DE2507170C3 - Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußeisenrohren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen GußeisenrohrenInfo
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Description
a) das Schleudergießen so führt, daß kein Zementit gebildet wird,
b) das gegossene Rohr ohne nachträgliches Erhitzen unmittelbar aus dem heißen Gußzustand
durch Einhalten einer an sich bekannten Abkühlungsgeschwindigkeit von 2 bis 10°C/min
im Bereich zwischen 800 und 7000C verzögert
abkühlt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verzögerte Abkühlung durch
Verschließen des Innenraumes der Schleudergießform und/oder durch Bedecken der Innenfläche des
gegossenen Rohres mit wärmeisolierendem Material oder durch Überführung des Rohres aus der
Schleudergießform in einen Ofen ohne eigene Wärmequelle bei verringerter Abführgeschwindigkeit
der Eigenwärme erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das gegossene Rohr bei
einer Temperatur zwischen 850 und 9000C aus der
Schleudergußform in einen Ofen mit einer Anfangstemperatur zwischen 300 und 5000C einbringt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußeisenrohren mit ferritischer
Struktur durch Schleudergießen aus einem höchstens 2,85 Gew.-% Silicium enthaltenden Gußeisen.
Die nach den herkömmlichen Verfahren durch Schleudergießen 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 Perlits in Ferrit oder ein Siliciumgehait 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« (1964), Seiten 128 und 129 und »Gießerei« (1972), Seiten 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 Siliciumgehalten 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
Ferritbildung im Gußzustand, ist jedoch wegen der durch den hohen Siliciumgehait 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 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.
Nach Untersuchungen von E. S. Eckel (Trans. Amer.
Foundrym. Soa, 66, 1958, Seiten 151-164) über die
Ferritisierung von kugelgraphithaltigem Gußeisen wurden bei Sandgußstücken (Si-Gehalt: 2,83%) durch
nachträgliches 2'/2Stündiges Erhitzen der in Stahlzylinder eingesetzten Gußstücke auf 98O0C und anschließendes
Abkühlen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 4°C/min bzw. 2,75°C/min Ferritgehalte von über
90% erreicht. Nach Untersuchungen von D. Trauzeddel et al. (Freiberger Forschungshefte, 1971, Seiten 45 — 76)
über d'e ferritisierende Wärmebehandlung von Gußeisen mit Kugelgraphit wurden bei Kokillengußstücken
durch nachträgliches dreistündiges Erhitzen auf 9500C und anschließendes Abkühlen an ruhender Luft mit
einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von 8,65° C/ min bei Mangangehalten unter 0,5% Ferritgehalte
zwischen 50 und 95% erhalten. Diese Arbeiten beziehen sich jedoch ausschließlich auf die nachträgliche Wärmebehandlung
von Sandguß- oder Kokillengußstücken, die mit Schleudergußrohren nicht vergleichbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch bei niedrigem Siliciumgehait und geringer Wandstärke ohne nachträgliche Wärmebehandlung eine einwandfreie Ferritstruktur ergibt und eine besonders einfache und wirtschaftliche Fertigung ermöglicht.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch bei niedrigem Siliciumgehait 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 Schleudergießen so führt, daß kein Zementit gebildet wird, und das gegossene Rohr ohne nachträgliches
Erhitzen unmittelbar aus dem heißen Gußzustand
so durch Einhalten einer an sich bekannten Abkühlungsgeschwindigkeit
von 2 bis 10°C/min im Bereich zwischen 800 und 7000C verzögert abkühlt.
Die verzögerte Abkühlung kann vorteilhaft durch Verschließen des Innenraumes der Schleudergießform
und/oder durch Bedecken der Innenfläche des gegossenen Rohres mit wärmeisolierendem Material oder durch
Oberführung des Rohres aus der Schleudergießform in einen Ofen ohne eigene Wärmequelle bei verringerter
Abführgeschwindigkeit der Eigenwärme erfolgen. Der Ofen kann als Schacht- oder Tunnelofen ausgebildet
sein und durch bereits zuvor darin abgekühlte. Gußeisenrohre oder sonstige geeignete Vorrichtungen
auf eine geeignete Temperatur vorerwärmt 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 zweckmäßigerweise bei einer Temperatur zwischen 850 und 9000C aus der
Schleudergießform in einen Ofen mit einer Anfangstemperatur zwischen 300 und 500° C eingebracht. Durch
Regulierung der Abführgeschwindigkeit der Eigenwärme des Gußeisenrohres wird dessen Abkühlungsgeschwindigkeit
auf einen für die emndungsgemäßen Zwecke hinreichend niedrigen Wert herabgesetzt, so
daß bei der großen Zahl der beim Gießen erzeugten Graphit.atome der Austenit leicht in Graphit und Ferrit
umgewanuelt wird.
Da während des Gießens kristallisierender Zementit nur durch mehrstündige Wärmebehandlung bei 900 bis
9500C zerlegt werden kann, soll das Gießen 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 Gießform und der Zusammensetzung
des verwendeten Gußeisens eingestellt
Im folgenden wird das Verfahren anhand eines 'Beispiels mit Vergleichsversuchen weiter erläutert.
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 Wärmeiso]ierschicht
aus kunstharzgebundenem Sand 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 Gießen bei einer Temperatur von 9000C aus der
Gie3form 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 800 und 700° C aufgezeichnet und das erhaltene Gußeisenrohr nachträglich auf seine
mikroskopische Struktur und seine mechanischen Festigkeitseigenschaften untersucht. Die Ergebnisse
dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Wie die in der Tabelle aufgeführten Zahlenwerte zeigen, werden erfindungsgemäß sehr hohe Festigkeitswerte und ein bemerkenswertes Ausmaß der Ferrituniwandlung
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 | Wandstärke | Si-Gehalt | Durchschnitts- abkühl- geschwindigkeit 800-700° C |
Mikroskopische Struktur Ferrit Z( |
2 | o/o |
| mm | o/o | °C/min | o/o | 5 | 0 | |
| 1 | 10,5 | 2,47 | 52,4 | 5 | 0 | |
| 2 | 10,0 | 2,70 | 55,8 | 10 | 0 | |
| 3 | 14,5 | 2,51 | 36,7 | 7 | O | |
| 4 | 15,0 | 2,77 | 34,1 | 15 | 0 | |
| 5 | 20,5 | 2,40 | 21,6 | 60 | 0 | |
| 6 | 21,5 | 2,81 | 23,0 | 80 | 0 | |
| 7 | 10,5 | 2,53 | 8,8 | 70 | 0 | |
| 8 | 11,0 | 2,78 | 8,4 | 85 | 0 | |
| 9 | 15,0 | 2,44 | 6,0 | 95 | 0 | |
| 10 | 15,0 | 2,75 | 5,5 | 100 | 0 | |
| 11 | 20,0 | 2,49 | 3,9 | 0 | ||
| 12 | 21,0 | 2,83 | 3,8 |
Zementit
| Zugfestig | Bruch | Charpy- |
| keit | dehnung | V-Kerbschiag |
| zähigkei; | ||
| kg/mm2 | o/o | kg m/cm2 |
| 63,0 | 1,2 | 0,224 |
| 60,5 | 1,8 | 0,256 |
| 58,7 | 2,0 | 0,289 |
| 57,4 | 2,6 | 0,340 |
| 58,0 | 2,0 | 0,323 |
| 59,7 | 2,8 | 0,373 |
| 55,4 | 10,2 | 0,806 |
| 55,0 | 14,0 | 1,183 |
| 533 | 13,6 | 1,077 |
| 54,9 | 15,2 | 1,375 |
| 50,6 | 16,0 | 1,602 |
| 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 Versetzungspunktes
von SiO2 mit einem aus CaO, Graphitpulver, Ca-Si und
CaC2 bestehenden Raffinierungsmittel 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 kann
insbesondere mit gutem Erfolg bei dünnwandigen Rohren angewandt werden.
In der Zeichnung sind die Abkühlungskurven für die beim Versuch 11 und beim Vergleichsversuch 5
hergestellten Gußeisenrohre graphisch dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann außer zur Herstellung von Gußeisenrohren auch zur Herstellung
von vergleichbaren Gußeisenteilen mit anderer Formgebung benutzt werden. In allen Fällen ist es wesentlich,
die Abkühlungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Form und der Abmessung des Gußeisenteiles, der
Ausbildung der Gießform und der Zusammensetzung des Gußeisens zweckentsprechend aufeinander abzustimmen,
wobei der Fachmann gegebenenfalls nach einigen orientierenden Vorversuchen die jeweils erforderlichen
Bedingungen in Abhängigkeit von den übrigen Parametern festlegen kann.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußeisenrohren mit ferritischer Struktur
durch Schleudergießen aus einem höchstens 2,85 Gew.-% Silicium enthaltenden Gußeisen, dadurch
gekennzeichnet, daß man
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