DE2521440A1

DE2521440A1 - Verfahren zum erzeugen von sphaerolithischem gusseisen

Info

Publication number: DE2521440A1
Application number: DE19752521440
Authority: DE
Inventors: Michael Robinson
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 1974-05-20
Filing date: 1975-05-14
Publication date: 1975-11-27
Also published as: GB1457234A; ATA375775A; US4084962A; CA1043570A; AT350605B; SU1276261A3; ZA753144B; ES437779A1; FR2272178A1; NO139272B; DE2521440B2; LU72505A1; AT375775B; IN143746B; DE2521440C3; NO751716L; CH614976A5; NL7505771A; BE829186A; IT1036896B

Description

DEERE & COMPANY

European Office Case No. 10713 GFR

"Verfahren zum Erzeugen von sphärolithischem Gußeisen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von sphärolithischem Gußeisen, bei dem geschmolzenes Eisen mit einem die Bildung von Kugelgraphit fördernden Mittel in einer Menge in Berührung gebracht wird, die zu einem vorbestimmten Gehalt an Kugelgraphit bildendem Mittel in dem sphärolithischen Gußeisen führt.

Sphärolithisches Gußeisen, das auch unter "dem Namen Sphärogußeisen, Kugelgraphit-Gußeisen oder duktiles Gußeisen bekannt ist, ist ein Gußeisen, in dem der Graphit in Form von kleinen Bällchen, Sphäroiden oder Sphäroiithen anstelle von Blechen ' (wie im Grauguß) oder in Form von zusammengeballten Aggregaten (wie bei. Temperguß) vorliegt. Die sphäroide Graphitstruktur wird durch Zugabe eines oder mehrerer, die Bildung von Kugelgraphit unterstützender Mittel zu dem geschmolzenen Eisen erhalten. Eine Anzahl von Elementen (s.E. Magnesium^ Ger, Kalzium, Lithium., natrium, Barium) konnten als geeignetes die Bildung von Kugelgraphit fördernde Mittel festgestellt werden. Von diesen sind Magnesium und Ger (jedoar: insbesondere Magnesium) kommsraiell von Bedeutung!

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— O —

Die die Bildung von Kugelgraphit fördernden Mittel sind im allgemeinen im erheblichen Umfange oxidierbar und besitzen, verglichen mit Eisen, niedrige Siedepunkte. Es sind zahlreiche verschiedene Verfahren und Vorrichtungen entwickelt worden, um das die Kugelgraphitbildung fördernde Mittel, z.B. Magnesium, in das geschmolzene Gußeisen einzuführen. Viele von diesen bekannten Techniken verwenden relativ komplizierte, teure und/ oder unhandliche Einrichtungen oder dgl» Außerdem treten häufig heftige unkontrollierte Reaktionen beim Einführen des Magnesiums in das Eisen auf, welche zu schwerwiegenden Sicherheitsproblemen führen.

Eine Anzahl von im großen Umfange in Gebrauch befindlichen Verfahren verwenden beispielweise abgedeckte Gießpfannen hoher Festigkeit, weiche das geschmolzene Eisen abdichten, während mittels eines Stößels Magnesium (für gewöhnlich in legierter Form) in die Schmelze eingedrückt wird. Es kann auch Magnesium in eine Gießpfanne eingelegt werden_s in welche das geschmolzene Eisen rasch eingegossen wird. Häufig wird das Magnesium zunächst mit Eisen-oder Stahlblech; vor der Zugabe des geschmolzenen Eisens abgedeckt.

Trots verschiedener Vorsichtsmaßnahmen _ΰ die bei solchen Verfahren angewendet werden, ist der Verlust an Magnesium durch Verflüchtigung und/oder Verbrennung beachtlich. Damit geht eine_s verglichen sit der Magnesiumwiedergewinnung., ziemlich niedrige Reaktionswirkung einher. Es wurde festgestellt _s daß das wieder—

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gewonnene Magnesium bei der die Kugelgraphitbildung fördernden Behandlung allgemein zwischen 20 und 60$ liegt, und zwar in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten besonderen Technik. Im Durchschnitt liegt die Wiedergewinnung von Magnesium bei der kommerziellen, die Kugelgraphitbildung fördernden Behandlungbei etwa 38/5.

Die Suche nach wirkungsvolleren Prozessen zur Erzeugung von sphärolithischem Gußeisen wird daher fortgesetzt.

Häufig wird sphärolithisches Eisen unmittelbar vor dem Vergießen (d.h. innerhalb von 15» häufig innerhalb von 10 Minuten vor dem Vergießen) mit einer Impflegierung in Berührung gebracht. Diese besteht häufig aus einer Perrosilieiumlegierung, welche zusätzlich die Graphitbildung im Eisen unterstützt. Das bedeutet, daß die erste(oder Kugelgraphit bildende)Behandlung ausreichen kann, um den gesamten Graphitgehalt in Kugelgraphit umzuwandeln, während sie jedoch nicht genügt, den ganzen Kohlenstoffgehalt in Graphit zu verwandeln. Die Impfbehandlung unterstütz die Graphitbildung, bestimmt die Menge an gebildetem Graphit und kann außerdem dazu verwendet werden, kleine Mengen an Legierungselementen in das sphärolithische Gußeisen einzuführen.

So zeigt beispielsweise die US-Patentschrift 3 033 676 eine Impflegierung, die in der Hauptsache als die Graphitbildung unterstützendes Mittel bei der Behandlung von Graugußgießereien von Vorteil ist, um Graugußeisen zu erzeugen, das regellos ver-

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teilte Blättchen von Blattchengraphit des Types A enthält. Die Impflegierung (welche im wesentlichen 0,1 - 5% Magnesium, 0,1 10$ Aluminium, 0,1 - 10J5 Kalzium, 0,1 - 60% Nickel oder Eisen oder beide sowie 15 - 99*6$ Silicium enthält), wurde außerdem zur Verwendung bei der Herstellung von sphärolithischem Gußeisen vorgeschlagen, und zwar entweder als Ersatz für das die Kugelgraphitbildung unterstützende Mittel oder zusätzlich dazu und anschließend an die Zugabe dieses Mittels. Brauchbare Legierungen, die in dieser Druckschrift offenbart sind, enthalten 2 oder 3% Magnesium.

Es wurde jedoch festgestellt, daß die Verwendung einer Impflegierung mit 2 oder 3 oder mehr % Magnesium in Verbindung mit sphärolithischem Gußeisen vor dem Vergießen des Gußteisens von einer heftigen gefährlichen Reaktion von der gleichen Art begleitet ist, die bei der Kugelgraphitbildung in Gußeisen· mit Hilfe von Magnesium auftritt. Im Hinblick auf die Gesundheitsund Sicherheitsschäden, die dadurch insbesondere in bezug auf die verschärften Bestimmungen am Arbeitsplatz entstehen, hat die Verwendung solcher Magnesium enthaltender Impfstoffe im wesentlichen aufgehört. Stattdessen wird eine Impfung vor dem Vergießen typischerweise mit einer kein Magnesium enthaltenden Perrosiliciumlegierung vorgenommen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, bei dem bei der Herstellung von sphärolithischem Gußeisen Sicherheits- und Gesundheitsschäden

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ihrem Umfang und ihrer Bedeutung nach wesentlich herabgesetzt sind und dennoch Magnesium für die Bildung von Kugelgraphit in dem sphärolithischen Gußeisen eingesetzt werden kann, in der Weise, daß eine Kontrolle der Größe der Kugelgraphitteilchen sowie der Verteilung in der Schmelze ermöglicht und vereinfacht wird,

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die mit dem geschmolzenen Eisen zusammengebrachte Menge an Kugelgraphit bildendem Mittel gegenüber herkömmlichen Verfahren so herabgesetzt wird, daß in dem sphärolithischen Gußeisen das Mittel von etwa 0,02 - 0,055 Gew.%' vorliegt und daß die auf diese V/eise behandelte Schmelze nachträglich mit einem mit der behandelten Schmelze verträglichen Nachbehandlungsmittel nachbehandelt wird, das etwa 0,8 - 1,8 Gew.% Magnesium enthält. Bei diesem Verfahren wird das geschmolzene Eisen zunächst mit einem die Kugeigraphitbildung unterstützenden Mittel in Berührung gebracht. Bei herkömmlichen Verfahren liegt die Menge des aufgewendeten Mittels zwischen etwa 0,03 und etwa'0,0?5 Gew.£, bezogen .auf die sphärolithisöhe GuSmasse. Aufgrund des neuen Verfahrens kann durch die nachbehandlung mit dem angegebenen Nachbehandltsngsmittel als in der- Vorbehandlung eingesetzte Meng® an die Kugelsraphitiildu^ unterstützendes Mittel so herabgesetzt werden, a&Q, in dem GuSe2sen dieses Mittel von etwa 0,02 tis- etwa 0,055 Gew.* vorliegt, ohne dais die metallurgischen Eigenschaften des sphärolithischen Gußeisens dadurch wesentlich beeinträchtigt werden.

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Die. Erfindung hat es sich auch zur Aufgabe gemacht, sin Nachbehandlungsmittel zur Verwendung bei dem neuen Verfahren anzugeben i' das in Form einer Nachlegierung dem geschmolzenen sphärolithischen Gußeisen vor dem Vergießen zugeführt wird. Durch diese Naehlegierung wird die Menge an zur Förderung der Bildung des Kugelgraphites notwendigen Mitteln wesentlich herabgesetzt. Diese neue Naehlegierung weist einen Grundlegierungsbestandteil auf_s der verträglich mit dem sphärolithischen Gußeisen ist,sowie etwa 0^8 bis etwa 1,8$ Magnesium.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt in der Entdeckung_s daß die Verwendung von Magnesium in der engbegrenzten spezifischen Menge als Machbehandlungsmittel nicht nur einen bedeutenden Vorteil im Hinblick auf die metallurgischen Eigenschaften der Schmelze liefert, sondern darüber hinaus entscheidend zur Verminderung der Menge an die Kugelgraphitbildung förderndem Mittel beiträgt, die notwendig ist_a um einen vorbestimmten Zustand bei der Kugelgraphitbildung in dem Erzeugnis zu erhalten. Daneben trägt das Kachbehandlungsmifctel entscheidend zur- Verringerung der Sicherheits- und Gesundheitsprobleme bei. So i^urde gefunden^ daß die Verwendung der angegebenen spezifischen Menge an Magnesium eine Verminderung der Menge an die Kugelgraphitbildung unterstützendem Mittel Ir der anfänglichen Behandlung vor etwa 20 - 25$ gestattete Darüber hinaus kann die Größe und die Verteilung der Kugelpartikelchen in dem sphärolithischen Qußeisenprodukt durch die weiter unten beschriebene besondere

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Behandlung kontrolliert werden. Es wurde weiter festgestellt, daß die Verwendung der besonderen Menge an Magnesium im wesentlichen die Möglichkeit einer Explosion in der Schmelze ausschließt. Die Magnesiumwiedergewinnung ist bei dem Verfahren ge-, maß der Erfindung extrem hoch. Wenn sie ausgedrückt wird als die Summe des erhöhten Magnesiumgehaltes in dem sphärolithischen Gußeisen und dem Magnesiumverlust bei der Reaktion mit Schwefel zum Zwecke der Entschwefelung der Schmelze, geteilt durch die Menge an Magnesium , die mit dem Nachbehandlungsmittel beigefügt wird, liegt die Wiedergewinnungsmenge wenigstens bei etwa ' 85, häufig nahe bei 10055.

Die beiden beigefügten Figuren stellen Wiedergaben von Mikrofotos einer sphärolithischen Gußeisenschmelze dar, welche gemäß Fig. 1 mit dem Nachbehandlungsmittel nach der vorliegenden Erfindung und gemäß Fig. 2 mit einem im Handel erhältlichen Impfmaterial in Berührung gebracht worden ist.

Spärolitisches Gußeisen wird allgemein durch Verschmelzen von Roheisen, Stahl j Gußäbfallen und/oder anderen üblichen Ausgangsmaterialien in Mengen vorbereitet, die ausreichen, um eine Eisenschmelze der gewünschten Zusammensetzung zu erhalten. Die Vorbereitung von Schmelzen in dieser Weise ist allgemein bekannt.

Danach wird die Eisenschmelze mit einem oder mehreren die Kugelgraphitbildung unterstützenden Mittel in Berührung ge-

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bracht, um im wesentlichen den im Eisen enthaltenen Graphit in Kugelgraphit umzuwandeln. Die Zusammensetzung der die Kugelgraphitbildung unterstützenden Mittel sowie die Technik,um diese Mittel in die Schmelze einzubringen, sind allgemein bekannt

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Verwendung von Magnesium als die Kugelgraphitbildung unterstützendes Mittel bei der entsprechenden Behandlung beschrieben, obwohl ersichtlich ist, daß andere übliche die Kugelgraphitbildung unterstützende Mittel ebenso gut angewendet werden können.

Wie oben schon bemerkt wurde, gestattet es das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, verminderte Mengen an Magnesium für die Kugelgraphitbildung einzusetzen, ohne daß wesentlich die metallurgischen Eigenschaften beeinträchtigt werden (das sind insbesondere die Größe, die Verteilung sowie die Vollständigkeit der Kugelgraphitbildung in dem auf diese Weise erhaltenen sphärolithischen Gußeisen). Während die anfängliche, die Kugelgraphitbildung unterstützende Behandlung allgemein durch Zugabe von Magnesium in einer Menge durchgeführt wird, die in dem fertigen sphärolithischen Gußeisen zu einem Magnesiumgehalt, bezogen auf das Eisen, von etwa 0,03 bis etwa 0,075, vorzugsweise von etwa Ο,Οίΐ bis etwa 0,06, insbesondere von etwa 0,045 bis etwa 0,055 % führt, konnte festgestellt werden, daß das Verfahren gemäß der Erfindung die Verwendung von Magnesium in vermi ruerter Menge gestattet, und zwar derart, daß in dem sphärolithischen Gußeisen nach der entsprechenden Behandlung das Magnesium in Mengen

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von etwa 0,02 bis etwa 0,055, vorzugsweise von etwa 0,03 bis 0,0^5, insbesondere von etwa 0,033 bis etwa 0,042 Gew.^, bezogen auf das Gußeisen, vorliegt, um in dem fertigen Gußeisen den gleichen Bildungsgrad von Kugelgraphit zu erhalten. Unter dem Ausdruck "verminderte Menge" ist zu verstehen, daß wenigstens etwa 10, vorzugsweise wenigstens etwa 15, häufig wenigstens etwa 20 oder mehr % an dem die Kugelgraphitbildung unterstützenden Mittel in der Anfangsbehandlung des Verfahrens gemäß der Erfindung weniger angewendet zu werden braucht, wenn man das nachfolgend näher spezifizierte Nachbehandlungsmittel anwendet, und zwar verglichen mit ähnlichen Prozessen ohne Anwendung eines Nachbehandlungsmittels oder unter' Verwendung eines typischen bekannten Impfmittels.

Jedes geeignete, die Kugelgraphitbildung unterstützende Mittel kann auf jede geeignete Weise in das geschmolzene Eisen bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eingebracht werden. Bevorzugt werden Magnesium oder Magnesium/seltene Erden^Legierungen.

Nachdem das geschmolzene Eisen mit dem die Kugelgraphitbildung unterstützenden Mittel in Berührung gebracht worden ist und allgemein innerhalb von etwa 15, insbesondere innerhalb von etwa 10 Minuten, bezogen auf das Vergießen, wird die Schmelze mit einer Nachlegierung in Berührung gebracht, die von etwa 0,8 bis etwa 1,8, vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 1,6 Gew.% Magnesium enthält. Die anderen Bestandteile der Nachlegierung

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können wesentlich variieren, sofern sichergestellt ist, daß die Legierung mit dem Gußeisen verträglich ist und keine nachteiligen Effekte auf das Gußeisen ausübt. Typischerweise besteht die Nachbehandlungslegierung aus einer Silicium- oder Ferrosiliciumbasislegierung, welche geringere Mengen von anderen geeigneten Komponenten enthält, z.B. Aluminium, Nickel, Kalzium, Silicium oder dgl.

Eine geeignete·Nachlegierung kann beispielsweise folgende Bestandteile enthalten:

Bestandteil:

Silicium

Aluminium Magnesium Kalzium

Barium

Strontium Eisen

Es können auch Nickel-Magnesium-Legierungen verwendet werden. Andere besondere Bestandteile können auch in speziellen Ansätzen enthalten sein.

Das Naehbehandlungsmittel kann durch Schmelzen und homogenes Mischen der besonderen Komponenten zur Bildung einer chemisch kombinierten homogenen Legierungsmasse gemischt werden.

Gewichts-%.:	l\
45-83	,6
0,1 -	i\|
1-1,	9
0,1 -	4
Ό,Ι -
0,1 -
Rest.

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__n_ 252H40.

Nachdem das Nachbehandlungsmittel der Schmelze i-n einer Menge von etwa 0,25 bis etwa 1,5, vorzugsweise von etwa 0,4 bis etwa 0,8 Gew.jS der Schmelze zugefügt worden ist, wird durch entsprechende Bewegung der Masse die Nachlegierung homogen in der Schmelze dispergiert.

Die Rückgewinnung von Magnesium des Nachbehandlungsmittels gemäß der vorliegenden Erfindung liegt wenigstens bei etwa 85, häufig in der Nähe von 100%. Die Magnesiumwiedergewinnung wird bestimmt als die Summe des erhöhten Magnesiumgehaltes des sphärolithischen Gußeisens und der Magnesiumverluste bei der Entschwefelung mit Magnesium, geteilt durch die Magnesiummenge, die mit dem Nachbehandlungsmittel zugeführt wird. Es ist ersichtlich für den Fachmann, daß das Magnesium mit dem vorhandenen Schwefel unter Bildung von Magnesiumsulfid reagiert, wodurch man eine Entschwefelung der Schmelze erhält. Das Magnesiumsulfid wird im allgemeinen durch Abkrampen unmittelbar vor dem Vergießen des sphärolithischen Gußeisens beseitigt.

Die Rückgewinnung des als die Bildung von Kugelgraphit fördernde Mittel dienenden Magnesiums in der anfänglichen Behandlung (definiert in der oben angegebenen Weise) ist ziemlich niedrig und liegt bei etwa 20 bis etwa βθ% bei einem Durchschnitt von etwa 38/i. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht daiüit beachtliche Einsparungen an Material. So führt die hier beschriebene besondere Nachbehandlung selbst nicht nur zu einer

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relativ hohen Rückgewinnungsquote, sondern die vorliegende Erfindung gestattet auch eine Verringerung an Material in der vorgeschalteten Behandlungsstüfe, bei der die Rückgewinnungsquote wesentlich geringer ist.

Darüber hinaus liefert die Verwendung des spezifischen Magnesium enthaltenden Nachbehandlungsmittels nach der vorliegenden Erfindung eine wesentlich sicherere und weniger gefährliche Umgebung bei der Herstellung von sphärolithischem Gußeisen. D.h. daß die Zahl der Vorfälle von Explosionen, Aufflammen, Raucherzeugungen und dgl., welche typisch für die Behandlung von geschmolzenem Eisen mit Magnesium sind, wesentlich herabgesetzt wird.

Die vorliegende Erfindung gestattet darüber hinaus eine enge Kontrolle der Größe und Verteilung der Graphitkügelchen in dem sphärolithischem Eisen. Das Mikrofoto nach Pig. I zeigt die MikroStruktur des sphärolithischen Gußeisens, das 3 Minien vor dem Vergießen mit 0,6 Gew.^, bezogen auf die Gesamtschmelze, einer Nachlegierung mit 1 Gew.% Magnesiumgehalt für die Dauer von 3 Minuten behandelt worden ist. Die Nachbehandlungslegierung enthielt darüber hinaus 48 Gew.% Silicium, 0,7 Gew.% Aluminium, 0,6 Gevi.% Kalzium und den Rest- an Eisen. Es ist ersichtlich, daß die Graphitkügelchen von relativ gleichförmiger Größe und Verteilung sind. Hinzu kommt, daß jedes Graphitteilchen im wesentlichen vollständig in Kugelf oral überführt ist. Das Mikrofoto nach Fig. 2 ist von einem sphärolithischen Gußeisen aufgenommen worden, das in der gleichen Weise wie das Gußeisen nach Fig.

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hergestellt und der gleichen Pfanne entnommen worden ist mit der Ausnahme, daß das Nachbehandlungsmittel ein übliches Impfmittel ist, welches 47 Gew.% Silicium, 0,8 Gew.% Kalzium und 1 Gew.% Aluminium enthält.

Das schließlich nach der Berührung mit dem Nachbehandlungsmittel nach der vorliegenden Erfindung erhaltene sphärolithische Gußeisen enthält allgemein von etwa 0,03 bis etwa 0,075, vorzugsweise von etwa 0,04 bis etwa 0,06, insbesondere von etwa 0,0*15 bis etwa 0,055 Otev.% Magnesium.

Die Erfindung wird nachfolgend zusätzlich in Verbindung mit Beispielen näher erläutert, wobei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen wird, daß die Erfindung durch die speziellen Einzelheiten der Beispiele nicht beschränkt sein soll, obwohl die Beispiele bevorzugte Merkmale wiedergeben.

Beispiel I

Es wurden zunächst von Roheisen, Stahl und Eisenabfällen in üblicher Weise mehrere Chargen geschmolzenen Eisens von im wesentlichen identischer Zusammensetzung vorbereitet. Diese Chargen wurden zunächst mit einem im Handel erhältlichen und die Kugelgraphitbildung unterstützenden Material in Berührung gebracht, · welches H_t5 Gew.i Magnesium, 2,5 Gew.% Cer, 50 Gew.% Silicium und als· Rest im "wesentlicher. Eisen enthält. Das feste, die

Kugelgräphitbildung unterstützende Material wurde in den Boden einer Gießpfanne eingebracht und mit einem festen Eisenblech abgedeckt. Darauf wurde das geschmolzene Eisen in die Gießpfanne eingegossen, wobei sich das Eisenblech und das die Kugelgraphitbi-ldung unterstützende Mittel auflösten. Die Menge von die Kugelgraphitbildung unterstützendem Material variierte von etwa 18 kg pro t (dies ist eine übliche Menge bei dieser Technik zur Herstellung von sphärolithischem Gußeisen),um etwa 0,05 Gew.^ Magnesium in dem fertigen sphärolithischen Gußeisen zu erhalten (bis zu einer verminderten Menge von etwa 16 kg pro t,die sonst zu einem Magnesiumgehalt von 0,044 Magnesium in dem sphärolithischen Gußeisen führt). Die Magnesiumrückgewinnung bei der Behandlung liegt bei etwa 50&.

Etwa 1 bis 3 Minuten vor dem Vergießen wird die Schmelze entweder mit einer im Handel erhältlichen Impflegierung oder mit einem Nachbehandlungsmxttel nach der vorliegenden Erfindung in Berührung gebracht.

Das im Handel erhältliche Impfmittel enthält in Gew.% Silicium, 0,8% Aluminium, 0,7$ Kobalt und als Rest im wesentlichen Eisen. Die Zusammensetzung der Nachbehandlungsmxttel gemäß der Erfindung ist die folgende:

Machbehandlungsmittel

Zusammensetzung in Gew.^

Mg	Si-	Al	Ca	Fe
I₅O	' 48	OJ	0,6	Rest
1.6	77	■i	1	Rest

e r. -s. *;■ ι p. f ■-. (ο· ί ί

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Die Menge an die Kugelgraphitbildung unterstützendem Mittel, der Umfang und die Art der Behandlung vor dem Vergießen sowie die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften der sich ergebenden sphärolithischen Gußeisen sind in Tabelle I unten angeführt.

Ein Vergleich jeder der Versuche 1 und 2 mit dem Versuch 3 (bei dem letzteren wurde ein übliches, die Kugelgraphitbildung unterstützendes Verfahren angewendet) zeigt, daß das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zu chemischen und mechanischen Eiseneigenschaften führt, die wenigstens gleich gut sind wie jene nach dem üblichen Verfahren, wobei jedoch 12,5 Gew.% weniger an die Kugelgraphitbildung unterstützendem Mittel bei der Erstbehandlung benötigt wurde. Der Versuch 4 verdeutlicht ein übliches Verfahren unter Verwendung von ebenfalls 12,5 Gew.λ weniger an die Kugelgraphitbildung förderndem Mittel bai der Erstbehandlung. Jedoch zeigt sich, daß bei diesem Versuch die chemischen und mechanischen Eigenschaften des sich ergebenden Gußeisens weniger akzeptabel sind als bei den Versuchen 1-3·

Mikroskopische Untersuchungen der Muster, die von jedem der erhaltenen Gußeisenarten gewonnen wurden, zeigen, daß bei den Versuchen 1 und 2 eine vollständige Kugelbildung des Graphites, und zwar mit Graphitteilchen erhalten wurde, die in beiden Fällen von relativ gleichförmiger größerer Verteilung über das ganze Gußstück vorliegen. Die Graphitkügelchen in dem Gußeisen des Versuchs 3 sind ebenfalls relativ gleich-

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förraig über das Gußstück verteilt, variieren jedoch merklich in der Größe. Bei dem Versuch 4 wurde keine vollständige Kugelgraphit bildung erzielt, und die Graphitteilchen lagen auch weder in gleichförmiger Größe noch Verteilung im Gußeisenstück vor.

Tabelle I

Versuch Nr.	Kugelgra phit bil	Vorgießbe- handlung in	Chemische Zusammen setzung in Gew.%	S	013	Si	90	Magnesium rückgewin
	dendes Mittel, in kg/t	kg/t	Mg C_f	0.	017	2.	95	nung in %
1	16	Mittel A 7-	0.048. 0.	0.	016	2.	00	90
2	16	Mittel B 6,	0.040 0,	0.	3.	92
3	18		0.051 o.			-
,3
,3	.017
Handelsüb liches Impf mittel A 7,3	.028
.020

16 Handelsüb- 0.039 0.022 0.017 2.78 liches Impfmittel A 7,3

Mechanische Eigenschaften

Versuch Zugfestigkeit Brinell- Verhältnis von Streck- Prozentuale Wr. in kg/cm^ Härte Zugfestigkeit festig- Dehnung χ 10-5 und Brinell- keit in

Härte kg/cm²

χ 103

1 6.22 201 442 4.19 15

2 . 6.05 201 428 3.95 l4

3 6.15 197 442 3.88 14

4 5.37 187 402 3.66 10

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Beispiel II

Es wurde ein Verfahren ähnlich dem nach Beispiel I angewendet mit der Ausnahme, daß das die Kugelgraphitbildung unterstützende Mittel in das Gußeisen durch ein "Tauchverfahren" eingebracht wurde, bei dem das Mittel gemäß Beispiel I in die Eisenschmelze mit Hilfe einer abgedeckten Gießpfanne eingestoßen wurde. Die Vorgießbehandlung wurde unter Verwendung eines anderen im Handel erhältlichen Impfmittels sowie unter Verwendung des Nachbehandlungsmittels C durchgeführt. Diese Materialien besaßen die folgende Zusammensetzung:

Zusammensetzung in Gev.%

Mg Si Ca Al Fe

Übliches Impfmittel B 78 1 1 Rest

Nachbehandlungsmittel C 1,21 46 0,9 1 Rest

Die verwendeten Mengen und die erzielten Eigenschaften sind unten in Tabelle ΙΣ angeführt.

Wiederum zeigt ein Vergleich der Versuche 5 und β, daß die vorliesei'ide Erfindung ein sphärclitfcisehes Gußeisen liefert, welches metallurgische und mechanische Eigenschaften aufweist, die wenigstens ebenso got- sine wi.s disjenigen, weiche bei Anwendung derütliohs-n Verfahren erhalten, weräeriu Das bedeutet im vorliegender.

Falle eine Verminderung um 32$ der Menge an die Kugelgraphitbildung unterstützendem Mittel bei der Erstbehandlung. Eine ähnliche Verminderung unter Verwendung eines üblichen Verfahrens (vgl. Versuch Nr.7) führt au einem Produkt von wesentlich unterlegenen metallurgischen und physikalischen Eigenschaften.

Tabelle II

Versuch Kugelgra- Vorgießbe-Nr. phit bil- handlung in dendes kg/t Mittel in kg/t

Chemische Zusammensetzung in Gew. %

Si

Magnesiumrückgewin nung in %

0,59 0,87

0,59

Mittel C 1,76 0.043 0.007 0.010 2.3¹I

Handelsübli- 0.056 0.007 0.012 2.80

ches Impf™ mittel B l_s05

Handelsübliches Impf-' mittel B i_s05

0.033 0.006 0.011 2.36

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Mechanische Eigenschaften

Versuch Zugfestigkeit Brinell- Verhältnis von Streck- Prozentuale Hr. in kg/cm^ Härte Zugfestigkeit festig- Dehnung χ ίθ> Nr. und Brinell- keit in

Härte kg/em^ χ 10

β.6?

,69

201 204 192

470

4

3.97

92

:>.Y2

IH

12

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- 19 Vergleichsbeispiele

Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt, und zwar unter Verwendung von Magnesium enthaltenden Ferrosiliciumlegierungen,

ι"

welche 0,5-, 2,1-, 2,3- und 3,5-Gew.% Magnesium enthalten. Diese Legierungen wurden als Nachbehandlungsmittel verwendet. Jede Legierung enthält etwa 48 Gew.% Silicium, während der Rest im wesentlichen Eisen ist.

Jede Nachbehandlungslegierung wurde der Schmelze, die zuvor mit einem die Kugelgraphitbildung unterstützenden Material gemäß Beispiel I in der in diesem Beispiel angegebenen Weise in Berührung gebracht worden -ist, in einer Menge von etwa 0,7 GeMi.% der Eisenschmelze zugeführt. Eine große Menge an Rauch und eine Anzahl von Aufflammungen begleiteten die Einführung der Legierungen, welche 2,1-und 2,3-Gew.% Magnesium enthielten. Die Magnesiumrückgewinnung für diese Legierungen (bestimmt in der an Hand des Beispieles I beschriebenen Weise) lag bei etwa 40%. Die Hinzufügung einer Legierung mit 3j5 Gew.$ Magnesium führte zu Wogen und Wolken von Rauch und übermäßigen Aufflammungen. Die Magnesiumrückgewinnung lag bei etwa 25$. Die Gesundheits- und Sicherheitsschäden bei der Zugabe von Legierungen, welche 2,1-, 2,3- und 3,5-Gew.# Magnesium enthalten, waren so schwer, daß diese Legierungen von der kommerziellen Verwendung ausgeschlossen sind.

Dir- Hinzu!Ogunr. einer Magnesiumlegierung mit 0,5~Gew.$ Magnesium ΓΗ.>-f . inrr Rauchbildung und zu keinen Auf flammungen ,und die

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Magnesiumrückgewinnu-ng ist hoch. Um jedoch die Magnesiummenge in dem schließlich erhaltenen sphärolithischen Gußeisen zu erhöhen bei gleichzeitiger Verminderung des in der Erstbehandlung beigegebenen als die Bildung von Graphitkugeln unterstützendem Mittel dienenden Magnesiums_ um etwa 15 oder mehr % führt dazu,, daß die das Magnesium in 0,5$ enthaltende Legierung in der Nachbehandlung in derart großen Mengen verwendet werden mußte, daß der Siliciumgehalt des sphärolithischen Gußeisens über den gewünschten maximalen Wert hinaus gesteigert werden mußte, was die metallurgischen und physikalischen Eigenschaften des sphärolithischen Gußeisens entscheidend beeinträchtigt.

Im Vergleich mit dem oben Dargelegten und zur weiteren Illustrierung der hohen Magnesiumrückgewinnungswerte, die mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erhalten werden, wurde das Nachbehandlungsmittel C des Beispiels II (1,21 Gew.% Magnesium) einer Laboratoriumsschmelze eines magnesiumfreien Eisens bei einer Temperatur von 1.482⁰C und in einer Menge von 6 Gew.% der Schmelze zugefügt. Es wurde keinerlei Rauchbildung und keinerlei Aufflammung im Augenblick der Zugabe beobachtet. Die chemische Analyse der Schmelze nach der Zugabe zeigt einen Anteil von 0₉y4 Gew.% Magnesium, was im wesentlichen der gesamten Magnesiummenge des Nachbehandlungsmittels C entspricht.

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Claims

- 21 Patentansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen von sphärolithischem Gußeisen, bei

dem geschmolzenes Eisen mit einem die Bildung von Kugelgraphit

fördernden Mittel in einer Menge in Berührung gebracht wird, die zu einem vorbestimmten Gehalt an Kugelgraphit bildenden Mittel in dem sphärolithisehen Gußeisen führt, d a'd u r e h gekennzeichnet, daß die.mit dem geschmolzenen Eisen zusammengebrachte Menge an Kugelgraphit bildendem Mittel gegenüber herkömmliehen Verfahren so herabgesetzt wird, daß in dem sphärolithisehen Gußeisen das Mittel von etwa 0,02 bis etwa 0,055 Gew.? vorliegt, und "daß die auf diese Weise behandelte Schmelze nachträglich mit einem mit der behandelten Schmelze verträglichen Nachbehandlungsmittel nachbehandelt wird, das etwa 0,8 bis etwa 1,8 Gew.% Magnesium enthält.

2, Verfahren nach Anspruch l_sdadurch gekennseichnet, daß ein die Kugelgraphitbildung förderndes Mittel ■"■erwendet wird, welches Magnesium-enthält.

c "/erfahren nach Anspruch 1 oder* 2_;. d a d u r s η ge- kennzeichnet* daS die Erstberührung ies gesehniolEsnsn Eisens rr.it einer vorbestimmten Meng-s ej.i £ie BiI- ■ •Tanz von Kugelgraphit förderndem Kittel erfolgt- Ci- sji einem 3ehalfc des Mittels von etwa 0,03 fcis etwa 0,045 Gev.% in dem SDhäroIIthisehen Gußeisen Sv.h^':-._:

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3₃ dadurch ge kenn z. elchnet , daß die behandelte Schmelze mit dem Nachbehandlungsmittel in einer Menge von etwa 0,25 bis etwa 1,5 Gew.%_s bezogen auf die Schmelze, in Berührung geVmcht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis ^ dadurch gekennzeichnet, daß das liachbehandlungsmittel mit einem Gehalt von etwa 1 bis etwa 1,6 Gextf.p Magnesium verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachbehandlungsmittel in einer Menge von etwa 0,4 bis etwa 0,8 Gew.% der vorbehandelten Schmelze mit dieser in Berührung gebracht wird,

7. Verfahren nach Anspruch 6₃ dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Eisen mit einer verminderten Menge an die Bildung von Kugelgraphit förderndem Mittel in Berührung gebracht wird,, die zu einem Anteil an diesem Mittel von etwa O_sO33 bis etwa O₃42 Gew„<i in dem sphärolithischen ßuSeisan führt.

8„ Verfahren zum Erzeugen von sphärolithischem Gußeisen«, insbesondere nach Anspruch I₃ dadurch c s Ic e η η -ζ s i c h η e tr. daß d&s geschmolzen?" Eisen zunächst mit einem die Kugelgraphit bildung fordernden., Magnesium oder seltene Erden enthaltenden Mittel in Berührung gebracht wird_s viorauf die behandelte Schmelze mit etwa O₉25 bis etwa I₉ 5 GeWö/3, bezogen auf die Schmelze₃ eines mit der Sehsielse

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verträglichen Nachbehandlungsmittels zusammengebracht wird, das etwa 0,8 bis etwa 1,8 Gew.% Magnesium enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennz e i c h ne t, daß das Nachbehandlungsmittel mit etwa 1 bis 1,6 Gew.% Magnesium in einer Menge von etwa 0,4 bis etwa 0,8 Geia.% der Schmelze mit dieser in Berührung gebracht wird,

10. Nachlegierung zur Verwendung als Nachbehandlungsmittel vor dem Vergießen der Schmelze bei dem Verfahren nach Anspruch bis 9j gekennzeichnet durch eine mit dem sphärolithischen Gußeisen verträgliche Basislegierung und etwa 0,8 bis etwa 1,8 Gew.% Magnesium.

11. Nachlegierung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basislegierung aus einer Ferrosilicium- oder Nickellegierung besteht.

12. Nachlegierung nach Anspruch 10 oder 11, d a d u rch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Magnesium etwa 1 bis etwa 1,6 Gew.% beträgt.

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