DE2401138A1

DE2401138A1 - Kugelgraphitgusseisen hoher haerte

Info

Publication number: DE2401138A1
Application number: DE2401138A
Authority: DE
Inventors: Toshimi Sasaki; Masahisa Sobue
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-01-12
Filing date: 1974-01-10
Publication date: 1974-07-25
Also published as: JPS4993210A; DE2401138C3; DE2401138B2; US3902897A; JPS543128B2

Description

81-22.OIOP 10. 1.

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Kugelgraphitgußeisen hoher Härte

Die Erfindung besieht sich auf Kugelgraphitgußeisen, insbesondere ein Kugelgraphitgußeisen mit hohem Verschleißwiderstand und guter mechanischer Bearbeitbarkeit und Formbarkeit.

Der Verschleißwiderstand der üblichen Kugelgraphitgußeisensorten wird mit dem Anstieg der Härte verbessert. Daher steigert man üblicherweise die Härte durch Induktionshärten, Ölhärten oder Vasserhärten.

Jedoch können bei diesen Verfahren Abschreckrisse und -span-

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nungen hervorgerufen werden, da das Eisen einmal auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Außerdem ist, falls eine hohe Abmessigkeitsgenauigkeit benötigt wird, eine mechanische Bearbeitung oder Formgebung' nach der Wärmebehandlung erforderlich, und damit steigen die Zahl der erforderlichen Verarbeitungsschritte und die Kosten. Außerdem wird das Kugelgraphitgußeisen häufig zu Gegenständen komplizierter Gestalt gegossen, und es ist manchmal unmöglich, diese Gegenstände der genannten Wärmebehandlung zu unterwerfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgraphitgußeisen zu entwickeln, das folgende Eigenschaften hat: Das Kugelgraphitgußeisen weist im gegossenen Zustand eine relativ niedrige Härte auf, und die mechanische Bearbeitung läßt sich leicht durchführen; anschließend kann man die Härte durch eine Wärmebehandlung bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur erheblich steigern; und die durch die Wärmebehandlung verursachte Deformation ist sehr gering.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Kugelgraphitgußeisen hoher Härte mit üblichen Gehalten an Kohlenstoff, Silizium, Mangan und Kugelbildungsstoff, mit dem Kennzeichen, daß es gewichtsmäßig aus 2,3 - 4,2 % C, 1,5 - 5,0 % Si, höchstens 1,0 % Mn, höchstens 0,1 Kugelbildungsstoff, 1,5 -6,0% Ni, 0,2 bis 2,0 % Al, 0,1 - 1,0 # Mo, Rest Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

Vorzugsweise enthält das Kugelgraphitgußeisen erfindungsgemäß etwa 2,7 % Ni, 0,5 - 1,0 % Al und etwa 0,5 % Mo.

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-S-

In Weiterbildung der Erfindung wird bzw. ist das erfindungsgemäße Kugelgraphitgußeisen nach dem Gießen einer Temperbehandlung unterworfen.

Die Erfindung gibt also ein Kugelgraphitgußeisen mit dem besonderen Kennzeichen an, daß dem üblichen Kugelgraphitgußeisen gewichtsmäßig 1,5 - 6,0 % Ni, 0,2 - 2,0 % Al und 0,1 - 1,0 # Mo zugesetzt sind. Das so erhaltene Kugelgraphitgußeisen hat folgende Eigenschaften: es weist eine niedrige Härte im direkten Gußzustand auf und läßt sich daher so mechanisch leicht bearbeiten; die Härte wird durch die anschließende Wärmebehandlung erheblich gesteigert; und durch die Wärmebehandlung wird im wesentlichen keine Deformation verursacht.

Fig. 1 und 2 sind eine Vorder- und eine Seitenansicht zur Veranschaulichung der Bedingungen der Verschleißprüfung von erfindungsgemäßen Kugelgraphitgußeisenproben und Vergleichsproben; und

Fig. 3 veranschaulicht die Messung von Abmessungsänderungen.

Die folgenden Beispiele zeigen, daß erfindungsgemäß ein Kugelgraphitgußeisen erhältlich ist, das eine verhältnismäßig niedrige Härte und eine gute mechanische Bearbeitbarkeit im direkten Gußzustand aufweist und daß sich diese Härte durch eine anschließende Temper- oder Wärmebehandlung erheblich steigern läßt, wobei durch diese Wärmebe-

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handlung nur eine geringe Deformation hervorgerufen wird.

Verschiedene Kugelgraphitgußeisenproben mit Zusammensetzungen nach der Tabelle 1 wurden durch Gießen in eine Kielblockform von 30 mm Dicke hergestellt. Dann wurden Proben genommen und einer Temperbehandlung von 4 Stunden bei 500 C ausgesetzt. Die Probestücke dieser Kugelgraphitgußeisensorten wurden vor Durchführung der Temperbehandlung und nach deren Durchführung der Brinell-Härteprüfung und der Verschleißprüfung unterworfen. Die Ergebnisse davon sind in der Tabelle 2 aufgeführt. Außerdem wurden durch die Temperbehandlung hervorgerufene Abmessungsänderungen gemessen, wovon die Ergebnisse ebenfalls in cfer Tabelle 2 wiedergegeben sind.

Die Verschleißprüfung wurde unter Verivendung des Ogoshi-Verschleiß-Priifgerätes (s. ^ü'Collection of Articles of Japan Mechanical Society" (Vol. 21, S. 555 ff, 1955) von Ogoshi et al) unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Last 6,5 kg, Verschleißgeschwindigkeit 0,5 m/s und Verschleißstrecke 200 mm.

Das Prüfverfahren ist wie folgt: Wie in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht ist, wurde ein drehbarer Ring 2 (äußerer Durchmesser 30 mm) aus der Kugelgraphitgußeisenprobe No. 1 der Tabelle 1 gegen ein festgehaltenes Prüfstück 1 gedrückt, dessen Verschleißwiderstand im trockenen Zustand zu messen ist, und in Drehung versetzt. Die VerschleiSbreite 1 im festgehaltenen Prüfstück 1 wurde gemessen, und der Verschleißwiderstand der Proben wurde auf Basis dieses Wertes verglichen.

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Die Messung von Abmessungsänderungen aufgrund der Temperbehandlung wurde durch Messen der Länge L der Prüfstücke vor und nach der Durchführung der Wärmebehandlung vorgenommen, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, und die Längenänderung wurde als Prozentsatz ausgedrückt.

In der Tabelle 1 ist die Probe No. 1 das übliche Kugelgraphitgußeisen, die folgende'n Proben "No. 2-4 sind Vergleichsproben von solchem Kugelgraphitgußeisen mit Gehalt an Ni und entweder Al oder Mo, und die Proben No. 5 bis 17 sind die Kugelgraphitgußeisensorten gemäß der Erfindung.

(Tabelle 1, Seite 6)

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Tabelle 1

	C	Si	Chemische Zusammensetzungen	Mg	Ni	Al	(%)	■	Fe
No.	3,35	2,50	Mn	0,051	—	-	Mo	Rest
1	3,20	2,45	0,33	0,049	3,10	0,501	—	Il
2	3,22	2,55	0,40	0,051	2,72	-	-	Il
3	3,17	2,40	0,40	0,05	4,01	-	0,51	Il
4	3,20	2,-70	0,36	0,050	1,55	0,513	0,19	Il
5	3,31	2,70	0,35	0,048	2,73	0,203	0,81	Il
6	3,35	2,01	0,35	0,052	2,73	0,499	0,52	Ii
7	3,20	2,01	0,24	0,051	2,75	1,020	0,52	Il
8	3,25	2,00	0,20	0,050	2,69	2,000	0,53	Il
9	3,18	2,35	0,28	0,052	4,01	0,217	0,52	Il
10	3,54	2,33	0,30	0,050	4,05	0,511	0,20	Il
11	3,20	2,44	0,36	0,049	4,08	0,990	0,19	U
12	3,55	2,51	0,32	0,050	4,10	0,198	0,18	is I
13	3,55	2,60	0,37	0,050	4,07	0,492	0,52	Il i
14	3,60	2,67	0,51	0,050	4,11	1,050	0,49	Il
15	3,15	2,45	0,36	0,049	6,02	1,050	0,53	Il >·
16	3,27	2,70	0,20	0,051	5,98	1,980	0,15	■ i
17		0,20	0,13

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Tabelle 2

	Brinell-Härte	nach dem Tempern⁵*	Verschleißbreite 1 (mrn)	nach dem Tempern ~	Abmes- sungs-
No.	Guß zustand	187	Guß- zustand	4,10	änderun- gen nach dem Tem pern (%)
1	188	257	4,01	2,19	0,003
2	262	325	1,99	0,85	0,006
3	317	356	0,85	0,45	0,010
4	350	265	0,56	1,90	0,007
5	250	326	2,00	1,10	0,008
6	268	370	1,88	0,30	0,006
7	283	363	1,27	0,35	0,008
j 8	275	363	1,33	0,36	0,007
⁹	280	352	1,27	0,42	0,010
10	331	354	0,65	0,43	0,005
11"	321	352	0,85	0,43	0,007
12	321	363	1,05	0,35	0,006
13	352	375	0,43	0,29	0,007
14	331	388	0,79	0,28	0,006
15	325	390	0,70	0,25	0,007
16	354	395	0,40	0,25	0,010
17	343	0,44	0,009

* 500 °C 4 Stunden

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Es ergibt sich aus der Tabelle 2 klar, daß im Fall des bekannten Kugelgraphitgußeisens No. 1 und desjenigen No. 2, das die Zusammensetzung nach No. 1 mit Zusatz von Ni und Al aufweist, die Härte nicht erhöht wurde und eher eine geringe Erweichung nach der Wärmebehandlung auftrat. Weiter wurde im Fall der Proben No. 3 und 4, die die Zusammensetzungen der Probe No. 1 mit Zusatz von Ni und Mo aufwiesen, die Härte nur geringfügig erhöht. Es ergab sich also im Fall der Proben No. 1 bis 4 im wesentlichen keine Änderung der Härte von vor bis nach der Temperbehandlung. Daher änderte sich auch die Verschleißbreite 1 kaum von vor bis nach der Temperbehandlung, und man konnte keine Verbesserung des Verschleißwiderstandes feststellen.

Dagegen erhöhten sich die Härtewerte der Proben No. 5 bis 17 gemäß der Erfindung sämtlich nach der Temperbehandlung, und die Verschleißbreite 1 nach der Temperbehandlung war im Vergleich mit der der Proben vor der Temperbehandlung merklich reduziert. So konnte bestätigt werden, daß der Verschleißwiderstand verbessert war. Diese Tatsache zeigt, daß das Kugälgraphitgußeisen gemäß der Erfindung einerseits eine befriedigende mechanische Bearbeitbarkeit im direkten Gußzustand aufweist und andererseits nach Durchführung der Temperbehandlung einen guten Verschleißwiderstand zeigt. Weiter konnte aus der Tatsache, daß die Längenänderungen von vor bis nach der Temperbehandlung nur gering und praktisch vernachlässigbar waren, wie aus der Tabelle 2 ersichtlich ist, außerdem bestätigt werden, daß das Kugelgraphitgußeisen gemäß der Erfindung, wenn es nach dem Gießen vorab der endgültigen Bearbeitung unterworfen wird, praktisch nach der Temperbehandlung, so wie es ist, verwendet werden kann.

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Das Kugelgraphitgußeisen gemäß der Erfindung kann also leicht im Gußzustand mechanisch verarbeitet bzw. in die gewünschte Form gebracht werden, und dann läßt sich seine Härte durch die nachfolgende Wärmebehandlung unter Verbesserung des Verschleißwiderstandes steigern. Da weiter die durch die Wärmebehandlung hervorgerufene Abmessungsänderung so gering ist, daß sie vernachlässigt werden kann, läßt sich das Kugelgraphitgußeisen gemäß der Erfindung für die verschiedenartigsten Gegenstände, so wie es ist, verwenden.

Die Gründe für die Begrenzung der Zusammensetzungsbereiche der einzelnen Elemente im erfindungsgemäßen Kugelgraphitgußeisen sind folgende:

C ist wesentlich zur Bildung von Graphit, und wenn der C-Gehalt unter 2,3% liegt, wird die Gießbarkeit verringert, und gleichzeitig bildet sich Karbid, während im Fall des Vorliegens von mehr als 4,2 % C die Festigkeit sinkt. Daher wird erfindungsgemäß der C-Gehalt auf 2,3 - 4,2 % begrenzt. Si ist ein wesentliches Element, das die Graphitisierung beschleunigt und die Verringerung des eutektischen Kohlenstoffs fördert. Wenn sein Gehalt niedriger als 1,5 % ist, hat das Silizium praktisch keinen Graphitisierungsbeschleunigungseffekt, und wenn mehr als 5,0 % Si vorliegen, wird das Gußeisen äußerst spröde-. Deshalb wird der Si-Gehalt auf 1,5 - 5,0 % begrenzt. Wenn der Mn-Gehalt, der zur Steigerung der Festigkeit dient, 1,0 % übersteigt, wird die Graphitisierung gestört, und es bilden sich Karbide, so daß das Gußeisen spröde wird. Daher wird der Mn-Gehalt auf höchstens 1,0% begrenzt. Das Kugelbildungselement, wie

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ζ. B. Mg oder Ca, wird zur Kugelgraphitbildung zugesetzt, und wenn sein Gehalt mehr als 0,1% beträgt, wird die Fehlerfreiheit der Gußstücke beeinträchtigt. Daher wird der Gehalt des Kugelbildungsstoffes auf maximal 0,1 % begrenzt. Als Kugelbildungselemente können im übrigen irgendwelche bekannten Kugelgraphitbildungselemente, z.B. Mg, Ca, Ce, Mg-Ca, Mg-Ce, Mg-Ca-Ce usw. verwendet werden. Wenn der Gehalt an Ni, das wesentlich zur Härtung beiträgt, geringer als 1,5 % ist, läßt sich die gewünschte Härtung nicht erreichen, und wenn mehr als 6,0 % Ni vorliegen, entsteht im Gußzustand Martensit in großem Anteil, wodurch sich eine zu hohe Härte ergibt. Daher wird der Ni-Gehalt auf 1,5 - 6,0 % begrenzt. Al ist wesentlich, indem es die Härte des Gußeisens im Gußzustand senkt und die Härte nach der Wärmebehandlung steigert. Wenn der Al-Gehalt unter 0,2 % liegt, lassen sich diese Wirkungen nicht erzielen, und wenn der Gehalt mehr als 2,0 % beträgt, wird die Kugelbildung des Graphits unterdrückt, und die Fluidität der Schmelze sinkt äußerst stark. Daher wird der Al-Gehalt auf 0,2 - 2,0 % begrenzt. Mo erhöht die Härte nach der Wärmebehandlung und kürzt gleichzeitig die zur Härtung erforderliche Zeit ab, und außerdem kann ein Zusatz von Mo den Gehalt an Al senken, das die Fluidität der Schmelze verringert. Wenn jedoch der Mo-Gehalt unter 0,1% liegt, lassen sich die obigen Wirkungen nicht erzielen, und wenn mehr als 1,0 % Mo vorliegt, bildet sich eine große Menge von Karbiden im Gußzustand, was zu einer zu hohen Härte führt. Daher wird der Mo-Gehalt auf 0,1 - 1,0 % begrenzt.

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Claims

-U- Patentansprüche

1. Kugelgraphitgußeisen hoher Härte mit üblichen Gehalten an Kohlenstoff, Silizium, Mangan und'Kugelbildungsstoff, dadurch gekennzeichnet, daß es gewichtsmäßig aus 2,3 - 4,2 % C, 1,5 - 5,0 % Si, höchstens 1,0 % Mn, höchstens 0,1 % Kugelbildungsstoff, 1,5 - 6,0 % Ni, 0,2 - 2,0 % Al, 0,1 - 1,0 % Mo, Rest Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

2. Kugelgraphitgußeisen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 2,7 % Ni, 0,5 - 1,0 % Al und etwa 0,5 % Mo enthält.

3. Kugelgraphitgußeisen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Gießen einer Temperbehandlung unterworfen ist.

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