DE2507170B2 - Verfahren zur herstellung von kugelgraphithaltigen gusseisenrohren - Google Patents

Verfahren zur herstellung von kugelgraphithaltigen gusseisenrohren

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DE2507170B2 DE19752507170 DE2507170A DE2507170B2 DE 2507170 B2 DE2507170 B2 DE 2507170B2 DE 19752507170 DE19752507170 DE 19752507170 DE 2507170 A DE2507170 A DE 2507170A DE 2507170 B2 DE2507170 B2 DE 2507170B2
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Tadashi Nishinomiya Hyogo; Tanimura Hiromu Fukuoka; Tanaka Yoshio Takarazuka; Togawa Susumu Amagasaki; Hyogo; Miyaoka (Japan)
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Fi- )-02
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    • C21D1/84—Controlled slow cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D13/02—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of elongated solid or hollow bodies, e.g. pipes, in moulds rotating around their longitudinal axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußeisenrohren mit ferritischer Struktur durch Schleuderguß aus einem höchstens 2,85 Gew.-°/o Silicium enthaltenden Gußeisen.
Die nach den herkömmlichen Verfahren durch Schleuderguß hergestellten kugelgraphithaltigen Gußeisenrohre besitzen im Gußzustand eine aus Kugelgraphit, Perlit und Ferrit bestehende Struktur (Typ a) oder eine aus Kugelgraphit, Zementit, Perlit und Ferrit bestehende Struktur (Typ b), die für praktische Zwecke zu spröde ist.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit wurde bisher eine nachträgliche Wärmebehandlung des Werkstücks zur Umwandlung des Perüts in Ferrit oder ein SiliciumgehaU von 3,0 Gew.-% oder darüber angewandt.
Bei dem aus der Zeitschrift »Gießerei-Praxis« (1957), Seiten 436 und 437 bekannten Verfahren dieser Art wird die ferritische Grundstruktur durch Glühbehandlung von perlitischem Guß erzeugt.
Bei den aus den Zeitschriften »Industrieblatt« (i964), Seiten 128 und 129 und »Gießerei« (1972), Selten 632 und 633 sowie dem Buch von Piwowarsky »Hochwertiges Gußeisen« (1951), Seiten 131, 235, 685 und 686 bekannten Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußstücken wird die ferritische Struktur ebenfalls durch nachträgliches Glühen des Werkstücks oder durch Verwendung von Silicumgchallen über 3,3% erreicht.
Die Umwandlung des Perlits in Ferrit durch Wärmebehandlung erfordert viel Wärmeenergie sowie zusätzliche Arbeitsgänge und Einrichtungen und ist mit der Gefahr einer unerwünschten Verformung des Gußeisenrohres behaftet. Die Verwendung eines hinreichend hohen Siliciumgehaltes ermöglicht zwar die Ferriibildung im Gußzustand, ist jedoch wegen der durch den hohen SiliciumgehaU bedingten Sprödigkeit des Rohres nachteilig.
In der Zeitschrift »Gießerei-Praxis« (1972), Seite 276, wird schließlich erwähnt, daß bei dickwandigen Gußstücken die Zahl der Sphärolithen und ihre Größe sowie die Anzahl entarteter Sphärolithen zunimmt und
-κι
mit abnehmender Abkühlungsgeschwindigkeit die Bildung von Ferrit begünstigt wird. Dies betrifft jedoch nicht Schleudergußrohre, bei denen es sich gerade um dünnwandige Gußstücke handelt.
Eine dickere Wärmeisolierung der Schleudergußform ermöglicht zwar eine Ferritbildung im Gußzustand, führt jedoch wegen der verlängerten Belegungsdauer der Form zu einer starken Verringerung der Produktivität.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch bei niedrigem Siliciumgehalt und geringer Wandstärke ohne nachträgliche Wärmebehandlung eine einwandfreie Ferritstruktur ergibt und eine besonders einfache und wirtschaftliche Fertigung ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß man das gegossene Rohr nach dem Gießen durch Verschließen des Innenraumes der Schleudergußform und/oder Bedecken der Innenfläche des gegossenen Rohres mit wärmeisolierendem Material oder Überführung aus der Schleudergußform in einen Ofen bei verringerter Abführgeschwindigkeit der Eigenwärme abkühlt und im Bereich zwischen 8000C und 7000C eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 2 bis 10°C/min einhält.
Die Abkühlung kann vorteilhaft in einem Ofen ohne eigene Wärmequelle erfolgen, in den das noch nicht abgekühlte Gußeisenrohr aus der Schleudergußforrn überführt wird. Der Ofen kann als Schacht- oder Tunnelofen ausgebildet und durch bereits zuvor darin abgekühlte Gußeisenrohre oder sonstige geeignete Vorrichtungen auf eine geeignete Temperatur vorgewärmt sein. Die Abkühlungsgeschwindigkeit des Gußeisenrohres im Ofen kann durch Veränderung der Wärmeisolierung des Ofens und/oder das Öffnungsausmaß eines oder mehrerer an diesem angeordneter Fenster reguliert werden. Das gegossene Rohr wird zweckmäßig mit einer Temperatur zwischen 85O0C und 9000C aus der Schleudergußform entnommen und sogleich in den auf Temperaturen zwischen 3000C und 5000C erwärmten Schacht- oder Tunnelofen eingebracht. Durch Regulierung der Abführgeschwindigkeit der Eigenwärme des Gußeisenrohres wird dessen Abkühlungsgeschwindigkit auf einen für die erfindungsgemäßen Zwecke hinreichend niedrigen Wert herabgesetzt, so daß bei der großen Zahl der beim Guß erzeugten Graphitatome der Austenit leicht in Graphit und Ferrit umgewandelt wird.
Da während des Gießens kristallisierender Zementit nur durch mehrstündige Wärmebehandlung bei 9000C bis 9500C zerlegt werden kann, soll der Guß im nicht gekühlten zementitfreien Zustand erfolgen.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit wird innerhalb des genannten Bereiches unter Berücksichtigung der Form und der Abmessungen des Gußeisenrohres, der Beschaffenheit der Gußform und der Zusammensetzung des verwendeten Gußeisens eingestellt.
Im folgenden wird das Verfahren anhand eines Beispiels mit Vergleichsversuchen weiter erläutert.
Beispiel
In einer Versuchsreihe wurden aus einem Gußeisen mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 3,4 und 3,8%, einem Mangangehalt zwischen 0,3 und 0,6%, einem Phosphorgehalt zwischen 0,04 und 0,07%, einem Schwefelgehalt zwischen 0,006 und 0,012% und einem Magnesiumgehalt zwischen 0,032 und 0,046% in einer Metallform mit einer 2 bis 3 mm starken Wärmeisolier-
schicht aus kunstharzgebundenem S^nd jeweils Gußeisenrohre mit einem Durchmesser von 250 mm und einer Länge von 500 mm hergestellt.
Bei den Vergleichsversuchen 1 bis 6 wurde das erhaltene Gußeisenrohr jeweils in der herkömmlichen Weise aus seinem Gußzustand abgekühlt, während bei den Versuchen 7 bis 12 das Gußeisenrohr jeweils nach dem Guß bei einer Temperatur von 9000C aus der Gießform entnommen und in einen Schachtofen überführt wurde. Bei allen Versuchen wurde die Wandstärke des Rohres in mm, der Siliciumgehalt des Gußeisens und die durchschnittliche Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen 8000C und 700°C aufgezeichnet und das erhaltene Gußeisenrohr nachträglich auf seine mikroskopische Struktur und seine mechanische Festigkeitseigenschaften untersucht. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Wit die in der Tabelle aufgeführten Zahlenwerte zeigen, werden erfindungsgemäß sehr hohe Festigkeitswerte und ein bemerkenswertes Ausmaß der Ferritumwandlung erzielt. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren die Eigenwärme des Gußeisenrohres zu einer auch als »Selbstanlassen« zu bezeichnenden Wärmebehandlung ausgenutzt wird, kann die bisherige, gesonderte Wärmebehandlung und die Verwendung getrennter Wärmequellen (öl oder Gas) in Fortfall kommen, so daß erhebliche Materialeinsparungen erzielt und die Umweltverschmutzung verringert wird. Darüber hinaus werden die bisher für das nachträgliche Glühen erforderlichen Arbeitskräfte eingespart und durch Vermeidung unnötiger Wärmezufuhr die Gefahr unerwünschter Verformungen der Gußeisenrohre ausgeschaltet. Da die Ferritumwandlung auch ohne hohen Siliciumgehalt leicht und zuverlässig erreicht wird, ergeben sich Einsparungen an Silicium und eine verbesserte Festigkeit.
Versuch Wand- Si-Gehalt Durchschnilts- Mikroskopisc 2 hc Struktur Zug Bruch Charpy-
Stärke abkühl- 5 festigkeit dehnung V-Kerbschlag
geschwindigkeit 5 Zähigkeit
800°-7000C Ferrit 10 Zementit
mm % °C/min % 7 % kg/mm2 % kg-m/cm-'
1 10,5 2.47 52.4 15 0 63,0 1,2 0,224
2 10,0 2,70 55,8 60 0 60,5 1,8 0,256
3 14,5 2,51 36,7 80 0 58,7 2,0 0,289
4 15,0 2,77 34,1 70 0 57,4 2,6 0,340
5 20,5 2,40 21,6 85 0 58,0 2,0 0,323
CTi 21,5 2,81 23,0 95 0 59,7 2,8 0,373
7 10,5 2,53 8,8 100 9 55,4 10,2 0,806
8 11,0 2,78 8,4 0 55,0 14,0 1,183
9 15,0 2,44 6,0 0 53,3. 13,6 1.077
10 15,0 2,75 5,5 0 54,9 15,2 1,375
Π 20,0 2,49 33 0 50,6 16,0 1,602
12 21,0 2,83 3,8 0 54,2 15,4 1,488
Erfindungsgemäß kann ein Gußeisenrohr aus einem nach dem Verfahren der japanischen Patentanmeldung 21 669/74 durch Behandlung des geschmolzenen Metalls bei Temperaturen oberhalb des Zersetzungspunktes von S1O2 mit einem aus CaO, Graphitpulver, Ca-Si und CaC2 bestehenden Raffinierungsmiuel raffinierten, geschmolzenen Metall, bei welchem der Graphit durch Zugabe einer im Vergleich zum Stand der Technik viel geringeren Menge an Kugelbildungsmittel kugelförmig umgeformt wurde und ein Teil der Graphitstruktur ohne Kugelbildungsbehandlung kugelig ausgebildet ist, sehr leicht durch einfaches Abkühlen aus dem Gußzustand mit geregelter Abführgeschwindigkeit der Eigenwärme eine perfekte Ferritstruktur ausbilden. Dies k;inn insbesondere mit gutem Erfolg bei dünnwandigen Rohren angewandt werden.
In der Zeichnung sind die Abkühlungskurven für die beim Versuch .1 und beim Vergleichsversuch 5 hergestellten Gußeisenrohre graphisch dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann außer zur Herstellung von Gußeisenrohre auch zur Herstellung von vergleichbaren Gußeisenteilen mit anderer Formgebung benutzt werden. In allen Fällen ist es wesentlich, die Abkühlungsgeschw;ndigkeit unter Berücksichtigung der Form und der Abmessung des Gußeisenteiles, der Ausbildung der Gußform und der Zusammensetzung des Gußeisens zweckentsprechend aufeinander abzustimmen, wobei der Fachmann gegebenenfalls nach einigen orientierenden Vorversuchen die jeweils erforderlichen Bedingungen in Abhängigkeit von dm übrigen Parametern festlegen kann.
Hierzu I IiIau /cichiuiniicn

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußeisenrohren mit ferritischer Struktur durch Schleuderguß aus einem höchstens 2,85 Gew.-% Silicium enthaltenden Gußeisen, d a durch gekennzeichnet, dab man das gegossene Rohr nach dem Gießen durch Verschließen des Innenraumes der Schleudergußform und/oder Bedecken der Innenfläche des gegossenen Rohres mit wärmeisolierendem Material oder Überführung aus der Schleudergußform in einen Ofen bei verringerter Abführgeschwindigkeit der Eigenwärme abgekühlt und im Bereich zwischen 8000C und 700° C eine AbkühJungsgeschwindigkeii von 2 bis 10°C/min einhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das gegossene Rohr bei einer Temperatur zwischen 850°C und 9000C aus der Schleudergußforrn in einen Ofen rr.it einer Anfangstemperatur zwischen 300°C und 500° C einbringt.
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