o,15 Gew.-4 der Schmelze unterzogen wird, daß ferner nach Ablauf der Behandlungsreaktionen die entstandenen Reaktionsprodukte entfernt werden, und daß das so vorbehandelte Ausgangseisen in einem Ofen unter gleichzeitiger Badbewegung auf mindestens 143o C solange aufgeheizt, bis der Gehalt an im behandelten Eisen gelüsten, metallischen Magnesium zur Kugelgraphitbildung nicht mehr ausreicht, und daß schließlich spätestens nach dem Aufheizen die Reaktionsprodukte nochmals entfernt werden, ehe eine erneute Magnesiumbehandlung mit einer für die Kugelgraphitbildung gerade ausreichenden, minimalen Magnesiumzusatzmenge durchgeführt

be
wird. Mit der Vorhandlung wird vor allem eine Entschwefelung und eine Desoxidation der Schmelze erreicht, wobei besonders das erneute Aufheizen eine sehr gute Reinigung des Ausgangseisens erlaubt.

Die Einsatzsdtoffe üblicher Reinheit können an im Zusammenhang mit der Erfindung wichtigen Verunreinigungen bis

- 3 30981 1 /0371

2U3521

zu o,o5%, insbesondere bis zu o,o3 Gew.~% Schwefel und bis zu o,ol, insbesondere bis au 0,008 6ew.~% Sauerstoff enthalten. Das Ende der Behandlungsreaktionen wird durch das Aufhören der sichtbaren Begleitumstände der Magnesium-Reaktionen, z.B. durch das Verlöschen der Lichterscheinungen und das Aufhören des Brodeins der Schmelze angezeigt· Als Behandlungsgefäß können unbeheizte oder beheizte Pfannen oder Warmhalteöfen dienen.

Die zur Kugelgraphitbildung gerade ausreichende mini- ä male Magnesiummenge ist diejenige Menge, die notwendig 1st, um die zu Beginn geschilderten Güteanforderungen hinsichtlich des als Kugelgraphit vorliegenden Kohlenstoffes zu erfüllen. Sie muß von Fall zu Fall experimentell oder aus der Erfahrung bestimmt werden, da sie von dem Verfahren für die Magnesiumzugabe, z.B. Uberschütt- oder Tauchverfahren, der chemischen Analyse bezüglich der Restgehalte an Schwefel und Sauerstoff in der behandelten Schmelze, der Schmelzentemperatur vor dem Gießen und von der Badgeometrie, d.h. dem Verhältnis Oberfläche zu Volumen des Bades abhängt. Die Verwendung einer gerade zur Kugelgraphitbildung ausreichenden Magnesiummenge ist deswegen von erheblicher Bedeutung, weil Überschüsse an Magnesium durch Reaktionen mit dem Luftsauerstoff, der Ofen- f oder Gefäßauskleidung oder den Formstoffen wiederum zu den unerwünschten Reaktionsprodukten der genannten Art führen. Denn Ziel jeder Magnesiumbehandlung zur Herstellung von Gußeisen .mit Kugelgraphit ist es, daß die zugegebene Magnesiummenge ausschließlich der Kugelgraphitbildung dienen soll, während alle anderen Magnesium-Reaktionen unerwünscht und für die Güte des Gußproduktes schädlich sind.

30981 T/0371
BAD ORIGIMAt'

2U3521

Die Magnesiumbehandlungen erfolgen im allgemeinen mit magnesiumhaltigen Vor legierungen, die neben Magnesium auch noch andere der bekannten kugelbildenden und/oder desoxydlerenden und entschwefelnden Elemente» wie z.B. Kalzium oder Seltene Erdmetalle, enthalten können.

Die Zugabe des Magnesiums bei beiden Behandlungen kann vorteilhafterweise nach dem Überschüttverfahren erfolgen, bei dem diezu behandelnde Schmelze auf eine am Boden des Behandlungsgefäßes gelagerte Magnesium-Vorlegierung, welche mit einem Abdeckmittel, das sich mit dem herzustellenden Gußeisen mit Kugelgraphit verträgt, geschüttet wird. Selbstverständlich kann die Magnesiumzugabe auch nach einem der anderen, bekannten Einbringverfahren, z.B. durch Tauchen oder Einblasen, erfolgen. Durch Überschütten läßt sich jedoch eine besonders intensive Durchmischung des Magnesiums mit der Schmelze erreichen. Weiterhin kann die Magnesiummenge zur Vorbehandlung zweckmäßigerweise so bemessen werden, daß der Schwefelgehalt der Schmelze nach dieser Behandlung kleiner als o,ol Gew.-% ist.

Das Schmelzen und erneute Aufheizen des Ausgangseisens kann mit Vorteil in einem Induktionsofen durchgeführt werden, wobei das elektromagnetische Wechselfeld der Ofenspule gleichzeitig zur Badbewegung genützt wird. Die Verwendung von anderen Elektroöfen, wie z.B. Lichtbogenofen, bei denen die Badbewegung geringer ist, 1st selbstverständlich ebenfalls möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, in dem die Herstellung eines

- 5 811/0371

2Η352Ί

Gußstückes mit einem Gußgewicht von etwa 5 t beschrieben wird.

que
Zn einem 5 t Mlttelfrenz-Znduktionsofen mit saurer

Auskleidung werden 4 7oo kg Einsatzmaterial, das zu 3o Gew.-% aus für die Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit geeignetem Roheisen und zu 7ο % aus Stahlschrott besteht, zusammen mit 2oo kg Graphit und loo kg Silizium zu Ausgangseisen erschmolzen. Die Schmelze hat die nachstehende Zusammensetzung in Gew.-%i 3,4 C;2/D Si; 0,5 Mn; O,O8 P; 0,03 S; 0,000 O₃.

Als magnesiumhaltiges Behandlungsmittel dient eine Vorlegierung der Zusammensetzung (in Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Vorüegierung) .

9-11 Mg; 1,8 - 2,8 Ca; 0,8 - 1 Mischmetall; 45 - 5o Si; Rest Eisen.

Für die Magnesiumvorbehandlung werden in einer ebenfalls sauer ausgekleideten Behandlungspfanne geeigneter Größe So kg (1 Gew.-% der Schmelze) die*.ar Vorlegierung auf den Boden gelegt und mit etwa loo kg (2 Gew.-%) kleinstückigen Stahlabfällen abgedeckt* Dieses abgedeckte Behandlungsmittel wird dann mit dem geschmolzenen Ausgangseisen überschüttet, wobei die Temperatur des flüssigen Ausgangseisens mindestens l45o°C betragen soll, was durch pyroroetrische Messungen des Eisens überwacht wird.

Sobald die Schmelze und das magneslumhaltige Behandlungsmittel in innige Berührung kommen, laufen die von Licht- und Kocherscheinungen begleiteten bekannten Magnesiumreaktionen

309811/0371

ab, die etwa eina Minute andauern, und bei denen an Reaktionsprodukten vor allem sulfidische und oxydische Magnesiumverbindungen entstehen. Nach Beendigung dieser Reaktionen wird die Schmelze sauber abgeschlackt und anschließend in den Ofen zurückgeschüttet.

In diesem erfolgt ein erneutes Aufheizen des während der Behandlung und des Abschlackens auf etwa 135o°C abgekühlten Eisens auf mindestens 148o°C. Die Aufheizung wird zweckmäßigerweise mit der maximalen verfügbaren Ofenleistung in möglichst kurzer Zeit durchgeführt, damit eine intensive Badbewegung durch das elektromagnetische Wechselfeld erreicht wird. Die Badbewegung kann nötigenfalls durch eine Badumwälzung mittels elektrischer Rührspulen oder mechanischer Rührvorrichtungen bekannter Art verstärkt werden.

Die genannte TEmperatur von mindestens 148o°C wird mindestens solange gehalten, bis der Gehalt des im Eisen gelösten, metallischen Magnesiums aus der Vorbehandlung zur Kugelgraphitbildung nicht mehr ausreicht, was im allgemeinen schon kurz nach Erreichen der genannten Temperatur der Fall ist, und durch Abgießen und Gefügebeurteilung von Probestücken kontrolliert wird.

Als nächster Verfahrensschritt erfolgt ein nochmaliges, sorgfältiges Abziehen der Schlacke, ehe die Magnesium-Hauptbehandlung durchgeführt wird. Diese erfolgt wiederum in der sauber zugestellten Behandlungspfanne und wird ebenfalls nach dem überschüttverfahren mit 7o kg (1/4%) der genannten Vorlegierung durchgeführt, die wiederum mit 2 % Abdeckmittel

- 7 30 9811/0371

BAD ORfQINAt.

bedeckt ist. Unmittelbar anschließend an das überschütten wird in bekannter Weise zur Förderung der Grauerstarrung der Gußstücke» ο ,5% (25 kg) Ferro-Siliziura mit 75 % Si-Anteil als Impfmittel zugegeben.

Die so doppelt behandelte Schmelze wird dann in eine c
trägt.

Sandform abgegossen, wobei die Gießtemperatur 1 38o°C be~

Das auf diese Weise hergestellte Gußstück zeigt nach dem Ausformen sehr saubere und glatte, einschlußfreie Oberflächen, im Gegensatz zu Gußstücken, die nach bisher bekann ten Verfahren aus gleichen Einsatzstoffen üblicher Reinheit ohne besondere in der Praxis kaum anwendbare Vorsichtsmaßnahmen hergestellt worden sind.

- Patentansprüche -

309811/0371

Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Magnesium-(Mg-)behandeltem, Kugelgraphit enthaltenden Gußeisen, das weitgehend frei von Einschlüssen, insbesondere von Mg-Reaktionsprodukten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das aus zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit geeignetem Einsatzmaterial üblicher Reinheit erschmolzene Ausgangseisen zunächst in einem Behandlungsgefäß einer Magnesium-Vorbehandlung mit einer Magnesium-Menge von o,o7 bis o,15 Gew.-% der Schmelze unterzogen wird, daß ferner nach Ablauf der Behandlungsreaktionen die entstandenen Reaktionsprodukte entfernt werden, und das so vrfee.-handelte Ausjangseisen in einem Ofen unter gleichzeitiger Badbewegung auf mindestens 1 48o°C solange aufgeheizt wird, bis der Gehalt an im behandelten Elsen gelösten, metallischen Magnesium zur Kugelgraphitbildung nicht mehr ausreicht, und daß schließlich spätestens nach dem Aufheizen die Reaktionsprodukte nochmals entfernt werden, ehe eine erneute Magiesium-Behandlung mit einer für die Kugelgraphitbildung gerade ausreichenden, minimalen Magnesiurazusatzmenge durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Magnesiums nach dem überschüttverfahren erfolgt, bei dem die zu behandelnde Schmalze auf eine am Boden des Behandlungsgefüßes gelagerte und durch mit dem herzustellenden

BAD ORfGfNAL

2H3521 3

Gußeisen mit Kugelgraphit verträgliche Abdeckmittel abgedeckte Mg-Vorlegierung geschüttet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesium-Menge für die Vorbehandlung derart bemessen wird, daß der Schwefeigehalt der Schmelze nach dieser Be handlung kleiner als o,ol Gew.-% ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen des vorbehandelten Ausgangseisens in einem Induktionsofen durchgeführt wird.

5.. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Wechselfeld dea Induktionsofens zur Badbewegung genützt wird.

30981 1 /03Ή BAD ORIGINAL