DE2342277A1

DE2342277A1 - Verfahren zur herstellung von kugelgraphit-gusseisen

Info

Publication number: DE2342277A1
Application number: DE19732342277
Authority: DE
Inventors: William Henry Moore
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-01
Filing date: 1973-08-22
Publication date: 1974-05-09
Also published as: BR7306324D0; BE803531A; NL7314978A; FI54867B; GB1437372A; FR2204690B1; FI253873A; AU5512573A; DK131004B; IT993721B; FR2204690A1; NO135017C; AR195739A1; US3765876A; FI54867C; JPS4977818A; AU469766B2; DK131004C; SU587872A3; DD108771A5

Description

COHAUSZ & FLORACK

PAT B NTANWALT S BÜRO
4 DÜSSELDORF SCHUMANNBTR. 9T

PATENTANWÄLTE: Dijrf.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK ■ Dipl.-fng. R. KNAUF · Dr.-tng., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER

William Henry Moore

Westport, Connecticut, USA 20. August 1973

Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen mit hoher Duktilität im gegossenen Zustand und mit überlegenen mechanischen Eigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einschluß von sphärolithisierenden Legierungen in Metall ohne Pyrotechnik zu
schaffen.

Weiter bezweckt die Erfindung die Vermeidung der Effekte einer Gefügeverschlechterung, was bei herkömmlich hergestellten sphärolithisehen
Eisen üblich ist.

Weiter soll gemäß der Erfindung ein sphärolithischer Eisengußteil geschaffen werden, der frei von Karbiden im Gußzustand ist und eine hohe Kugelgraphitzahl und eine hohe Duktilität im gegossenen Zustand hat.

Weiter soll gemäß der Erfindung ein Verfahren geschaffen werden, bei
dem das Maß der Kugelgraphitbildung effektiv eingestellt werden kann, um dem Gußquerschnitt zu entsprechen, der hergestellt wird, und bei
dem das Auftreten von gemischten und minderwertigen Graphitgefügen im Gußstück vermieden wird.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Darstellungen näher erläutert. In den Darstellungen sind: .

Pig. 1 eine Zeichnung des Anschnittsystems für drei Probestabgußteile A, B und C, in der 1, 2 und 3 die drei Probestäbe sind, 4, 5 und 6

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die Singußläufe in diese Stäbe von dem Eingußkanal 7 sind, der mit dem Dammanschnitt 8 mit der Legierung 9 in seinem Vorratsbereich verbunden ist, wobei dieser wiederum mit einem Ablaufkanal 10 in Verbindung steht, wobei die genannten Probestäbe nach dem Erfindungsgemäßen Verfahren gegossen werden,

Fig. 2A, 2B und 2C ein Satz Photomikrogra-phien der Gefüge, die in den Stäben A, B und C in Fig. 1 anfielen und ohne die iiaßnahme des zweiten Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens gegossen wurden, wobei diese mit 2A, 2B und 2G bezeichnet sind, von denen 2A das Gefüge ist, das im Stab A an einem Punkt am weitesten von dem Eingußlauf 4 weg vorhanden war, während die Stäbe B und C gleiche Gefüge an den gleichen Punkten am weitesten von den Eingußläufen 5 und 6 weg zeigten, von denen 2B das Gefüge ist, das in der Kitte des Stabs A in dem Bereich vorhanden war, an dem der Zugstab spangebend bearbeitet wurde, und von denen 2C das Gefüge war, das im Stab B in der Mitte vorhanden war, wo der Zugstab spangebend bearbeitet wurde, und es war im wesentlichen dias gleiche Gefüge, wie es im Stab G in der Kitte festgestellt wurde, und

Pig. 5A und 3B ein Satz Photomikrographien der Stäbe aus Fig. 1, jedoch bei Anwendung des zweiten Schritts gemäß der Erfindung, wobei 3A das Gefüge darstellt, das in der Kitte des Stabs A vorhanden war, während 3B das Gefüge darstellt, das in der Mitte des Stabs C vorhanden war, wobei das GeSfüge aus der Mitte des Stabs B im wesentlichen das gleiche wie das war, das in 3A und 3B dargestellt ist.

Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen besteht darin, irgendein bekanntes sphärolithisierendes Mittel oder eine kombination solcher Mittel, insbesondere Cerium-» Magnesium- und Calciumlegierungen geschmolzenem Metal in ausreichender Menge zuzusetzen, um den Schwefelgehalt auf einen niedrigen Wert abzusenken und Eückstände an sphärolithisierenden Elementen in der Zusammensetzung zu belassen, damit die Bildung von Graphit oder Kohlenstoff in Kugelform begünstigt wird.

Die meisten Verfahren, nach denen in der Praxis derzeit gearbeitet wird,

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sehen irgendeine Form der Entschwefelung dee geschmolzenen Metalls vor, ehe eine Sphärolithbildung erfolgt, um die Kosten verringern zu können, um die Konsistenz zu verbessern und um ein Kugelgraphiteisen zu schaffen, das sauberer ist und ein geringeres Schrumpfen und eine geringere Tendenz zur Bildung von Defekten zeigt, beispielsweise eine Kohlenstoff-Flotation und Braschen.

Leider enthält Kugelgraphiteisen flüchtige sphärolithisierende Mittel wie Magnesium, das sich allmählich aus den Metall verflüchtigt, um damit das Maß der Kugelgraphitbildung zu verringern. Darüber hinaus neigt auch der graphitisierende Effekt von Siliziumlegierungen, die zugesetzt werden, was ein Teil der meisten Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphiteisen ist, Hit der Zeit schwächer zu werden, was zu einem Produkt führt, daß freie Karbide enthält, die nicht spangebend bearbeitbar sind und die spröde sind·

p Deswegen ist es erforderlich,^iJJjeEeÄaSifritttel/wie Magnesium zuzusetzen, um diesen Verlust auszugleichen, und es ist auch erforderlich, das Kugelgraphiteisen in relativ kurzer Zeit zu gießen, um eine Verminderung des Maßes an Graphitisierung oder Kugelgraphitbildung zu verhindern* Überschußaittel begünstigt verschiedene Gießereidefekte wie Braschen und ein hohes Maß an Erstarrungsschrumpf en. Es erhöht auch die Kosten des Kugelgraphiteisens.

Das Zusetzen von kugelgraphitbildenden Legierungen, besonders jener, die Magnesium enthalten, geht einher mit einer heftigen pyrotechnischen Wirkung, was von dem Standpunkt der Ökologie schädlich ist und was wegen der Heftigkeit quantiativ schwer zu kontrollieren ist.

Es sind ζwahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden, um diese Grundbeanstandungen bekannter Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphiteisen zu beseitigen, und eine Anzahl dieser Verfahren sind in mancher Hinsicht im begrenzten Maße auch brauchbar.

Eines der Verfahren, mit dem derzeit gearbeitet wird, besteht darin,

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-A-

daß die graphitisierende Siliziumlegierung oder die kugelgraphitbildende Legierung direkt in das Formanschnittsystem eingeschlossen wird. Auf diese Weise werden Pryothechnikvorgänge vermieden und eine Wertminderung des Gefüges vermieden, weil die Zusätze im letzten möglichen Augenblick erfolgen, d.i. während des Gießens.

Der Zusatz der kugelgraphitbildenden Legierung Jedoch, insbesondere jener, die Magnesium enthält, in der Form hat leider einige Nachteile, was die Konsistenz in dem Ergebnis anbelangt. Das beschränkt das ausgedehnte Arbeiten dit diesem Verfahren in schwerwiegender Weise.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist das Zusetzen/eines Teils /mindestens der kugelgraphitbildenden Legierung direkt in das Anschnittsystem der Form in einem integrierten Prozeß vorgesehen, bei dem eine Folge von Ereignissen und Schritten vorgesehen ist, welche zu einem konsistenaten Endprodukt führen, bei dem die Schwierigkeiten vermieden werden, die derzeit mit der Kugelgraphitbildung in der Form einhergehen. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich am besten durch einige Tests beschreiben und darstellen, die durchgeführt worden sind, um die Schwierigkeiten zu veranschaulichen und zu beleuchten, die den Verfahren anhaften, mit denen derzeit gearbeitet wird.

In einem besonderen Test wurden drei Teststabgußstücke in einer einzigen Form geformt und mit einem Anschnittsystem verbunden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Hagnesiumferrosilizium in einer Größe von 1/4 bis 1Θ/8 mesh, wie es von Fachleuten bevorzugt wird, und gleich 3/4 Gew-/^ des gegossenen Metalls wurde in einge geeignete Tasche oder in einem geeignteten Vorratsraum 9 gesetzt, der mit einem Dammabstreichkern bestückt war, um ein Gelangen von Reaktionsprodukten in die Teststäbe zu vermeiden, und in diese Form wurde ein Kugelgraphitgrundeisen mit einem Schwefelgehalt von unter 0,01 ^i gegossen. Die erstarrten Teststäbe wurden sodann spangebend bearbeitet und auf ihre physikalischen Eigenschaften und auf ihr Gefüge hin untersucht. Diese Stäbe wurden durch die Buchstaben A, B und C gekennzeichnet, je nach der Position, die sie in der Form eingenommen hatten.

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In Tabelle 1 sind die erzielten (»Ergebnisse angegeben, und in Fig. 2A, 2B und 20 sind die Gefüge gezeigt, die diese Teststäbe hatten.

Tabelle 1	STAB B	STAB C
STAB A	47.202 psi	44.^205 psi
61.1888 psi	7,Q	6,2
21,9	2,05	1,74
2,42	0,046	0,040
0,048

Zugfestigkeit
Längung ^h
Siliziumgehalt *ρ
Magnesiumgehalt $■

Der utab A war in jeder Hinsicht zufriedenstellend. Der Stab C war nicht zufriedenstellend, obgleich ein Teil davon eine brauchbare chemische Analyse erbrachte, und der Stab B war nicht zufriedenstellend, obgleich sein Gefüge in einem Bereich in jeder Hinsicht genauso gut wie das im Stab A war.

Aus diesem Test geht hervor, daß ein Gußstück, das durch Kugelgraphitbildung in der 3?orm hergestellt wird, in bestimmten. Bereichen unbrachbar sein kann und daß ein homogenes sphärolithisches Gefüge nicht immer entsteht. Es folgt ferner, daß dieses Problem der Ungleichförmigkeit vorhanden sein kann, iamer wenn ein kompliziertes Gußstück nach diesem Verfahren hergestellt wird oder wenn mehrere Gußstücke vom selben Anschnittsystem her nach diesem Verfahren hergestellt werden, was die übliche Praxis in allen industriellen Gießereien ist.

In einem zweiten Test wurde mit dem gleichen Anschnittsystem wie beim ersten Test gearbeitet, aber in diesem Falle wurde das Metall in eine Testgießpfanne laufengelassen, nicht in den lOrmraum. Das geschah, um eine Probe entnehmen zu können und um ein Gießen zu unterschiedlichen Zeiten während dies Gußspiels vornehmen zu können. Das Gesamtgießen mit gleichem Gewicht wie jenes des ersten Tests dauerte 10 Sekunden. Bs wurden Proben entnommen und analysiert, und es ergaben si£h die folgenden Ergebnisse, die in Tabelle 2 angegeben sind.

Tabelle 2 ■

ZEIT SILIZIUM # MAGNESIUM 9b

0 Sekunden 1,96 0

5 Sekunden 5,68 409819/0 645 0,08

6 Sekunden 2,56 0,025

9 Sekunden 1,97 0 - 6 -

Dieser Test zeigt klar, daß die Absorption von Magnesiumlegierung durch das Metall, das durch ein Anschnittsystem fließt, nicht gleichförmig ist-rind daß extreme Unterschiede in verschiedenen Bereichen von einzelnen Gußstücken oder in verschiedenen Gußstücken des gleichen Anschnittsysteas entstehen können, wenn eine Herstellung in die-er ^veise eri'oljt.

Verschiedene andere Te^ts ähnlicher Art wurden durchgeführt, bei denen die Größe der Legierung, die Giiseßgeschwindigkeit und die Abmessungen der Legierungskammer variiert wurden, im Bestreben, eine gleiche Behandlung allen Metalls zu erhalten, das durch das .ystem floß; es ergaben sieh zvar einige Verbesserungen, es wurde aber festgestellt, daß es praktisch unmöglich war, gleichförmig behandeltes Metall durch das Anschnittsystem während der Zeit zu erhalten, die benötigt wird, um ein Gußstück zu gießen. Das bedeutet, daß herkömmliche Methoden für die Kugelgraphitbildung in der Form den Kachteil^ugleichförmiger Behandlung haben, was die Qualität der hergestellten Gußstücke schwerwiegend beeinfluss kann.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß Magnesium in einer vollkommen gleichförmigen Weise nicht im Anschnittsysteni einer Form zugesetzt werden kann und daß die nachteiligen Effekte eines nicht gleichförmigen Magnesiumgehalts durch sorgfältige Vorbehandlung des geschmolzenen Metalls in der Gießpfanne vor dem Gießen in eine Form mit einem Gehalt an Kagesiumlegierung aufgehoben werden können. Das kann in einer Art und V/eise

„.IM* "Ua geschehen, die pyrotechnische Vorgänge vermeidet, ebenso einee aaefe *ψ

während der normalen brauchbaren Gießzeit des Metalls in die Form, und auch in einer Art und Weise, die gleichförmig gute Ergebnisse im Gußstück sicherstellt.

Zur Herstellung von Kugelgraphitguß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren müssen drei Schritte gemacht werden:

1. Die Charge muß geschmolzen und das Metall muß ent schwefelt werden*

2. dem Metall wird ein gewählter Kugelgraphitbildner mit.niedrigem pyrotechnischen Wert und mit hoher %ii^7^fn der G±ßpfanene zugesetzt;

5. der Guß wird in eine Form mit einem Anschnittsystem gegossen, das

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eine Hagnesxumsiliziumlegierung enthält.

Jeder dieser drei Schritte ist ein notwendiger Teil der Erfindung, je-- der allein ist jedoch bedeutungslos. Hur dann, wenn jeder ordnungsgemäß durchgeführt und im Verfahren kombiniert wird, entsteht das erfindungsgemäße Produkt.

Der erste Schritt des erfindungsgemäßen "Verfahrens beinhaltet das Schmelzen eines Grundeisens herkömmlichen chemischen Aufbaus für Kugelgraphiteisen mit einem niedrigen Schwefelgehalt. Das beinhaltet einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 5»3O bis 4»00, einen Siliziumgehalt von 1,0 bis 3,0, einen Mangangehalt von 0,20 bis 1,00, einen Phosephorgehalt von 0,02 bis 0,10 und einen Schwefelgehalt von 0,005 bis 0,065ϊ. Chemische Gehalte außerhalb dieser Grenzwerte können ebenfalls fefür bestimmte Zwecke verwendet werden. Legierungen für besondere Effekte wie Wickel, Molybdän, oder Kupfer, können ebenfalls verwendet werden. Das wichtige Kerkma.1 ist, daß das Eisen hinsichtlich Kohlenstoff und Silizium eutektisch oder nahezu eutektisch in der Zusammensetzung sein muß, mit einem Kohlenstoffäquivalent im Bereeich von etwa <i,0 bis 4>6/ . Das wird als herkömmliche Praxis für Kugelgraphiteisen angesehen. Bevorzugt wird ein Abschreck=fewert von weniger als 8/52", gemessen mit einem Gtandardkeiltest. Das Schmelzen kann in irgendeinem Ofen durchgeführt werden, d.h. in einem Elektroofen, in einem Kupolofen oder in einem Flammenofen mit saurer oder basischer Auskleidung, je nachdem, was bevorzugt wird. Der Schwefelgehalt ist verzugsweise niedrig, und zwar zugunsten der Wirtschaftlichkeit und der Metallreinheit, der anfänglich zulässige Schwefelgehalt hängt jedoch davon ab, ob eine Entschwefelung durch AuSenmittel vorgesehen ist oder nicht, beispielsweise die Verwendung von Sodaasche oder Calciumcarbid.

Während im Schritt 2, bei dem ein Kusgelgraphitbildner zugesetzt wird, der Schwefelgehalt auf einen Vert erheblich unter 0,2-/0 abgesenkt wird, iot es normal, zunächst diesen Schwefelgehalt durch andere weniger kostspielige Mittel abzusenken. Vorzugsweise wird ein Schwefelgehalt von weniger als 0,025^· und selbst weniger als 0,015> vorgesehen, ehe Schritt 2 dieses Verfahrens durchgeführt wird.

Das Verfahren, das bevorzugt wird, um den Schwefel auf diesen Vert zu

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averringern, besteht in der Verwendung von Calciumcarbid als Entschwefler und eines porösen Doms als Mittel zum Bewegen des Metalls. Dieses Verfahren ist einschlägig bekannt.

Der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der kritische, bei dem, wenn er erfolgreich durchgeführt wird, das Metall so aufbereitet wird, daß die mögliche ineffektive Kugelgraphitbildung im Anschnittsystem der Form kaum eintreten kann. Das Metall wird im übrigen in der Gießpfanne so aufbereitet, daß der Vorgang der Kugelgraphitbildung in der Form weniger kritisch ist und das Endprodukt ein gleichförmigeres Kugelgraphi tguß stück ist.

Der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Zusetzen eines Mittels, das Elemente der seltenen Erden enthält, hauptsächlich Cerium und alkalische Erden, hauptsächlich Calcium, zum Metall im der Gießpfanne, um den Abschreckwert des Metalls auf einen Wert zu ändern, der mit dem anfänglichen Abschreckwert des Bads in Beziehung steht. Was geschehen sill, ist die Erhöhung dieses Abschwereckwerts um einen bestimmten Betrag.

Dafür gibt es zwei Gründe. Der erste ist, daß Calcium und Cerium den Abschreckwert nicht erhöhen, bis sie zunächst effektiv den Schwefelgehalt neutralisiert haben. Wenn der Schwefelgehalt neutralisiert worden ist, beginnen Calcium und Cerium metastabile Carbide in der Schmelze zu erzeugen, um damit den Abschreckwert zu erhöhen. Da der Abschreckwert schnell und leicht gemessen werden kann, wird ein sehr effektives Kontrollwerkzeug für die Aufbereitung des Metalls für die anschließende Kugelgraphitbildung in der Form verfügbar. Das ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Es isb festgestellt worden, daß die zweckmäßigste Methode zum Einführen von Calcium und Cerium in die Schmelze darin besteht, ein Gemisch von Calciumsilicid und Ceriumfluorid oder ein Gemisch von Calciumcarbid und Ceriumfluorid zu verwenden. Mitunter werden auch kleine Mengen an Magnesium in diesem Schritt zugesetzt, das ist aber kein essentieller Teil des Vefrfahrens wie Cerium, das zu einem ganz ausgeprägten Erhöhen im

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2Μ22ΊΊ

Äbscdäreckweid; führt, wenax es in ausreichender Menge vorhanden ist,

VIe "bereits erwähnt,- liegt der ursprüngliche Ahschrefeckwert des Bads, gemessen;; mit einem Standardtestkeil, beispielsweise- mit einem i/2ⁿ Huaken. und einem 26; -Keilwinkel,, vorzugsweise bei nicht mehr als 8/32. Das liegt, daxan_r daß dann höhere Ahschrecliserte zum Entstehen von stabilen Carbiden, anstatt von metastabilen Carbiden führen können, wenn der Schritt 2 durch Zusetzen von Cerium, und Calcium durchgeführt wird. Stabile Garbide beeinflussen nachteilig das Gefüge in den fertigen Guß stücken* lter einzige Weg sicherzustellen, daß metastabile Carbide vorhanden sind,, besteht darin, mit einem Metall hohen Kugelgraphithildurtgswerts,,, das ist ein niedriger Abschreckwert, anzufangen und dann diesen Abschreckwert größer werden zu lassen_r und zwar wegen des zugesetzten Ceriums und Calciums. Tatsächlich wird ein Grundmet all~Absehreckwert von. 1/52 bis 4/32" bevorzugt _r obgleich ein Wert bis zu QföZ™ ±w®t&n noch akzeptiert werden kann.

Calcium und= Cerium werden dem Bad in Schritt 2 zugesetzt, bis der AbschEecfcwefrt nur mindestens 50/fc zunimmt, vorzugsweise aber um nicht mehr als, 15Ö$L Äxsgedrückt. in tatsächlichen Abschreckwerten bedeutet das» daö dsle^ A^fesefirselEEiXig: vom Bereich von T/32 bis S/3'2 auf einen. Wert er:- MxM wix4_r fer zssiscÄeii 1,5/32 und 24/J2 liegt. Das wichtige Merkmal dafrea, isty &&B dier* Äirsshreekwert über den hinaus, erhöht wird,- der vorr^ ehe: der Zusatz von Calcium und Cerium erfolgte.

s£s@. der aafängliöhe Abschreckwert 2/32 betrug, würde- der erhöhta 3/J2. bis Q./52 sein, tatsächlich wird angestrebt,., den Absehreckwert tea etwa 1OG^o su erhöhen,, um damit Fehler zu vermeiden, die durch die ÄschreckwertHiessung hervorgerufen werden, was zu einem falschen Bild des Schritts 2- dieser Erfindung, führt. Normal er weise wird also versucht, Calcium und Cerium zuzusetzen, um den Abschreckwert über jehinaus, sau verdo^pela, der vorhanden war, ehe der Zusatz: erfolgte. Idealierweie© wird also ein Bad mit einem anfänglichen, Abschreckwert von 4/32^tr atEff eine©. A^feetaeckwert von 8/3Z" oder noch mehr durch eine er- £olgreie&e. Behaaxälun^ nach Schritt 2 der Erfindung- erhöht.

Sin. tarplsches Gemisch,, mit dem im Schritt 2 der Erfindung gearbeitet

wird» "bestellt aus- GQ>. Calcxumsilicid und 20^XluorId seltener Erden (Cerium). Eine Henge,_: die den Absehreckwert nach. Wunsch ändert hz\·:.■■ erhöht, liegt; im Bereich· van. t/Sj.;· bis 1 I/S7I und mehr,- gewöhnlich etwa 5/4>» je nach dem Schwefeigehalt des Bads. Andere Kombinationen von Calcium und Cerium sind ebenfalls effektiv, das ist aber eine Frage der örtlichen. Bevorzugung und Wirtschaftlichkeit. Das wichtige Merkmal des Schritts 2 der Erfindung besteht darin, daß ausreichend Calcium und Cerium in die Schmelze eingeführt wird, um zu einer meßbaren Erhöhung im Abschreckwert des Metalls zu führen. Wenn das geschehen ist, ist das Metall richtig für den abschließenden Schritt 3 aufbereitet worden, der in der vollständigen Eugelgraphitbildung im Anschnittsystem der Form besteht. Eine andere seltene Erde, die verwendet werden kann, ist Heodymium, und ein anderes Erdalkali ist Barium.

Der Schritt 5 der Erfindung besteht im Gießen des Metalls sm Schritt in eine Farm, die eine Magnesiumsiliziumlegierung in einem geeigneten Anschnitt sy s tem enthält. Das Iletall fließt über die Legierung und löst sie auf seinem Weg zu dem Teil der Form auf, der das Gußstück selbst bildet. Die aufgelöste Legierung führt zur Erzeugung eines voll kugelgraphitischen Gefüges, das durch eine große Zahl von kleinen, perfekt ausgebildeten Kugeln in einer wesentlich gerritischen Grundmasse gekennzeichnet ist und bei dem harte spröde Carbide ganz fehlen. Es ist bereits offenbart worden, daß die Lösung dieser I-Iagnesiumlegierung- über den vollständigen Guß des Gußstücks hinweg veränderlich sein kann, die Erfindung beruht aber auf der Tatsache, daß das Aufbereiten des Metalls wie im Schritt 1 und besonders im Schritt 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens die relative Bedeutung diesser ungleichförmigen Legierungslösung bis zum. Punkt mindert, wo ein sehr gleichförmiges Gußstück entsteht, was die mechanischen. Eigenschaften und das Gefüge anbelangt. Ohne eine solche Aufbereitung' kann. Schritt J leicht zu einem Gußstück fuhren» das so ungleichförmig ist, daß es kommerziell nicht akzeptabel ist.

Im Schritt 3 wird vorzugsweise eine Dammeinlaufanordnung verwendet, die bekannt ist, abgleich man auch mit anderen AbatreichvorrichtuBLgen arbeiten kann» Biesser Dammeinlauf besteht aus einem Hetallspeicher und

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einem Abstreichkern, der allen »ichmutz und Reaktionsprodukte daran hindert, in. den Formraum zu gelangen. Die relative Größe des Speichers ist wichtig hinsichtlich des Volumens, das von der Magnesiumsiliziumlegierung eingenommen wird. Vorzugsweise wird dieser Speicher so dimensioniert, daß das Gewicht bzw. Volumen der Legierung, mit der" gearbeitet wird, nicht weniger als 2*?/o einnimmt, jedoch nicht mehr als 50?& des Volumenß des Speichers. Das stellt den besten Zustand für eine gleichförmige Lösung dieser Legierung während der Gießzeit des Gußstücks sicher. Die Fließrate des Metalls wird bestimmt durch die Drosselung unter dem Abstreichkern, und sie liegt in dem normalerweise akzeptablen Bereich der Gießereipraxis , wo die Gießrate etwa gleich dem 1-1 1 /4-Fachen der Quadratwuerζel des Gewichts des gegossenen Metalls ist. Die verwendete Legierung kann irgenedeine Legierung sein, die Magnesium und Silizium enthält, und ihre bevorzugte Größe beträgt etwa i/4 bis Ι/δ mesh, weil sich diese Größe einigermaßen gleichförmig auflöst. Die Magnesiumsiliziumlegierung kann durch eine Magnesiumnickellegierung ersetzt werden.

Die Menge an zugesetzter Legierung hängt hauptsächlich von der Dauer der Gießzeit der Form ab, sie beträgt allgemein jedoch so viel, daß die Gesamtmenge an im fertigen Metallgußstück zurückgehaltenem Magnesium mindestens O,01$ beträgt, bezogen auf das Gewicht des Metalls, und gewöhnlich nicht mehr als 0,105&. Das bedeutet, daß mehr als das zunächst verfügbar ist, und vorzugsweise ist das Magnesium zunächst in Mengen von 0,04^ bis 0,20Jo verfügbar, bezogen auf das Gewicht des Metalls. Die Gesamtmenge an verfügbarem Silizium oder Mckel soll zunächst 0,1OjS bis 1»O56 betragen. Es ist festgestellt worden, daß diese Mengen an Magensium und Silizium zwar nicht allzu kritisch sind, aber unter den meisten Voraussetzungen die besten Ergebnisse erbringen.

Es können mehr als ein Speicherdammeinlauf im Anschnittsystem verwendet werden, wenn das Metall relativ langsam gegossen wird und wenn der Gußteil kompliziert ist und Zuläufe an mehreren Stellen hat. Diese Wahl des genauen Anschnittsystems steht im wesentlichen mit der Gußstückgeometrie in Beziehung,' was dem Fachmann bekannt ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren könrien mehrere Dammeinläufe dazu führen, eine gleichför-

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migere Lösung der Legierung zu erbringen, was immer wünschenswert ist, aber was durch die Aufbereitung des Metalls weniger kritisch gemacht worden ist, wie sie im Schritt 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht wird. Ohne eine solche Aufbereitung würden die Lösungsrate und die Gleichförmigkeit so kritisch werden, daß minderwertige Gußstücke entstünden. Im wesentlichen Schritt 2 dieses Verfahrens ist die Anfälligkeit im Schritt 3 auf einen Punkt gemindert worden, an dem es möglich ist, kommerziell akzeptable Gußstücke herzustellen.

Als ein Beispiel für das Arbeiten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind eine gleiche Serie von Teststäben gegos,sen worden, wie das im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Die Form bestand aus drei Teststäben, wie in Fig. 1. Das Metall wurde geschmolzen, und im Test wurde festgestellt, daß es die folgenden Charakteristikken hatte:

GESAMTKOHLEtJ S TOFF 3,80^

SILIZIUIi 1,92^i

MAIiGAlT 0,35$

PHOSPHOR 0,03/-

SCHWEFEL 0,035'ä

Dieses Metall wurde ent schwefelt, indem Y,j Calciumcarbid verwendet wurde, wobei Bewegung mit einem porösen Dorn und Stickstoffgas hervorgerufen wurde. Der Schwefelgehalt wurde auf 0,01% gesenkt, und der Abschreckwert des Bads varde gemessen, und er vjurde als 3/32" mit einem Keil mit einem Rücken von 1/2" und einem Winkel von 28 bestimmt.

Das Bad wurde dann mit einem Zusatz von 5/8'/:· eines Gemisches behandelt, das 80>: Calciumsilicid und 2O;j Fluoride seltener Erden enthielt. Der Schwefelgehalt wurde weiter auf 0,005/^ gesenkt, und der Abschreckwert wurde auf 7/52" erhöht. Das aufbereitete Mets.ll wurde in die Form gegossen, wo i/2£e Gew.-fp Legierung in einer Größe von 1/8" mesh aus 10/o Magnesium und 40). Silizium in den Damiaeinlaufspeicher gesetzt worden war. Die entstehenden Teststab-Gußstäcke wurden mit A, B und G bezeichnet, wie im Falle des Experiments, das im Zusammenhang mit i'ig. 1 beschrieben worden ist, und diese wurden dann getestet, um die folgenden Ergebnisse in Tabelle 3 zu ergeben.

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LTAB	i<0.	ZUGFESTIGKEIT	ρ si	■;ύ LAKG	■TJii
A		75.	ρ si	21,	50
3		76.	psi	21,	90
C		74.	22,	60
,192
.425
► 92f'

Tabelle 5

Ά SILIZIUIi £ MAGMES IUl-I

2,52 0,052

2,44 0,025

2,56 0,019

us gab Beweise für eine nihht gleichförmige Lösung von Kagnesium und Silizium, wie das durch niedrigere Silizium- und Magnesiumgehalte in Stab C χω. Stergleich zu Stab A gezeigt wurde. Die Zugfestigkeits- und Längungs eigenschaften in den Stäben jedoch waren alle in einer hohen Größenordnung und waren alle auf kommerzieller Basis akzeptabel. Beim Experiment, das zuvor im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist, und zwar nach dem herkömmlichen bekannten Verfahren, waren die Ergebnisse kommerziell nicht akzeptabel gewesen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren,, bei dem das Metall/im Scluaritt 2 aufbereitet worden /wie ist, hatte die Ungleichförmigkeit, die von der Kugelgraphitbildung in der lorm herrührte, keine Konsequenz, insofern,- als gleichförmige, kommerziell akzeptable mechanische Eigenschaften entstanden. Die Gefüge in den Stäben L₁ B und G bestanden in allen Fällen aus kleinen, gut geformten Kügelchen aus Graphit in einer voll ferritischen Grundmasse.. Diese Gefüge sind in Fig. 5A und #B gezeigt.

Indem alle Schritte dieses erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden,, kann eine- Verblassung oder Hinderung der Qualität der Kugelgraph.itgefüge der Gußstücke vermieden werden. Die pyrotechnisehen Vorgänge von Magnesiumzusätzen zum Metall in der Gießpfanne können vermieden werden, und es können 'Gußstücke gleiolifcrmiger, kommerziell akzeptabler ifiigeiischaften in den Gußstücken hergestellt werden. Das Aufbereiten des Metalls im Schritt 2 gemäß der Erfindung durch Zusetzen von Calcium und Cerium zur Herstellung eines erhöhten Absehreckwerts ist eine essentiellesVorspiel für die Magnesiumzugabe im Anschnittsystem der Form. Hit dieser Aufbereitung können die nachteiligen Effekte überwunden werden, die ohne weiteres von der Kugelgraphitbildung in der Fora mit Magnesiumlegierung ohne eine solche vorherige Behandlung herrühren können,

"Js sind viele Gußstücke nach dem erfindungsgeciäßen Verfahren hsrgestellt

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worden, und die Ergebnisse sind außerordentlich ^lcichi'ürai^. V"hrera die Gefüge allgemein dazu neigen, ihrer Art nach ferriuiüch zu aein,» kann man auch gana perlitische Gefüge herstellen, indeii i:;len,crt.e \n_c Zinn oder Kupfer in die Grundaetallzusa^neriEetzung nit aufgenonuUcn v/erden. Allgemein jedoch wird vorzugsweise das erfindun^s^eLiUDe Ye-rJ-'aliren dort angewendet, wo nan hohe Län^ung-en in ^-egascenen Zustand haben v/il]

Ansprüche

0 9 8 19/0645

Claims

234227? Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen-Gußstücken, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gußeisenbad mit niedrigem Schwefelgehalt und nahe an der eutektischen Zusammensetzung mit einem Abschreckwert von nicht mehr als 8/32", gemessen durch einen Standardkeiltest, geschmolzen wird, das Bad durch Zusetzen einer Legierung, die eine seltene Erde und ein Erdalkali enthält, in einer ausreichenden Menge zur Erhöhung des Abschreckwerts «s«wa 50 bis 150/i aufbereitet wird und dann das Bad in eine Form mit mindestens einem Speicher und einem Dammabstreicheinlauf gegossen wird, wobei der Speicher zwischen i/4.und 1 I/4 Gew.-/i·, bezogen auf das Gewicht von Gußeisen, einer Magnesiumlegierung enthält, die in ihrer Kenge so ausreichend ist, daß mindestens 0,01/c Magnesium, bezogen auf das Gewicht von Gußeisen in dem Metall von dem Bad zurückgehalten werden, das durch die Legierung geht, derart, daß ein Gußstück entsteht, das Kugelgraphit enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisenbad einen Kohlenstoffgehalt von 3»3·Ο/ΐ bis 4»00>o, einen Siliziumgehalt von 1,Oj-C bis 3j0>-, einen Hangangehalt von 0,20>o bis 1,00p und einen Phosphorgehalt von 0,02/- bis 40,10>o hat und daß das Gußeisen in dem Bad oder nach der Aufbereitung einen Schwefelgehalt von 0,005^» bis 0,06^ hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seltene Erde Cerium oder Neodym ist und daß die alkalische Erde Calcium oder Barium ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Cerium Ceriumfluorid und daß das Calcium Calciumsilicid sind.

5. Verfahren nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung eine MagnesiumSiliziumlegierung oder eine Kagnesiumnickellegierung· ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Legierung· in dem Speicher nicht weniger als 25^- und nicht mehr als 50v- des Volumens des Speichers einnimmt.

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