DE2440452A1

DE2440452A1 - Verwendung einer gusseisenlegierung fuer gusstuecke mit weisserstarrender randzone

Info

Publication number: DE2440452A1
Application number: DE2440452A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Keiner; Karl-Heinz Dipl Ing Riemer
Original assignee: BuderusSche Eisenwerke AG
Current assignee: Buderus AG
Priority date: 1974-08-23
Filing date: 1974-08-23
Publication date: 1976-03-04

Description

Verwendung einer Gußeisenlegierung für Guß stück mit weiß erstarrender Randzone Die Erfindung betrifft die Herstellung von Guß stücken aus Gußeisen, welche eine weiß erstarrende Randzone aufweisen sollen.
Für bestimmte Maschinenteile wird eine harte Oberfläche gefordert, um den Verschleiß möglichst niedrig zu halten. Bei Maschinenteilen aus Gußeisen kann man dies durch einf karbidisches Gefüge (Weißerstarrung) erreichen. Gußeisenschmelzen haben je nach ihrer chemischen Zusammensetzung mehr oder weniger die Neigung zur Weißerstarrung. Außerdem ist die Abkühlungsgeschwindigkeit der erstarrenden Schmelze auf die Weißerstarrung von Einfluß.
Es ist üblich an den Stellen, die weiß erstarren sollen, Schreckplatten in die Sandform einzulegen und so durch die erhöhte Abkihlungsgeschwindigkeit die örtliche Ausbildung von karbidischem Gefüge herbeizuführen. Dies ist in der Fertigung aufwendig und auch ausschußanfällig, weil die Schreckkokillen nicht exakt liegen können und damit die Kokillenwirkung unterschiedlich ist. Sowohl die Weißeinstrahlzone, als auch die Weißeinstrahltiefe hat man somit nicht exakt in der Hand. Au muß man mit Sandeinschlüssen an den zu bearbeiten Stellen rechnen.
Ein anderer Vorschlag, nämlich die in Frage kommenden Stellen der Form mit einer Tellur-haltigen Schlichte zu präparieren) hat sich deshalb nicht bewährt, weil die präparieten Stellen in Bezug zum Fließweg des strömenden Metalls gebracht werden müssen, denn andernfalls wird die Schlichte an nicht erwünschte Stellen geschwemmt.
Die Unsicherheiten der erwähnten Verfahren haben dazu geführt, daß solche Teile sicherer durch induktives Härten hergestellt werden.
Es ist zwar allgemein bekannt, daß zur Herstellung von Massenartikeln aus Gußeisen metallische Dauerformen (Vollkokille) eingesetzt werden können und dabei die Guß stücke karbidisch oder mit einem weißen Saum erstarren können. Dies ist aber ein unerwünschter Effekt, so daß die Gußstücke anschließend vor der mechanischen Bearbeitung geglüht werden müssen.
Auch liegen Bemühungen vor, durch bestimmte Zusätze und/oder eine Impfbehandlung die Guß stück in Vollkokillen grau erstarren zu lassen. In diesem Zweck werden nuch wärmedämmende Schlichten in der Vollkokille aufgetragen.
Die Weißerstarrung beim Kokillenguß ist eine lästige Begleiterscheinung, die möglichst vermieden werden soll. Wegen den sehr unterschiedlichen Weißeinstrahltiefen und den damit verbundenen negativen Wirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstückes insbesondere Bruchgefahrsist der Vollkokillenguß für Guß stücke mit gewünschter harter Oberfläche nicht sicher anwendbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gußstücke mit harter Oberflache auf eine Weise zu erzielen, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, in einer metallischen Kokille eine übereutektische Gußeisenlegierung der Zusammensetzung 3,6 - 3,9 24 C 1,6 - 2,0 °k Si 0,1 - 0,3 0/ Mn zu vergießen, wobei der Anteil an störenden Begleitelementen wie c, P, Cr, Ti und dgl. möglichst niedrig gehalten und insgesamt 0,2 % nicht überschreiten sollte4 ?ei diesem Ausgangseisen liegt ein sonst nicht übliches Mr/S - Verhältnis vor. Ausserdem kann die Keimbildung durch den Schwefelgehalt bewußt gesteuert werden, d.h. je höher der Schaefelgehalt innerhalb der im Patentanspruch angegebenen Grenze eingestellt wird, mso stärker ist die definierte kerbidische Einstrahlung.
Im Gegensatz zu untereutektischen Eisenzusammensetzungen weist dieser Werkstoff bei der Erstarrung nur eine geringe Weißeinstrahlung bei sehr kleiner Übergangszone zum perlitischferritischen Grundgefüge des Kernmaterials auf. Es bildet sich in überraschender Weise eine karbidische schalenartige Zone geringer aber gleichmäßiger Dicke um das gesamte Gußstuck, so daß einerseits zwar die gewünschte harte Oberfläche entsteht, wegen der definierten Weißeinstrahlung aber keine nachteiligen Auswirkungen auf die sonstigen mechanischen Eigenschaften des Werkstückes auftreten.
Wenn die Weißeinstrahlung nur stellenweise gewünscht wird, kann die Kokille mit Ausnahme dieser Stellen mit einer wärmedämmenden Schlichte ausgekleidet werden.
Die erfindungsgemäße übereutektische Schmelze wird wirtschaftlich aus Hämatit-Roheisen möglichst im Elektro-Ofen erschmolzen und einer Entschwefelung z. B. durch Calciumkarbid unterworfen. Der Phosphorgehalt und der Anteil karbidbildender Elemente soll so klein wie möglich gehalten werden. Neben der schalenartigen Ausbildung der karbidischen Erstarrungszone hat die angegebene Analyse ein ausgezeichnetes Formfüllungsvermögen und eine sehr geringe Lunkerneigung.
Durch Zusatz konventioneller Impfmittel auf Calcium- oder Siliciumbasis, auch durch geringe Anteile von Magnesium-oder Cerzusätzen, kann die Dicke der Weißeinstrahlungszone ähnlich wie durch den Schwefelgehalt gesteuert werden. Das gleiche ist von der Kokillentemperatur zu sagen.
Ausgezeichnet bewährt hat sich die erfindungsgemäße Herstellung bei Nockenwellen. Bei einem Gußeisen der Zusammensetzung 3,8 ffi C 0,06 , P 0,03 , Ti 1,7 % Si ¢,005 % S 0,2 % Mn 0,03 96 C lag die Oberflächenhärte über 50 HR. Die Weißeinstrahlungstiefe war etwa gleichmäßig 2 mm stark, und danach folgte mit sehr abruptem Übergang der graue Kern mit sehr feinkörnigem GefUge,der dem Bauteil die genügende Festigkeit verleiht.
(Zugfestigkeit bei ca. 300 N/mm2 und einer Härte von unter 200 HB). Die Verschleißflächen erhalten nur Schleifzugabe (ca. 1mm). Bei der exakten geringen Weißeinstrahlung können die Stellen, welche noch mechanisch bearbeitet werden müssen, bis auf den grauen Kern abgeschliffen werden.
An Bruchstücken von Rundstäben ist der Unterschied zwischen einem herkömmlichen und dem erfindungsgemäßen Gußeisen deutlich zu erkennen. Die Fotografien zeigen den Teilquerschnitt von Rundstäben und zwar Bild 1: die über den Umfang sehr unterscheidliche Weißeinstrahltiefe bei einem üblichen Gußeisen und Bild 2: die genau definierte, gleichmäßige Veißeinstrahlung geringer Tiefe mit abruptem Übergang zum grauen Kern.
Mit A ist die weiße Zone und mit B der graue Kern bezeichnet.
Das Gebiet C ist eine Übergangszone, die bei Bild 2 praktisch fehlt.

Claims

Patent ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gußstücken, insbesondere von Nockenwellen, mit weiß eratarreIler Randzone in einer Kokille, gekennzeichnet durch die Verwendung einer übereutektischen Gußeisenlegierung der Zusammensetzung 3,6 - 3,9 % C 1 6 - 2,1 % Si 0,1 - 0,3 % Mn und einem möglichst niedrigen Anteil an störenden Begleitelementen, wie S, P, Or, Ti und dgl. der insgesamt 0,2 % nicht Uberschreiten sollte.

2. Verfahren zur Herstellung eines Gußstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kokille an den mechanisch zu bearbeitenden Stellen des Gußstückes eine wärmedämmend Schicht aufgetragen wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Gußstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je nach gewiinschte- Starke der Weißeinstrahlung der S-Gehalt innerhalb des max. Anteiles an störenden Begleitelementen variiert wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Gußstückes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Weißeinstrahlung durch den Zusatz eines Impfmittels, welches neben den impfaktiven Elementen noch Magnesium und/oder- Cer enthalt, gesteuert wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Gußstückes nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Kokillentemperatur Von 1500 bis 2200 C.

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