DE2245164C3 - Verfahren zur Herstellung von tauchaluminierten Werkstücke n aus schwarzem perlitischem Temperguß oder aus schwarzem ferritischem oder ferritischperlitischem Temperguß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von tauehaluminierten Werkstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lamellarem oder körnigem Zementit oder aus schwarzem ferritischem oder ferritisch-perlitischem Temperguß, die zur Verwendung bei erhöhten Temperaturen und unter Bedingungen erhöhter Korrosionsanfälligkeit (Rostbildung) vorgesehen sind.

Die Herstellung von tauehaluminierten Eisengußstükken besteht aus zwei getrennten technologischen Prozessen, und zwar aus dem Prozeß der Herstellung der Eisengußstücke aus Gußeisen und dem anschließenden Prozeß der Tauchaluminierung der erzeugten Eisengußstücke.

Eines der bekannten Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lamellarem oder körnigem (kugeligem) Zementit beruht auf einer sukzessiven Durchführung der einzelnen Arbeitsstufen der Wärmebehandlung bei den vorher erzeugten Gußstücken aus Temperrohguß, der in der Regel untereutektisch ist. Diese Gußstücke aus Temperrohguß werden bei einer Temperatur von 900 bis 1000⁰C im Verlauf von 8 bis 16 Stunden in einer neutralen Atmosphäre geglüht, um eine Temperung (Graphitisierung) durchzuführen, die auf einem Zerfall des freien Zementits und einer Ausscheidung der Tempcrkohle beruht. Nach Beendigung des Glühprozesses erfolgt eine Ofenabkühlung der Gußstücke bis in den Temperaturbereich der eutektoiden Umwandlung von 850 bis 730⁰C und danach eine schnelle Abkühlung auf die Umgebungstemperatur.

Die Arbeitsstufe der Temperung (Graphitisierung) im Temperaturbereich von 900 bis 1000^CC kann eine Arbeitsstufe der Vorhärtung der Gußstücke aus Temperrohguß bzw. eine Arbeitsstufe der Vorhärtung der Gußstücke aus Temperrohguß mit nachfolgendem Anlassen vorausgehen. Das Vorhärten bzw. das mit einem Anlassen verbundene Vorhärten trägt zu einer bedeutenden Erhöhung der Zahl der Graphitisierungskeime bei und bewirkt daher die Zerkleinerung der Temperkohle im Grundgefüge des Tempergusses oder des Schwarzgusses, was zu einer bedeutenden Verbesserung der mechanischen Eigenschaften dieser Gußeisenarten beiträgt

Falls die Notwendigkeit besteht, ein Perhtgefuge mit körnigem (kugeligem) Zementit zu erhalten, werden die erzeugten, ein Perlitgefüge mit lamellarern Zementit besitzenden Gußwerkstücke bei einer Temperatur von 650 bis 780⁰C im Verlauf von 0,25 bis 10 Stunden noch weiter geglüht, was eine Koagulation des :im Perlit in Lamellenform auftretenden Zementits bewirkt Nach Bendigung des Glühens werden die Gußstücke langsam abgekühlt und aus dem Ofen herausgenommen.

Es besteht auch die Möglichkeit, Erzeugnisse aus schwarzem perlitiscr.em Temperguß mit körnigem (koaguliertem) Zementit herzustellen, wobei die vorher gehärteten Gußwsrkstücke aus schwarzem ferritischem Temperguß in einem Temperaturbereich von 650 bis 800⁰C im Verlauf von 0,25 bis 10 Stunden geglüht und danach bis auf die Umgebungstemperatur abgekühlt werden.

Um die Oberfläche der Eisengußstücke vor Korrosionseinwirkungen und besonders vor Korrosion bei Verhältnissen bei erhöhter Temperatur zu schützen, kommt eine Tauchaluminierung zur Anwendung, die darauf beruht, die vorher gereinigten Erzeugnisse in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad bei einer Temperatur von 680 bis 95O⁰C einzutauchen, sie eine Zeitlang darin zu belassen und dann herauszunehmen Die zur Anwendung kommenden Geschwindigkeiten beim Eintauchen und Herausnehmen der aluminierten Erzeugnisse aus dem Bade bewegen sich in den Grenzen von 0,5 bis 10 m/Minute. Die Eintauchdauer im flüssigen Aluminium oder seinen Legierungen ist gleich der Zeit in der die eingetauchten Gußstücke die Bad temperatur erreichen. Als Ergebnis dieses Prozesses bildet sich aul der Oberfläche der Eisengußstücke ein Schutzüberzug der sich aus mehreren Schichten zusammensetzt und von außtfn beginnend folgende Schichten aufweist: eine dünne Schicht aus Aluminiumoxiden, Aluminium bzw dessen Legierungen mit einer der chemischen Zusammensetzung des Bades entsprechenden Zusammensetzung, ein Gemisch aus Aluminium urd Eisenverbindungen mit Aluminium, intermetallische Phasen vor Aluminium und Gußeisen, eine feste Aluminiumlösung in Ferrit. Die Vielschichtigkeit des Überzugs sowie die sehr große Sprödigkeit der Schicht aus den intermetallischen Phasen üben auf die mechanischen Eigenschafter einen ungünstigen Einfluß aus. Aus diesem Grunde werden nach Durchführung des Tauchaluminierungs Prozesses die Eisengußstücke bei einer Temperatur vor 700 bis 12C(O⁰C 20 bis 30 Stunden lang geglüht. Dadurch geht der mehrschichtige Überzug teilweise oder ganz ir eine feste Aluminiumlösung in Ferrit über, die sich besonders im Vergleich zu den intermetallischen Phaser durch eine bessere Plastizität und Passivität auszeichnet welche durch die Entstehung einer dünnen Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche der ausgeglühten, vohei aluminierten Gußstücke erhöht wird.

Die Herstellung von feueraluiiiinierten Gußstücker aus schalem ferritischem Temperguß oder schwarzen" perlitischem Temperguß gemäß den bisher bekannter Verfahren weist in mehrfacher Hinsicht Nachteile auf.

Die Verfahren zur Herstellung der Gußstücke au; schwarzem ferritischem Temperguß und schwärzenperlitischem Temperguß sowie zur nachfolgender Tauchaluminierung werden getrennt durchgeführt, d. h der Aluminieiungsprozeß findet nach Beendigung de;

remperungsprozessss (Graphitisierung) statt, der gemäß den bisher bekannten Methoden in neutralem Medium erfolgen muß.

Das neutrale Medium wird dadurch erreicht, daß man Schutzatmosphären anwendet oder die auszuglühenden Gußstücke in Glühtöpfen unterbringt und sie mit einem neutralen Füllstoff, in der Regel Quarzsand, überschüttet Das Tempern in Schutzatmosphären, d.h. in chemisch neutralen bzw. Reduktionsatmosphären, hat ungünstige Oberflächenerscheinungen zur Folge, wie die Adsorption von Schutzgaspartikeln an der Oberfläche der Erzeugnisse und die Resorption einiger Bestandteile des Gußeisens, was zum Beispiel eine Oxydierung der Oberfläche hervorruft. Die Adsorption bewirkt teilweise auch eine Entkohlung der Oberschicht und im Falle von schwarzem ferritischem Temperguß die Entstehung einer dünnen oberen Perlit- oder Ferritschicht — helle Umrahmung —, die eine bedeutende Abnahme der Plastizität verursacht. Die in den mit Quarzsand gefüllten Glühtöpfen ausgeglühten Gußstücke unterliegen infolge der Adsorption der Gasphasenpartikein an der Oberfläche einer Entkohlung und Oxydation. Die Existenz der Oxidschicht in Gegenwart der allotropen Umwandlungen unterliegenden Quarzsandkörner während des Glühprozesses der Gußstücke bei einer Temperatur zwischen 950 und 1000⁰C begünstigt die Entstehung von neuen Mineralen auf ihrer Oberfläche, die in Gestalt von schwer zu beseitigenden Anbrennungen sichtbar sind, was den Arbeitsgang zur Vorbereitung der Oberflächen der ausgeglühten Gußstücke für den Feueraluminierungsproze!3 in hohem Maße erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der den bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile, ein Verfahren zur Herstellung von tauchaluminierten Werkstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lamellarem oder körnigem Zementit oder aus schwarzem ferritischem oder ferritisch-penitischem Temperguß anzugeben, das es ermöglicht, das Temperglühen ohne neutrale Atmosphäre und unter Verkürzung der Glühzeit durchzuführen und es ermöglicht, trotzdem Gußwerkstücke mit hohen mechanischen Eigenschaften, hoher Hitze- und Korrosionsbeständigkeit sowie mit homogener und von Entkohlungen an der Oberfläche freier Struktur sowie mit einer von Oxiden und von anderen Spuren freien Oberfläche, die von einem strukturell homogenen Überzug als Ergebnis der Aluminierung überzogen ist, herzustellen.

Dies wird nach der Erfindung dadurch en eicht, daß ein Ausgangswerkstück aus Temperrohguß aluminiert und das aluminierte Werkstück anschließend ohne Anwendung eines neutralen Mediums zur Temperung und zur gleichzeitigen Homogenisierung des Aluminiumüberzugs geglüht wird.

Zur Herstellung von tauchaluminierten Werkstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit körnigem Zementit wird vorteilhaft als Ausgangsprodukt ein Werkstück aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lamellarem Zementit oder aus schwarzem ferritischem oder ierritisch-perlitischem 1 ..mperguß verwendet.

Dieses Herstellungsverfahren, das auf einem Glühen der mit einer AluminiurriSchutzschicht versehenen Ciußsiücke beruht, schließt eine Oxydation der Oberfläche sowie eine Entkohlung der Oberschicht aus. w as eine Homogenität des Gußstückgefüges bei gleich/.eiti- 6; per Homogenisierung der Überzugst.ruktur gewährleiste'., wobei gleichzeitig an eier Oberflüche Anbrennspurpn il.es in den bisher bekannten Glühverfahren als Füllstoff verwendeten Quarzsandes vermieden werden.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung tauchaluminierter Gußstücke aus schwarzem perlitischem oder schwarzem ferritischem Temperguß sind die Abkürzung der Glühzeit der aluminierten Gußstücke aufgrund des gleichzeitigen Glühens des Gußstücks und des Überzugs, der Verzicht auf die Verwendung von teuren und komplizierten Glühofen mit Schutzatmosphäre sowie die Vermeidung der Verwendung von schnell verschleißenden Glühtöpfen.

Es verdient auch noch vermerkt zu werden, daß der Arbeitsaufwand in diesem Prozeß dadurch verringert wird, daß die Vorbereitung der Oberfläche der zu glühenden Gußstücke vor dem Aluminierungsprozeß fortfällt, ebenso wie das Einbringen in Glühtöpfe und das Beschütten mit Sand, weil dies alles — ebenso wie die Verwendung neutraler Gase — im erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig ist, wodurch die Produktionskosten erheblich vermindert werden.

Nachstehend werden Beispiele zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.

Beispiel 1

Das Verfahren zur Herstellung von tauchaluminierten Gußstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lamellarem Zementit gemäß der Erfindung beruht auf der gleichzeitigen Wärmebehandlung der Gußstücke aus Temperrohguß mit dem Ziel, ein Perlitgefüge mit lamellarem Zementit und Ausscheidungen der Temperkohle bzw. eine Perlit-Ferriistruktur mit Temperkohle zu erhalten. Die Wärmebehandlung erfolgt zusammen mit der Durchführung des Tauchaluminierungsprozesses mit nachfolgendem Glühen, wodurch eine Homogenisierung des unmittelbar nach Herausnahme des Gußstücks aus dem Bad erhaltenen mehrschichtigen Aluminiumüberzugs bewirkt wird.

Die Gußstücke aus Temperrohguß, deren Oberfläche vorher gereinigt wurde, werden in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungbad mit einer Temperatur von 680 bis 95O⁰C und einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 5 m/Minute eingetaucht und bei dieser Temperatur so lange darin gehalten, bis sie die Badtemperatur erreichen, dann mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 10 m/Minute herausgeführt und in Wasser oder an der Luft abgekühlt. Dieser Vorgang ermöglicht es, den auf der Oberfläche der Gußstücke aufgetragenen Aluminiumschutzüberzug gleichzeitig zu härten. Die Härtung begünstigt die Entstehung einer größeren Anzahl von Graphitisierungskeimen und erhöht daher die effektiven mechanischen Endeigenschaften der aluminierten Erzeugnissen aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lamellarem Zementit. Danach erfolgt die eigentliche Temperung (Graphitisierung) im Temperaturbereich von WO bis 1000° C im Verlauf von 8 bis 16 Stunden, dei zur zusätzlichen Erhöhung der Anzahl an Graphitisie rungskeimen ein Anlassen der vorher gehärteter Werkstücke vorausgehen kann. Gleichzeitig mit dei Temperung des aluminierten Gußeisens wird eir Glühen des aufgetragenen Aiu'runiumiiber/iigs durch geführt, wodurch dessen gunstigste Struktur erziel wird. Nach dem Glühen werden die aluminierte! Gußstücke zusammen mit dem Ofen bis zum kritische! Temperaturbereich von 880 bis 7J0°C und danacl schnell an der Luft bis auf die Umgebungstemperatu abgekühlt. Der beschriebene Prozeßverlauf gewährlei stet die Erzeugung von aluminierten Gußstücken au ■■■hwarzem perlitischem Temperguß mit Lamellarze

mentit. Dieser Prozeß ist in einem Diagramm (Fig. 1) dargestellt, in dem die Zeitdauer der aufeinanderfolgenden Arbeitsstufen bei der Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturhöhen dargestellt ist.

Beispiel 2

Zur Herstellung von tauchaluminierten Gußstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit körnigem (kugeligem) Zementit wird der Wärmebehandlungsprozeß der vorher tauchaluminierten Gußstücke aus Temperrohguß unter den gleichen Bedingungen wie beim Herstellungsprozeß der tauchaluminierten Gußstücke aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lameilarem Zementit durchgeführt. Nach Ablauf der Graphitisierungsperiode erfolgt ein zusätzliches Glühen bei einer Temperatur von 650 bis 78O°C im Verlauf von 0,25 bis tO Stunden. Dieses Glühen verfolgt den Zweck, ein günstiges Perlitgefüge mit koaguliertem Zementit zu erhalten sowie den aufgetragenen Überzug weiter auszuglühen. Dieser Prozeßablauf ist auf einem Diagramm (F i g. 2) dargestellt, in dem die Dauer der Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen dargestellt ist.

B ei s pie I 3

Tauchaluminierte Gußstücke aus schwarzem perlitischem Temperguß mit körnigem (kugeligem) Zementit können auch aus vorhandenen, keinen Schutzüberzug aufweisenden Gußstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lameilarem Zementit hergestellt werden. Die Gußstücke werden nach vorheriger Oberflächenreinigung tauchaluminiert, wobei die für den in Beispiel 1 beschriebenen Tauchaluminierungsprozeß verbindlichen Parameter einzuhalten sind. Die Gußstükke werden danach mit dem aufgetragenen Aluminiumüberzug im Verlauf von 0,25 bis 10 Stunden im Temperaturbereich von 650 bis 780⁰C geglüht, wonach sie in Wasser bis auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Dieser zusätzliche Glühvorgang bezweckt die Koagulierung des im Perlit vorhandenen lameilarem Zementits sowie das Ausglühen des aufgetragenen Aluminiumüberzugs. Den Prozeßablauf veranschaulicht ein Diagramm (Fig. 3). in dem die Dauer der Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen dargestellt ist.

Beispiel 4

Ausgangsprodukt zur Herstellung von tauchaluminierten Gußstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit körnigem (kugeligem) Zementit können auch nicht aluminierte Werkstücke aus schwarzem ferritischem Temperguß sein, die nach einer Oberflächenreinigung einem Aluminierungsprozeß unterworfen werden, der unter den gleichen Bedingungen abläuft, wie in den vorausgegangenen Beispielen. Die aluminierten Werkstücke werden anschließend im Verlauf von 0,25 bis 10 Stunden einer Temperatur von 650 bis 800⁰C geglüht, wodurch man Perlit mit kugeligem Zementit

ίο erhält und einen homogenen Überzug erzielt. Den Prozeßverlauf veranschaulicht ein Diagramm (F i g. 4), aus dem die für die jeweilige Temperatur angewandte Dauer der Wärmebehandlung ersichtlich ist.

Beispiel5

Das Herstellungsverfahren für tauchaluminierte Gußstücke aus schwarzem ferritischem Temperguß gemäß der Erfindung beruht auf einer gleichzeitigen Wärmebehandlung der Gußstücke aus Temperrohguß, die den Zweck verfolgt, eine Ferrit- bzw. eine Ferrit-Perlitstruktur mit ausgeschiedener Temperkohle zu erhalten sowie einen Aluminiumüberzug mit den günstigsten mechanischen Eigenschaften herzustellen.

Den Aluminierungsprozeß führt man unter Einhaltung der gleichen Parameter durch, wie sie in den vorausgegangenen Beispielen angegeben wurden. Danach werden die aluminierten Gußstücke einem zweistufigen Temperungsverfahren Graphitisierungsverfahren) unterworfen, das darin besteht, daß sie bis aul einen Temperaturbereich von 950 bis 1000° C erhitzt und bei dieser Temperatur 18 bis 24 Stunden lang gehalten werden. Dadurch erfolgt der Zerfall des freier Zementits und eine Bleichung der Temperkohle. Nur werden die Gußstücke zusammen mit dem Ofen bis zurr kritischen Temperaturbereich von 880 bis 73O⁰C, in derr sie 30 bis 60 Stunden gehalten werden, abgekühlt wonach ihre Abkühlung auf die Umgebungstemperatui erfolgt. Während der zweiten Glühperiode erfolgt dei Zerfall des eutektoiden, im Perlit enthaltenen Zementits wodurch es möglich wird, ein rein ferritisches bzw ferritisch-perlitisches Grundgefüge mit ausgeschiedene: Temperkohle zu erhalten. Gleichzeitig mit der Tempe rung erfolgt das Ausglühen des vorher aufgetragener Aluminiumüberzugs, wodurch dessen mechanische:

Eigenschaften und besonders dessen Plastizität erhöh werden. Diesen Prozeßverlauf gibt ein Diagramrr (Fig.5) wieder, das die Dauer der durchgeführter Wärmebehandlung bei der jeweiligen Temperatu wiedergibt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von tauchaluminierten Werkstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lamellarem oder körnigem Zementit oder aus schwarzem ferritischem oder ferritisch-perlitischem Temperguß, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangswerkstück aus Temperrohguß aluminiert und das aluminierte Werkstück anschließend ohne Anwendung eines neutralen Mediums zur Temperung und zur gleichzeitigen Homogenisierung des Aluminiumüberzugs geglüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, zur Herstellung von tauehaluminierten Werkstücken aus schwarzem perlitischem Temperguß mit körnigem Zementit, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsprodukt ein Werkstück aus schwarzem perlitischem Temperguß mit lamellarem Zementit verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsprodukt ein Werkstück aus schwarzem ferritischem oder ferritisch-perlitischem Temperguß verwendet wird.

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