DE2143521B2 - Verfahren zur Herstellung von mit Magnesium behandeltem, Kugelgraphit enthaltenden Gußeisen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Magnesium behandeltem, Kugelgraphit enthaltendem Gußeisen, das weitgehend frei von Einschlüssen, insbesondere von Magiiesium-Reaktionsprodukten, ist, in zwei Behandlungsstufeti mit /\viseliengeschaltclcr Aufhcizperiode im schmelzflüssigcn Zustand, wobei in der ersten Behandlungsstufe das aus zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit geeignetem Einsatzmaterial erschmolzene Ausgangseisen mit Magnesium vorbehandelt und die aus den entstandenen Reaktionsprodukten gebildeten Schlacken entfernt werden, wobei ferner am Ende der Aufheizperiode der Gehalt an im vorbehandelten Ausgangseisen gelöstem, metallischen Magnesium zur Kugelgraphitbildung nicht mehr ausreicht und wobei schließlich das vorbehandeltc, aufgeheizte Ausgangseisen in der zweiten Behandlungsstufe mit einer für die Kugelgraphitbildung ausreichenden, minimalen Magnesiunziisat/menge endbehandelt wird. In der nachfolgenden Beschrcibunü wird unter Gußeisen mit Kugelgraphit oder Kugelgraphit enthaltendem Gußc';-cn ein GuBv.erLstoft verstanden, bei dem der als Graphit \ .11 liegende Kohlenvoffanteil nahezu vollst tind 1 ü in kuiiehüer Form e inee lagert ist. d. h. bei dem mindestens ¹¹Ii , des Graphit^ als Kugeln im Gefüge \orhandeii ist.

Bei der Maiiiicsiumbehandlung \on F.iseilschmel-/.CIi 'Jier ein/igen Behandlung, die sich in der Praxis /r.r F-tv.'Uiiunsi \on Gußeisen mit Kugelgraphit prak- ^:isch ii rcliLieset/t hat ■■ bilden sich bekanntlich durch ReLik'KMien des Mauncsiums mit Schwefel Mild Sauerstiii: vulfidische u^: oxidische Magnesiumreaktionsprodvikte.die zu 1 -lilüssen m den Gußstücken fuhren, deren Qnalu.-, verschlechtern und narbige und un-aubeie ("i'ierflachen an den Gußstücken hinterlas-

Inder/.eitschrii' Gußerei vom I¹J. Februar 1^U53 w ird in einem Aufsatz ■ Aus tier Praxis des Spharogusses» von H. Gries Seite <-)h ein Verfahren der ei'igangs beschriebenen Gattung mit einei ersten Magriesiumbehandlung ur Entschwefelung, nachfolgender Zwischenaufhei/ung der Schmelze und anschließender /weiter Magncsiumbehandlung zur KugelbilviiiPig beschrieben. Die Zw ischenaufheizung. die bis /.u Tempeialuren \on etwa 1350 bis 13(Si)" C' erlolgi. dient dazu, es nicht zur F'.rstarrung der Schmelze kommen zu lassen. Da die Aufhei/temperatur reLi:i\ niedrig bleibt und nach der Aufhetzung ein nochmaliges Entfernen der dabei entstandenen Reaktionsprodukte nkht sorgesehen ist. weisen die mit den. b·. kannten Schmelzen hergestellten Gußstücke üualitatseinbu-(ien und narbige und unsaubere Oberflaehen auf.

Nach der deutschen Patentschrift 1001299 wird die Schmelze des Ausgangseisens zunächst geteilt und dereine Teil mit Magnesium überhehandelt und sorgfaltig entschlackt, wobei er sich abkühlt, wahrend der zweite Teil im Ofen verbleibt und daher weiter aufgeheizt wird. Vor dem Gießen werden die abgekühlten und erhitzten Teilmengen wieder zusammengegeben, so daß die Mischung insgesamt mit Magnesium .behandelt ist und ungefähr die gewünschte Gießtemperatur besitzt. Bei diesem Verfahren, bei dem nicht ein eigentliches Zwischcnautheizcn der Schmelze erfolgt, sondern ein Verschneiden des überbehandelten, abgekühlten ersten Teiles mit dem unbehandelten. zweiten TcJ höherer Temperatur stattfindet, gelingt es ebenfalls nicht, die Bildung der unerwünschten Magnesium-Reaktionsprodukte so weitgehend zu verhindern, bzw. diese Produkte so weitgehend zu entfernen, daß Gußstücke der gewünschten Qualität und Oberflächengüte erhalten werden.

In der deutschen Offenlegungsschrift 1 433 565 wird .in Verfahren zur Roheisenherstellung offenbart, bei dem das Roheisen mit Magnesium vorbehandelt und bis zur vollständigen Erstarrung abgekühlt wird; dieses vorbehandeltc, feste Roheisen wird dann einer Ofencharge zugesetzt, diese Charge erschmolzen und ein zweites Mal mit Magnesium behandelt. Ein bewußtes Ausreagicren des Magnesiums der ersten Behandlungsstufc durch gezieltes Erhitzen in der Aufheizperiode ist nicht vorgesehen. Da auch eine Reinigung des Ausgangseisens weder vor dem ersten Erstarren noch nach dem Wiederaufschmelzen vorgesehen ist, kann auch mit diesem Verfahren die Qualität der Gußstücke nicht verbessert werden.

Die Herstellung von Großgußstücken aus ferriti-

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schem Gußeisen mit Kugelgraphit ist in der Zeitschrift »Gießerei- ^C5. Heft ft (14. 3. 19fiS). Seiten 121 his 12h beschrieben. Das Behandlungsverfahren i-er-iehi dort in einer einmaligen Magnesiumzugabe bei etwa 147(i C /u einem entsprechend aufgeheiztem Eisen. Der Forderung nach der fur die Güte der GuRstuckoherflache notwendigen Reinheit der Schmelzen vor dem Gießen wird durch die Auswahl tiefer Schwefellinei Sauersioffüehalte des Ausgangseisen', in gewissem l'mfaiis: Rechnung getragen, ohne daß dabei du '-·> (Jualiiatsanforderungen. die zur vorheizenden Erfindung geführt haben, in vollem \ 'mfaiij. erfüllt v. erden.

De: Erfindung liegi daher die Auigabi zugrunde, die Bildung der erwähnten Magnesium-Rcaklionsprodukte zum einen weitgehend zu verhindern und ¹S bereits gebildete, eierartige Reaktionsprodukte zumindest weitüch'-nd vordem Gießen zu entfernen, um Werkstücke a um Gußeisen mil Kugelgraphit zu erzeugen, die verbesserte Oualitatseigeiischaften ^owie saubere und glatte Oberflächen besitzen: die Beurieilung der Oberflächen soll dabei, λ ie üblich, an den unbearbeiteten oder bearbeiteten Gußstücken um eh einfachen Augenschein erfolgen.

Die Elfi idunii lost diese Aulgabe unter Anwen dunudes einuangs lieschriebenen Verfahrens mi' zwei Behandlung!'.!fen und zwischenge^chalteter AuI-heizpenode dadurch daß in der Aufheizperiode ein Erhitzen unter s'Vxhzeitiger Badbewegung auf eine Temperatur von mi mies te ns 14S0 ' C erfolgt, und daß spätestens nach diesem Eihitzen die noch ausge^chiedenen Reaktionsprodukte er.'.iernt werden, ehe die erneute Magne ,iumbehandluiig in der zweiten Behandlungsstufe durchgeführt wird.

Das Aufheizen auf die verhältnismäßig hohe Temperatur von mindestens 1480 ' C und die Dauer des Erhiizens erlauben eine sehr gute Reinigung des vorbehandelten Ausgangseisens. Auf diese Weise lassen sich qualitativ hochwertige Gußstücke ohne Oberflächenfehler herstellen. Auf Grund dieser Maßnahne und des vollständigen Entfemens der mil Magnesium reagierenden Verunreinigungen des Einsatzmaterials vorder Endbehandlung können die Ersatzstoffe üblicher Reinlichkeil an im Zusammenhang mit der Erfindung wichtigen Verunreinigungen bis zu 0.05' '<. insbesondere bis zu 0.03 Gewichtsprozent Schwele! und bis /u 0.01, insbesondere bis zu 0.008 Gew ic'n:.%-prozent Sauerstoff enthalten.

Die für die Behandlung optimale und zur Kugclgraphilbildung ausreichende minimale Magnesiummenge muß. wie üblich, von Fall zu Fall experimentell oder aus der Erfahrung bestimmt werden, da sie von de r,i Verfahren für die Magnesium-Zugabe, z. R. (Jberschütt- oder Tauchverfahren, der chemische:! Analyse bezüglich der Reslgehalte an Schwefel und Sauerstoff in der behandelten Schmelze, der Schmelzentemperalur vor dem Gießen und von der Badgeometrie, d. h. dem Verhältnis Oberfläche zu Volumen des Bades abhängt. Überschüsse an Magnesium durch Renk!ionen mit dem Luftsauerstoff, der Ofen- oder Gefäßausklcidung oder den Formstoffen führen bekanntlich zu den unerwünschten Reaktionsprodukten der genannten Art, während zu geringe Magnesiummengen nicht die erforderliche Reinigung bringen und die Kugelgraphitbildung nicht sicherstellen.

Die Magncsiumbehandlungen erfolgen im allgemeinen mit magnesiumhaltigen Vorlegierungen, die neben Magnesium auch noch andere der bekannten kueelbildenden und/oder desoxydierenden und ent-'.ch'.'.cfelndcii Kiemente, w ic z. B. Kalzium oder Seltene Erdmetalle, enthalten können.

Die Zugabe des Magnesiums bei beiden Behandlungen kann vnrtcilhafterweise nach dem L'herschüttverfahren -nit Abdecken der Magnesium-Vorlegierung erfolgen, hierbei wird die zu behandelnde Schmelze auf die ^m Boden des Behandln.igsgefaßes gel.r-crte Magnesium-Vorlegierung, weiche mit einem Abdeckmittel, das .-,ich mit dem herzustellenden Gußeisen mit Kugelgraphit veriiiim. geschüttet. Selbstverständlich kann die Magnesiumzugabe jedoch auch nach einem der anderen, bekannu π Einhringverfahren. z. B. durch Tauchen oder Einblasen, erfolgen. Durch ( 'bcf-chütien läßl sich atier eine besonders iniensi'. e DuiehmiNchung de-. Magnesiums mit der Schnulze erreichen. Weiterhin kann die Magnesium menge der ernten Bchandkmüsstufe zweckmaßigerweisc ».o bemessen werden, daß der Schwefelgehalt der Schmelze nach de Vorbehandlung kleiner als 0.0 1 Gewichtsprozent ist.

Das Schmelzen und erneute Aulheizen des Ausgangseisens kann mit Vorteil in einem Induktionsofen durchgeführt werden: auf diese Art wird das elektromagnetische Wechselfeld der Ofciispule gleichzeitig zur Badbe'ÄCgung genutzt. Die Verwendung von anderen Elektroofen, wie z. B. Lichtbogenofen, hei denen die Badbewegung geringer ist. ist damit selbstverständlich nicht ausgeschlossen.

Die Erfindung wird im folgende!, an Hand eine-Ai'.sführungsbeispieles naher erläutert, in dem die Herstellung eines Gußstuckes mit einem Gußgewicht von etwa 5 t beschrieben wird.

In einem i-t-Mittelfrequenz-lnduktionsnfen mit saurer Auskleidung wurden 4700 kg Einsatzmaterial, das zu 30 Gewichtsprozent aus fur die Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit geeignetem Roheisen und zu 70^Λ; aus Stahlschrott bestand, zusammen mit 200 kg Graphit und 100 kg Silizium zu Ausgangseisen erschmolzen. Die Schmelze hat die nachstehende Zusammelheizung in Gcwk asprozent: 3.4 C: 2.0 Si; 0.5 Mn: O.os P: 0.03 S; n.OO.X O,.

Als magnesiumhailiges Behandlungsmittel dient eine Vorlegierung der Zusammensetzung (in Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der Vorlegierung): ') bis 1 ! MgTl.S bis 2.S f'a: 0.8 bis 1 Mischmetal. 45 bis 50 Si: Rest Eisen.

Für die Magnesiumvorbehandlung in der .-rst'.-n Behnndlungsstufe wurden in einer ebenfalls sauer ausgekleideten Behandlunuspfanne geeignelei iröße 50 kg ( 1 Gewichtsprozent tier Schmelze) dieser Vorlegierung auf den Boden gelegt und mit etwa 100 kg (2 Gewichtsprozent) kleinstückigen Siahlabfällen abgedeckt. Dieses abgedeckte Behandlungsmittel wurde dann mil dem geschmolzenen Ausgangseisen überschüttet, wobei die 'Temperatur des flüssigen Ausgangseisens mindestens bei 1450 C lag. was durch pyrometrisehc Messungen des Eisens überwacht wurde.

Bei der von Licht- und Kocherscheinungen begleitoten bekannten Magnesiumreaktion, die etwa eine Minute andauerte, entstanden an Reaktionsprodukten vor allem sulfidische und oxydische Magnesiumverbindungen. Nach Beendigung dieser Reaktionen wurde die Schmelze sauber abgeschlackt und anschließend in den Ofen zurückgeschüttet.

In diesem erfolgte ein erneutes Aufheizen des während der Behandlung und des Abschlackens auf etwa 1350° C abgekühlten Eisens auf mindestens 1480° C.

Die Auf hei/uns: wurde zweekmüßigerweise mil der maximalen verfügbaren Ofenleis'.ung in moülichst kurzer Zeil durchgeführt, damit eine intensive B au "bewegung durch das elektromagnetische W echseuck! erreicht wurde. Fine ohne weiteres mögliche Badbewegung durch eine B \dumw alzuni; mittels elektrischer Rührspiilcn oder mechanischer Ruhr\orriclitungen bek;innter Ari wurde nicht \orüeiioiiihn_r..

Die genannte Temperatur um mindestens !4Sc C wurde so lange gehalten, bis der Gehalt des im F'iscn sielosten. metallischen Magnesiunis aus der Vorbehandlung zur KugclgPiphitbildung nicht mehr ausreichte, was schon kurz nach Erve· 'len der genannten lemperatur der Fall .υ·-, und .ich Absließen und Gefügebeurteilung von Probestücken kontrolliert wurde.

Als ivachsies S eriahrensschrui evfolgie ein P.rchnialiges. sorgfaltiges Abziehen der Schlacke, ehe in der zweiten Behandlungsstufe die Magiiesium-Haupileliandkmg durchgeführt wurde. Diese erfolgte wiederum in der sauer zugestellten Behandlungspfanne und wurde ebenfalls nach dem Ülurschutiverfahien mit "⁷H kg ( 1.4' Ί ) der genannten Vorlegierung durchgeführt, die wiederum mil 2'Ί Abdeckmittel b_L-deckt war. Unmittelbar anschließend an das L KrschuUcn w urde in bekannter Weise zur Förderung der Grauerstarrung der Gußstücke <i.:w (25 kg) f-erro-Silizii.in mii 75' '< Si-Anteil als Impfmittel zugegeben.

Die ·>ο doppelt bell;--idelie Sehniel/e wurde dann in eine Sandform abgegossen, wobei die Gießtemperatur 13SD C' betrug.

Das auf diese Weise hergestellte Gußstück zeigt nach dem Ausformen sehr saubere und glatte, ein-

'-Z schiußfreie Oberflächen, im Gegensatz zu Gußsuikken. die nach bisher bekannten Verfahren aus gleichen Einsa;/stolfen üblicher Reinheit ohne besondere in der Praxis kaum anwendbare \'orsichismal.Miah:nen hergestellt worden sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren /ur Herstellung \on mil Magiiesium behandeltem. Kugelgraphit enthaltendem Gußeisen, das weilgehend frei \on E-"irischlusscn. insbesondere von M ag nesium- Reaktiv -is produkten, ist. in zwei Behandlungsslufen mn zwjschcngeschalteter Aufhei/pe, lode im schme!/flu'Ni_Le;i Zustand, wobei in der ersten Bchandlungssiufe '" das aus /ur I l^rstellung \on Gußeisen tmi Ku*;·. I-iiraphit geeignetem Fiinsat/maierial erschmolzene Ausgangseisen mit Magnesium \i !-behandelt und the aus den entstandenen Reaktionsprodukten sicbildeicn Sehlacken enifernt wer.ien. wobei ferner ¹S am h.ndc der Aufheizperiode der Gellalt an im vorbchandelten Ausgangseisen gelöstem, metallischen Magnesium zur Kugelgraphitbildimg nicht mehr ausreicht, und wobei schließlich das vorbehandelte. aufgeheizte Ausgangseisen ir, der zwei- ²-ten Behandlungsstute mit einer für die Kuüeiiiraphiibildung ausreichenden, minimalen Magnesium/usat/menge endbehandelt wird, dadurch ge k e η η ζ e i cli η e I. daß in der Aufhei/.periode ein Eirhitzcn unter gleichzeitiger Badbewciung auf -5 eine Temperatur \on mindestens 14Sh C erfolgt, und daß spätestens nach diesem Krhit.-vn die noch ausgeschiedenen Reaktionsprodukte entfern: werden, ehe die einet:'■· Magnesiumbehandlung in der zweiten Behandlungsstufe durchgeführt •vird

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Magnesium nach dem Überschüttverfahren mit Abdecken der Magnesium-Vorlegierung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesium-Menge dei ersten Behandlungsstufc derart bemessen wird, daß der Schwefelgehalt des Ausgangseisens nach der Vorbehandlung kleiner als 0.01 Gew dnsprozcni ist.

4. Verfahren nach einem der voi ausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen des vorbehandelten Ausgangseisens in einem Induktionsofen durchgeführt wird.