DE2535781B2

DE2535781B2 - Stickstoffhaltiges zusatzmittel zur verfestigung von gusseisen

Info

Publication number: DE2535781B2
Application number: DE19752535781
Authority: DE
Inventors: Hideo Kashiwa; Kiyosuke Hitoshi Shimoinayo Ibaraki; Okada Senri Tokio; Nakae (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-08-16
Filing date: 1975-08-11
Publication date: 1976-12-23
Also published as: US3977868A; DE2535781C3; GB1498246A; FR2281986A1; FR2281986B1; DE2535781A1; JPS5121517A; JPS5535461B2

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 ii_zium, 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- Dj_e Erfindung ermöglicht eine Erhöhung der Zug-

^deutun6en· festigkeit und Härte um 7—15 kg/mm^s 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

Tabelle 2

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.

Beispiel 1

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/mm^s)	(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.

Beispiel 2

Teilchenförmiges Ferrosilicokalzium und Nitrierferromangan oder Nitrierferrochrom (es läßt sich auch

Tabelle 4

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.

Tabelle

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

II
III

Fe-Si

II

III

Fe-Si
I

II
III

Fe-Si

II
III

Fe-Si
I

II
III

Fe-Si
I

II
III

Fe-Si
I
H
III

Fe-Si
I
II
HI

Fe-Si

I
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

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*

des Zusetzens

La ÄO kg/mm* oder d^
Abschrecktiefe war nahezu die

Verringerung der Abschrecktiefe.

Beispiel 3

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

Zugfestig
keit

Zunahme Härte der Festig- (Brinelllceit härte)

Zunahme
der Härte

(kg/mm⁸) (Vg/mm^s)

3,26' 2,05

kein
Fe-Si

II
III

IV

VI
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

204

185

226

210

235

220

230

226

222

217

+ 41
+ 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, -■—^.^ !

Ferrosiliziumzusatz zur Einschmelze vorge^^___

piArni 1 Blatt Zeichnungen ^^^ten _Zusatzes. Somit S £ crSdungsgpn^äßen Zusatzmittels herstellen, die nach den bekannten Ver-

609552/388

Claims

ι H Stoffäquivalents oder ein Zusatz anderer Legierungs-Patentansprüche.· w elemente im industriellen Maßstab vorgenommen

i. ****** ζ—; i^srärro^sdÄs

gung von Gußeisen, dadurch g e k e η η wuru Stickstoff industriell als Element

ζ ei c h η et daß es ge wichtsrnaß ig im wese^ 5 Zum Despiel ^ ^^ ^^ _Zusätzljch ^e _z ⁿ

KSo 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 ist

Mangan und Rest Euen sow.e unvermeidlichen bessert socks ^ _imP_Zusammenhang ^ ^t

^VrrSS^beSteht ^¹

, dadurch ge- ίο ζι

kennzeichnet, 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 Verbesserung

3. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch ge- der Zugfestigkeit und Zähigkeit vo- - -—
kennzeichnet, daß es 38% Silizium, 1 % Kalzium, 15 geschlagen. Jedoch erzeugen diese