DE2535781B2 - Stickstoffhaltiges zusatzmittel zur verfestigung von gusseisen - Google Patents
Stickstoffhaltiges zusatzmittel zur verfestigung von gusseisenInfo
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Description
3,2% Stickstoff, 30% Mangan und 5,2% Chrom gi
enthält. n>- , „ , . ...
Kalkstickstoff (oder Kalziumcyanamid) vorgeschlagen,
doch dabei ist nicht nur der Kalkstickstoff als solcher
Die Erfindung bezieht sich auf stickstoffhaltiges 20 für den menschlichen Körper giftig sondern es exi-
Zusatzmittel zur Verfestigung von Gußeisen, das die stiert auch die Möglichkeit einer Entwicklung von
mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit usw. Cyangas beim Zusetzen und außerdem bildet sich
von Flockengraphit-Gußeisen verbessert. Schlacke, so daß em Schlackenabstrich erforderlich
Üblicherweise wurden feste Gußeisen durch Steue- ist. Zusätzlich weist Kalkstickstoff eine hohe Hygro-
rung dei Abschreckneigung und Verbesserung der a5 skop;zität auf und verliert seine Wirksamkeit aufgrund
Graphitform mittels Impfens unter Senkung der von Feuchtigkeitsabsorption.
Kohlenstoff- und Siliziumgehalte erzeugt. Dabei ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
die anzustrebende gegenseitige Abstimmung der stickstoffhaltiges Zusatzmittel zu entwickeln, das beim
Kohlenstoff- und Siliziumgehalte derart, daß sie der Zusetzen zu einer Gußeisenschmelze die mechanischen
Formel C % = Si % + (0,7-1,5) entspricht, und 30 Eigenschaften des Gußeisens, wie z. B. die Zugfestiginsbesondere
sind die Gehalte, wie sie in der Tabelle 1 keil, merklich verbessert und die Abschrecktiefe vergezeigt
sind, einzustellen. ringen, keine Verunreinigung der Atmosphäre im Betrieb
verursacht und keinen Schlackenabstrichvorgang
Tabelle ! erfordert.
G ß. 35 Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe ge-
- hi &' /o löst wird, ist ein stickstoffhaltiges Zusatzmittel zur
»Fris«*\ τ. s 7 R ■?"?_■? R Verfestigung von Gußeisen, mit dem Kennzeichen, daß
"" \'\ Va ί» A es gewichtsmäßig im wesentlichen aus 20-60% Si-
»Fc20« 3,3-3,6 1,8-2,3 iizium, 0,5-10% Kalzium, 2,0 bis 10% Stickstoff,
»Fc25« 3,2—3,5 1,7—2,2 40 20—50% Chrom und/oder Mangan und Rest Eisen
»Fc 30« 3,1—3,3 1,6—2,1 und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
»Fc 35« 2,9—3,2 1,5—2,0 Die Wirkung des Zusatzmiitels wird noch aus-
·) .Fc 15« bedeutet Flockengraphit-Gußeisen mit einer Zug- fP^/^' Wf" " 25~,3O,°i ^"V^ % ^f""1'
festigkeit von mehr als 15 kg/mm! bei 30 mm Durchmesser der 1—5 % Stickstoff und 35—45 /o Chrom und/oder
Probe im Gußzusland entsprechend der japanischen Industrie- 45 Mangan enthält.
norm (»J1S«). Die anderen Werte haben entsprechende Be- Dje Erfindung ermöglicht eine Erhöhung der Zug-
deutun6en· festigkeit und Härte um 7—15 kg/mms bzw. 20-60
Die vorerwähnte übliche Technik wird so beurteilt, kg/mm2 sowie eine Verringerung der Abschrecktiefe.
daß sie die Zugfestigkeit auch unter gewisser Preisgabe Wie oben erwähnt, enthält das erfindungsgemäße
der Abschreckneigung verbessern soll. 50 Zusatzmittel Stickstoff und Chrom oder Mangan, die
Weiter läßt sich nach der bekannten Technik die eine starke Wirkung der Stabilisierung von Perlit auf-
Abschrecktiefe (die im folgenden den Wert bedeutet, weisen. Aufgrund der Wirkung dieser Elemente wird
der bei zwangsweise abgeschreckten Probestücken die Ferritisierung der Eisenmatrix gehemmt und die
von 8 mm Dicke gemessen wurde) verringern, doch Perlitbildung beschleunigt.
kann die Zugfestigkeit nicht sehr weit verbessert wer- 55 Die Elemente wie Silizium, Kalzium usw., die wirkden
(höchstens um 5 kg/mm2). Obwohl sich die Ab- same graphitbildende Elemente sind, rufen einen Abschrecktiefe
durch Impfen verringern läßt, wird an- schreckverhinderungseffekt hervor und verbessern
genommen, daß eine Verringerung auf etwa 7 mm im gleichzeitig die Graphitform. So verbessern diese
Fall von »Fc 30« maximal ist. Eine weitere Senkung der Elemente die mechanischen Eigenschaften von Guß-Abschrecktiefe
läßt sich durch Verringerung des Koh- 60 eisen.
lenstoffgehalts und Steigerung des Siliziumgehalts er- Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Zusatzmittels
reichen, doch wird dabei die Ferritbildung beschleunigt, wurde gefunden, daß bei gleichzeitigem Vorhanden-
was eine Verringerung der Zugfestigkeit verursacht. sein der die Matrix verfestigenden Elemente und der
Deshalb lassen sich ein niedriger Kohlenstoffgehalt graphitisierenden Elemente eine synergistische Wir-
und ein hoher Siliziumgehalt praktisch nicht sinnvoll 65 kung durch diese Elemente im Sinne von Verbesse-
verwenden. rungen der mechanischen Eigenschaften ausgeübt
Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wird. Der Mechanismus dieses synergistischen Effekts
von Gußeisen wurden eine Verringerung des Kohlen- konnte noch nicht g;nau geklärt werden, jedoch
10
icheint die Anwesenheit von Stickstoff ein wesentliches
Merkmal zu sein.
Außerdem wurde es aufgrund des erfindungsgemäßen
Zusatzmittels möglich, im Vergleich mit den Bestandteilen des bekannten Gußeisens (entsprechend derTalelle
1) den Kohlenstoffgehalt zu senken und den Si- «ziumgehalt zu steigern, und außerdem läßt sich erfin-Aingsgemäß
die Abschrecktiefe weiter als beim bekannten Gußeisen mit dem gleichen Kohlenstofffquivalent
senken.
Wenn daher beispielsweise das erfindungsgemäße Zusatzmittel einer Gußeisenschmelze entsprechend
tFc 20« zugesetzt wird, ergibt sich die Abschrecktiefe gleich der o<jsr geringer als die übliche von »Fc 20«,
und man erhält ein Gußeisen entsprechend »Fc 25« bis »Fc30«.
Außerdem liefert der erfindungsgemäße Zusatz folgende Wirkungen: Wenn das Zusatzmittel Gußeisen
mit chemischen Zusammensetzungen niedrigeren Kohlenstoff gehalts und hohen Siliziumgehalts (z. B. 2,6 % C
und 3,0 % Si) zugesetzt wird, kann man sogar ein »Fc40« entsprechendes Gußeisen erhalten; im Fall
eines »Fc 30« — »Fc 35« entsprechenden Gußeisens lassen sich dünne Güsse (z. B. mit 5 mm Dicke) ohne
7ementitbildung herstellen; der Preis der Erzeugnisse »5
wird geringer als beim Zusatz von Perlitstabilisierungselementen, wie z. B. Nickel, Kupfer und Zinn. Weiter
ergibt das erfindungsgemäße Zusatzmittel bei Wiederverwendung von Rücklaufmaterialien, wie z. B. Speilern,
Anschnitten usw., keine Schwierigkeit durch Reste solcher Legierungselemente.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Zusatzmittel, da es eine starke Wirkung derStabilisierungvoni erlit
Zeigt, zur Verbesserung der Umwandlung des Matnxgefüges
in Perlit und der Härte sogar in einem solchen Fall wie Stapelformen von Schalenguß wirksam, wo
sonst die Ferritisierung aufgrund langsamer Abkühlung nach der Erstarrung fortschreitet und sich die
gewünschte Härte nicht erhalten läßt.
Weiter erzeugt das erfindungsgemäße Zusatzmittel im Gegensatz zu den bekannten stickstoffhaltigen
Zusätzen kein giftiges Cyangas beim Zusetzen zur Gußeisenschmelze, so daß sich der Betrieb stets unter
guten atmosphärischen Bedingungen durchführen läßt.
Schließlich wird beim Zusetzen des erfindungsgemäßen Zusatzmittels keine Schlacke gebildet, so daß
kein Schlackenabstrich erforderlich ist.
Die Gründe zur Begrenzung des Anteils der einzelnen Bestandteile sollen im folgenden erläutert werden:
Silizium ist ein wesentliches Element zum Erzielen
des Impfeffektes des Zusatzmittels. Wenn der Siliziumgehalt unter 20% liegt, ist die Wirkung der
Senkung der Abschrecktiefe gering, und wenn mehr als 60% Silizium vorhanden sind, lassen sich die Gehake
der anderen erforderlichen Elemente, wie z. B. Stickstoff, Kalzium, Chrom, Mangan usw. nicht sicherstellen.
Kalzium ist zur Steigerung der Zusatzwirkung des Siliziums erforderlich, und wenn sein Gehalt unter
0,5% liegt, ist die Wirkung gering, während bei Vorliegen von mehr als 10% Kalzium dessen Auflösbarkeit
in der Gußeisenschmelze nicht gut ^St und Schlackeneinschlußfehler auftreten können.
Stickstoff ist ein Element zur Perlitstabilisierung und für das erfindungsgemäße Zusatzmittel wesentlich.
Wenn der Stickstoffgehalt geringer als 2,0 % ist, wird die zu verwendende Zusatzmenge zu groß. Andererseits
ist es schwierig zu erreichen, daß mehr als 10% Stickstoff im Zusatzmittel enthalten sind.
Chrom und Mangan sind Elemente zur Stabilisierung von Perlit und auch Elemente, die die Wirkung
des Stickstoffs unterstützen. Sie sind zur Ergänzung der Perlitbildungswirkung des Stickstoffs erforderlich.
Wenn der Gehalt an diesen Elementen unter 20% liegt, ist ihre Wirkung gering, und wenn davon mehr als
50% vorhanden sind, steigt die Abschreckneigung, und gleichzeitig wachsen die Mengen an Chrom und
Mangan im Rücklaufmaterial an.
Die Zeichnung ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und der Abscluecktiefe
veranschaulicht, wenn das erfindungsgemäße Zusatzmittel bzw. ein bekannter Zusatz Gußeisen zugesetzt
werden, wie noch im Beispiel 4 ausgeführt wird.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern.
Teilchenförmige Zusatzmittel, die Silizium, Kalzium, Stickstoff und Mangan enthalten, nämlich Fe — 75%
Si —1,5 % Ca einerseits und Fe — 70 % Mn — 4,5 % N
andererseits, wurden zusammen einer Eisenschmelze (die 3,31% Kohlenstoff und 2,05% Silizium enthielt)
zugesetzt. Getrennt davon wurden teilchenförmige entweder Silizium und Kalzium oder Mangan und
Stickstoff enthaltende Zusätze als bekannte Zusätze, nämlich entweder nur Fe — 75% Si — 1,5% Ca oder
nur Fe — 70% Mn — 4,5% N einzeln einer Eisenschmelze gleicher Zusammensetzung zugesetzt. Die
mechanischen Eigenschaften und die Abschrecktiefe der so erhaltenen Gußeisen sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Zusätze | -1,5% Ca | Zusatz | Zug | Zunahme | Härte | Zu- bzw. | Ab | Zu- bzw. |
menge | festig | der Fe | (Brinell- | Abnahme | schreck | Abnahme | ||
-4,5% N | keit | stigkeit | härte) | der Härte | tiefe | der Tiefe | ||
-1,5% Ca | (°/o) | (kg/mm2) | (kg/mrn2) | (kg/mms) | (kg/mm2) | (mm) | (mm) | |
Fe-75% Si- | -4,5% N | |||||||
+ | 0,8 | 29,6 | + 8,3 | 210 | + 25 | 3,0 | -4,5 | |
Fe-70% Mn | ||||||||
Fe-75% Si- | 0,3 | 22.2 | + 0,9 | 181 | 4 | 2,5 | -5,0 | |
Fe-70% Mn | 0,5 | 26,1 | 198 | + 13 | 9,0 | + 1,5 | ||
kein | — | 21,3 | 0 | 185 | 0 | 7,5 | 0 | |
»Zunahme« und »Abnahme« in der Tabelle 2 bedeuten diese Unterschiede auf der Basis der Werte, die
nhnp Zusätze erhalten wurden. Wie sich aus der
Tabelle 2 ergibt, zeigte sich, wenn Silizium, Kalzium, Stickstoff und Mangan zugleich zugesetzt wurden, der
synergistische Effekt dieser Elemente, und die Zug-
festigkeit sowie die Härte der Gußeisen waren merklich verbessert und die Abschrecktiefe im Vergleich
mit den Gußeisensorten verringert, die durch einen einzelnen Zusatz entweder von Silizium + Kalzium
oder von Mangan + Stickstoff erhalten waren. In diesem Beispiel wurde Nitrierferromangan als stickstoffhaltiger
Zusatz verwendet, doch kann man auch Mangannitrid anstelle des Nitrierferromangans einsetzen.
Teilchenförmiges Ferrosilicokalzium und Nitrierferromangan
oder Nitrierferrochrom (es läßt sich auch
Chromnitrid verwenden) wurden zur Herstellung voi drei Zusatzmitteln I, II und III vermischt.
Die Zusammensetzungsanteile der Elemente diese drei Zusatzmittel sind in der Tabelle 3 aufgeführt
Das Zusatzmittel II liegt nicht im Bereich der Erfindunj und ist zum Vergleich angegeben.
Zusätze
Si(7„) N(»/o)
Mn(Vo) Cr (»/„
II III
38 60 20
3,2 1,0 9,8
1,0 1,5 8,1
30 25 25
Gußeisen | Zusätze | Zug | Zunahme | — Härte |
- Ab |
Zu- bzw. |
festig | der Festig | (Brinell- | schreck | Abnahme | ||
keit | keit | härte) | tiefe | der Ab | ||
schrecktiefe | ||||||
C (Vo) Si (Vo) | (kg/mm2) | (kg/mm2) — |
(kg/mm2) ——^———_ |
(mm) ————^_^_ |
(mm) | |
- - Zunahme |
||||||
der Härte | ||||||
(kg/mm2) ~—- |
2,83 2,42
2,83 2,86
2,61 3,04
3,01 2,98
3,26 2,05
3,20 2,78
3,22 3,03
3,31 3,06
3,40 3,08
Fe-Si
I
I
II
III
III
Fe-Si
II
III
Fe-Si
I
I
II
III
III
Fe-Si
II
III
III
Fe-Si
I
I
II
III
III
Fe-Si
I
I
II
III
III
Fe-Si
I
H
III
I
H
III
Fe-Si
I
II
HI
I
II
HI
Fe-Si
I
II
II
in
30,2 44,2 39,2 45,8
26,5 42,0 38,1 42,7
22,4 41,7 35,3 44,8
28,0 38.7 30,1 37,3
29,2 37,8 33,1 38,9
22,3 32,0 26,6 34,5
15,7 29,3 23,4 30,8
10,3 22,0 15,4 23,8
10,1 23,6 18,0 24,0
+ 14,2 + 9,0 + 15,6
+ 16,5 + 11,6 + 16,2
+ 19,3 + 12,9 + 22,4
+ 10,7 + 1,9 + 9,3
+ 8,6 + 3,9
+ 9,7
+ 10,3 + 4,3 + 12,3
+ 13,6 + 7,7 + 15,1
+ 11,7 + 5,1 + 13,5
+ 13,5 + 7,9 + 13,9
+ + +
+ + +
+ + +
+ +
+
+ + +
+
.
+
+ + +
+ + +
+ + +
7,0
6,0
5,5
15,0
4,5
6,0
6,0
12,0
3,0 4,0 3,5 8,0
3,0 4,5 4,0 8,0
4,5 5,0 5,0 8,5
2,0 2,5 2,0 7,5
2,5 3,0 2,5 7,0
0,5 0,5 0,5 3,0
0,5 1,0 0,5 3,5
0 - 1,0
-1,5 + 8,0
+ 1,5 + 1,5 + 7,5
+ 1,0 + 0,5 + 5,0
+ 1,5 + 1,0 + 5,0
+ 0,5 + 0,5 + 4,0
0 + 0,5
0 + 5,5
+ 0,5 0
+ 4,5
0 0 0
+ 2,5
0 + 0,5
0 + 3,0
Die Tab* 4 zeig, necta»**
Eisenschmelzen zugesetzt wurde*
Eisenschmelzen zugesetzt wurde*
des Zusetzens
La ÄO kg/mm* oder d^
Abschrecktiefe war nahezu die
Abschrecktiefe war nahezu die
Verringerung der Abschrecktiefe.
Außer den drei in der Tabelle 3 aufgeführten Zusatzmitteln wurden sechs in der Tabelle 5 angegebene Zu-
satzmittel IV, V, VI, VlI, VIII und IX hergestellt, und jedes dieser neuen Zusatzmittel wurde einer Gußeisenschmelze
mit dem gleichen Zusammensetzungsverhältnis von Kohlenstoff und Silizium zugesetzt. Die mechanischen
Eigenschaften und die Abschrecktiefe der er-
haltenen Gußeisen sind in der Tabelle 6 zusammen mit
den Ergebnissen angegeben, die im Fall keines Zusatzes und im Fall des Zusatzes des bekannten
Ferrosiliziums erhalten wurden.
Tabelle 6
Gußeisen
Gußeisen
Zugfestig
keit
keit
Zunahme Härte der Festig- (Brinelllceit härte)
Zunahme
der Härte
der Härte
(kg/mm8) (Vg/mms)
3,26' 2,05
kein
Fe-Si
Fe-Si
II
III
III
IV
VI
VII
VIII
VII
VIII
IX
28,0
29,2
37,8
33,1
38,9
35,0
38,2
36,6
35,4
35,2
37,9
+ 8,6 + 3,9 + 9,7 + 5,8 + 9,0 + 7,4 + 6,2 + 6,0 + 8,7
Die »Zunahme« und »Abnahrnej, jj
Eigen-
:it und Härte
Beispiel 4
Beispiel 4
204
185
226
210
235
220
230
226
222
217
217
+ 41
+ 25
+ 50
+ 35
+ 45
+ 41
+ 37
+ 32
+ 30
+ 25
+ 50
+ 35
+ 45
+ 41
+ 37
+ 32
+ 30
Werte Ab-
schrecV-
tiefe
13,0 4,5 5,0 5,0 8,5 5,0 8,0 8,0 4,5 4,5 8,5
Zu- bzw. Abnahme der Abschrecktiefe
(mm)
+ 0,5 + 0,5 + 4,0 + 0,5 + 3,5 + 2,5
0 + 4,0
der das Anteilsverhältnis von,Kohlenstoff
Die Beziehungen
Absctoecktiefe ν°η Gulieisenpru-u, -■—^.^ !
Absctoecktiefe ν°η Gulieisenpru-u, -■—^.^ !
Ferrosiliziumzusatz zur Einschmelze vorge^^___
piArni 1 Blatt Zeichnungen
^^^ten Zusatzes. Somit
S £ crSdungsgpn^äßen Zusatzmittels
herstellen, die nach den bekannten Ver-
609552/388
Claims (1)
- ι H Stoffäquivalents oder ein Zusatz anderer Legierungs-Patentansprüche.· w elemente im industriellen Maßstab vorgenommeni. ****** ζ—; i^srärro^sdÄsgung von Gußeisen, dadurch g e k e η η wuru Stickstoff industriell als Elementζ ei c h η et daß es ge wichtsrnaß ig im wese^ 5 Zum Despiel ^ ^^ ^^ Zusätzljch e z nKSo V Stkkstoff" 20 507' Ch"^ un"c5 Lesern Einfluß des Stickstoffs auf die Stahlmatrix ve,2,0—M^ Mickstoa, 2U—5U/O enrom u™{»£™ , Stickstoff die Graphitform in Gußeisen und istMangan und Rest Euen sow.e unvermeidlichen bessert socks ^ imPZusammenhang ^ ^tVrrSSbeSteht ^1, dadurch ge- ίο ζιkennzeichnet, daß es 25-30% Silizium, 1-8% schalten von uuuei*c.. c.*.«.Kalzium, 1-5% Stickstoff und 35-45% Chrom Zum Beispiel wurden Kal.umerrocyan.d und Ka-und/oder Mangan enthält. liumferr.cyan.d als Stickstoffzusatze zur Verbesserung3. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch ge- der Zugfestigkeit und Zähigkeit vo- - -—
kennzeichnet, daß es 38% Silizium, 1 % Kalzium, 15 geschlagen. Jedoch erzeugen diese
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