DE2611278C3

DE2611278C3 - Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit

Info

Publication number: DE2611278C3
Application number: DE19762611278
Authority: DE
Inventors: Mario Turin Remondino (Italien)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DE2611278A1; GB1492725A; FR2304677A1; IT1036093B; DE2611278B2; SU652903A3

Description

Schnittsverhältnis und führt nur während des Anfangs des Gießverfahrens zu befriedigenden Ergebnissen (beispielsweise für einen Zeitraum, der der halben Gießzeit entspricht). Die Lösungsgeschwindigkeit der Legierung in dem strömenden Eisen nimmt dann progressiv ab, was auf die ungünstige Form der Legierungskammer zurückzuführen ist, so dali von einem bestimmten Zeitpunkt an, beispielsweise beginnend mit der mittleren Gießzeit, die Eisenschmel/e nicht mehr genügend mit kugelbildender Leg.erung ang-.'reichert ist, wodurch dann das erhaltene Gulistück eine unvollständige Kugelgraphitbildung aufweist.

Um diese Einschränkungen des Verfahrens für die Herstellung schwerer Gußstücke oder Gußstuckmengen zu vermeiden, kann man gemäß bekannter Technik das Gießsystem in zwei oder mehr parallele Zweige aufteilen, die jeweils eine Legierungskammer der günstigen Abmessungen, auch einer günstigen Vertikalabmessung, enthalten.

Wird jedoch die Anzahl der Gußstü ke in jeder Ansät/menge nicht verringert, so erfordert diese Verfahrensart einen beachtlichen Raum auf der Modellplatte, der allgemein nicht verfügbar ist. Außer dem führt dies zu einer merklichen Verschlechterung des Wirkungsgrades des Gießverfahrens (Verhältnis des Gewichts einwandfreier Gußstücke /um Eisengesamtgewicht).

Die Aufgabe der Erfindung besieht d.: 'in, das bekannte Verfahren so zu verbessern, daU es sich auch zur Herstellung schwerer Gußstücke eignet.

Das Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfimiungsgcmäß derart ausgebildet, dal.) der Kammer mindestens eine /weile Kammer mit kugelbildender Legierung nachgeordnet wird und daß in allen Kammern außer einer lösungshemmende Abdeckmittel unterschiedlicher Stärken vorgesehen werden, so daü die kugelbildende Legierung zuerst in der einen und danach in den das lösungshemmende Abdeckmittel einhaltenden Kummern gelöst wird und die Lösungsgeschwindigkeit der Legierung im geschmolzenen Eisen während des gesamten Gießvorganges eine Kugelgraphitbildung guter Qualität bewirkt.

Es können also eine oder mehrere Kammern der ersten Kammer nachgeordnel sein, wobei dann eine bzw. alle außer einer Kammer das lösungshemmende Abdeckmittel enthalten. Sind hierzu mehrere Kammern vorgesehen, so einhalten diese lösungshemmende Abdeckmittel unterschiedlicher Stärken, '.o daß die kugelbildende Legierung in jeder dieser Kammern gelöst wird, wenn sich das jeweilige lösungshemmende Abdeckmittel löst. Die Lösungsgeschwindigkeit der kugelbildenden Legierung in der Eisenschmelze gewährleistet dann insgesamt eine Kugelgraphitbildung guter Qualität während des gesamten Gießvorganges.

Das Verfahren nach der Erfindung ist also ähnlich wie das durch die GH-PS 12 78 265 bekannte ausgebildet, hat jedoch dazu den Unterschied, daß eine weitere Legierungskamnier und in extremen Fällen auch mehrere Kammern im Verlauf zwischen der ersten Kammer und dem Formsystem angeordnet sind. Die weiteren Legierungskammern sind in Reihe angeordnet, jede wird vor dem Guß mit einem entsprechenden Anteil (die Hälfte oder ein jeweils erforderlicher anderer Anteil) der erforderlichen Gesamtmenge an kugelbildender Legierung versehen, dieser Anteil kann, je nach Erfordernis, leicht erhöht werden. Die Querabmessungen einer Juden Kammer entsprechen denen der Kammer des Grundverfjhrens, die Vertikal abmessungen sind jedoch gerade ausreichend, um die vorstehend genannte jeweilige Legierungsmenge aufzunehmen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeiten die Kammern nicht gleichzeitig, sondern nacheinander, was bedeutet, daß sie eine Auflösung der Legierung in Perioden ermöglichen, die weitgestuft sind, oder aufeinanderfolgen, so daß die Eisenschmelze vom Anfang bis zum Lnde des Gießvorganges ausreichend mit kugelgraphitbildendem Mittel angereichert wird.

Dieses F.rgebnis wird dadurch erreicht, daß geeignet bemessene lösungshemmende Abdeckmittel in einer oder mehreren Legierungskammern über der kugeibil denden Legierung vorgesehen sind

Die genau bemessenen lösungshcmmcndcn Abdeckmittel können aus Eisen, beispielsweise Gußeisen, oder Legierungen gebildet sein, die mindestens 20 Gew.-¹Vo Eisen enthalten, /.. B. ein kompaktes odei gesintertes Material, insbesondere ein aus Eisen und Silicium, vorzugsweise ein aus Stahlblech bestehendes Material. Vorzugsweise bestehen die lösungshemmenden Abdeckmittel aus Blech, das so geformt ist. dali es genau innerhalb einer jeweiligen Legierungskamnier über der darm vorhandenen kugelbildenden Legierung angeordnet werden kunn.

Werden nur zwei Kammern verwendet, so hat Uas lösungshemmende Abdeckmittel vorzugsweise eine solche Dicke, da'.! es sich in der Schmelze innerhalb eines Zeitraums löst, der nur etwas kurzer ist und beispielsweise /wischen 70 und 90"/». vorzugsweise bei 80% derjenigen Zeit liegt, die fur die Aul lösung der kugelbildenden Legierung in der anderen Kammer erforderlich ist.

Das Ergebnis besteht durin, dali wahrend nahe/u der gesamten Zeit, in der die Eäsenschmel/e durch die kugelbildende Legierung aus der Kummer ohne lösungshemmendes Abdeckmittel angereichert wird.die Legierung in der anderen Kammer, die ein lösungshemmendes Abdeckmittel enthält, oder in allen anderen Kammern, die lösungshemmende Abdeckmittel enthalten, intakt bleibt. Kurz vor dem Verbrauch der Legierung in der Kammer ohne lösungshemmendes Abdeckmittel vervollständigt die Eisenschinel/.e die Auflösung des lösungshemmenden Abdeckmittel in der nächstfolgenden Kammer. Dies set/i sich für die lösungshemmenden Abdeckmittel der weiteren Kammern fort. Nachdem die lösungshemmenden Abdeckmittel aufgelöst sind, beginnt die Auflösung der darunter angeordneten Legierung.

Werden mehr als zwei Kammern verwendet, so wird ein lösungshemmendes Abdeckmittel in allen Kammern außer einer angeordnet, hierbei ist jedes lösungshemmende Abdeckmittel so geformt, daß es genau innerhalb der jeweiligen Legierungskammer über der kugelbildenden Legierung dieser Kammer angeordnet werden kann. Jedes lösungshemmende Abdeckmittel hat dabei eine derartige Dicke, daß es sich in der liisenschmelze innerhalb einer Zeit zwischen 70 und 90%, vorzugsweise von 80% der Verfahrenszeit auflöst, die vergeht, bevor sich die kugelbildene Legierung in der anderen Kammer der Reihe auflöst, die so aufgebaut ist, daß sich ihre kugelbildende Legierung unmittelbar vor der jeweils betroffenen Kammer verleih.

Vorausgesetzt, daß das Material und die Dicke des oder jeden lösungshemmenden Abdeckmittel genau ausgewählt sind, sollte die Eisenschmelze vom Beginn

bis zum F.ndc des Gießvorganges mit dem geeigneten Anteil kugelbildender Legierung angereichert sein, wodurch die Qualität der Kugelgraphitbildung in dem Gußstück (oder in der Gußstückmenge) während des gesamten Gießvorganges praktisch gleichmäßig erzielt wird.

Die Auswahl des Materials und der lücke eines jeden lösungshemmcnden Abdeckmittel hängt von einer Reihe physikalischer Parameter ab, hierzu gehören die Gieütemperalur und die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Eisens über die Gießkammer. Die jeweiligen Bemessungen hängen also von den spezifischen Gußbedingungen für jedes Gußstück ab.

Insbesondere gilt, daß mit steigender Temperatur des Eisens und sinkender Strömungsgeschwindigkeit die Dicke des zum Schutz der darunterliegenden Legierung für die erforderliche Zeit nötigen lösungshcmmendcn Abdeckmittels größer sein muß.

Die genaue optimale Dicke eines lösungshemmcnden Mittels bei ausgewähltem Material für bestimmte Gießbedingungen kann berechnet werden, normalerweise werden jedoch lediglich Messungen der fraglichen Parameter durchgeführt. Die optimale Dicke kann leichter auch durch Versuche ermittelt werden, wie dem Fachmann geläufig ist.

Wenn beispielsweise die Temperatur der Eisenschmelze 144O⁰C beträgt, so ist die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Eisens über die Legierungskammer ca. 20 bis 25 cm/sec, und wenn die erforderliche Verzögerungszeit ca. 12 Sekunden beträgt, so sollte ein lösungshemmendes Abdeckmittel aus Stahlblech eine Dicke von 0,8 bis 1 mm haben. Ist jedoch die erforderliche Verzögerungszeit ca. 20 Sekunden, so sollte das lösungshemmende Mittel eine Dicke von ca. 1,5 bis 1,7 mm haben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur beschrieben, die einen schematischen Querschnitt eines Gießsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

In der Figur ist der Teil eines Gießsystems mit einer ersten und einer zweiten Legierungskammer 2 und 4 dargestellt, die einander nachgeordnet sind. Die Legierungskamme! η 2 und 4 sind als Erweiterungen des Bodens einer Zuführungsleitung 5 für Eisenschmelze ausgebildet und enthalten eine kugelbildendc Legierung 6. Ein lösungshemmendes Abdeckmittel 8 ist der zweiten Legierungskammer 4 zugeordnet und bes'.eht aus einer Stahlplatte, die die Legierung 6 in der zweiten Kammer 4 abdeckt. Durch Pfeile ist die Strömungsrichtung der Eisenschmelze lä.ngs der Leitung 5 dargestellt.

Von der Leitung 5 aus tritt das geschmolzene Eisen in ein nicht dargestelltes Formsystem ein, in dem die

Tabelle

Gußstücke geformt werden. Das Formsystem ist in acht Zweige unterteilt, die so angeordnet sind, daß jeder Zweig genau in einer Folge gefüllt wird. )eder Zweig hat einen Anschluß zur Durchführung mikrographischer und analytischer Versuche. Durch die Konfiguration und die ausgewählten Abmessungen zeigt jeder Anschluß die Kugclgraphitqualität seines jeweiligen Zweiges bzw. des Gußstücks, das mit dem durch diesen Zweig geführten Eisen hergestellt wurde.

Die am Schluß der Beschreibung angegebene Tabelle zeigt die Ergebnisse, die für einen Guß A mit einer einzigen Legierungskammer gemäß dem bekannten Verfahren und mit einem Guß B mit zwei Legierungskammern 2 und 4 gemäß der Erfindung erzielt wurden. Dabei war die zweite Kammer 4 mit einem lösungshemmenden Abdeckmittel 8 versehen, welches aus 1,5 mm dickem Stahlblech bestand und ca. 5 mm unter dem Boden der Leitung 5 angeordnet war.

Die Legierungskammer für den Guß A enthielt 1120 g einer 5%igen kugelbildenden Legierung aus Magnesium-Silicium-Eisen (gleich 0,8% des Gewichts der Eisenschmelze), während die beiden Legierungskammern 2 und 4 für den Guß B jeweils 560 g derselben Legierung 6 enthielten. Das Gesamtgewicht eines jeden Gusses betrug 140 kg, die Gießzeit 40 see und der Querschnitt der Leitung über den l.cgicrungskammern ca. 20 cm-'. Die Geschwindigkeit der Eisenschmelze in der Leitung über den Kammern wurde mit ca. 23 cm/sec festgestellt. Die Ergebnisse sind in Gew. % des enthaltenen Mg ausgedrückt, die Tests wurden in jedem der Anschlüsse der acht aufeinanderfolgenden Zweige des Gießsystems durchgeführt. Die erhaltenen Werte zeigen klar den Wirkungsgrad, mit dem die Auflösung des kugclbildenden Mittels während des Gießens erfolgte. Bei der Interpretation dieser Daten sollte berücksichtigt werden, daß durch das praktisch vollständige Fehlen von Qxidation bei dem Prozeß der Kugelgraphitbildung in Gußeisen, welches einen Gewichtsanteil von 0,01% Schwefel enthält, ein Anteil in der Größenordnung von 0,03% Mg für eine optimale Kugelgraphitbildung ausreicht. Werte von 0,06% sind in keiner Weise problematisch.

Aus der folgenden Tabelle geht hervor, daß bei dem Guß B bzw. bei dem Verfahren nach der Erfindung die erforderliche Verteilung von Mg in allen Zweigen des Formsystems erreicht wurde, während bei dem bekannten Verfahren eine zufriedenstellende Auflösung der Legierung nur für wenig mehr als die Hälfte des Gusses erfolgte. Ähnlich zeigte eine mikrographische Überprüfung eine vollständige Kugelgraphitbildung in dem gesamten Guß B, jedoch eine unvollständige Kugelgraphilbildung in dem Guß A.

	Zweig 1	£.	3	4	5	b
% Mg in Guß A % Mg in Guß B	0,035 0.035	0,035 0.035	0,035 0,035	0,030 0.045	0.025 0.060	0.015 0.045
			1 Ii er/u 1	Wall Zeichnungen

0.035

0,030

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit durch Beigabe einer kugelbildenden Legierung zu geschmolzenem Eisen und Gießen dieses Eisens in eine Form, wobei vor dem Schließen der Form die Legierung in einer Kammer angeordnet wird, über die das in die Form zu füllende Eisen hinweggeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammer (2) mindestens eine /weite Kammer (4) mit kugelbildender Legierung (6) nachgeordnet wird und daß in allen Kammern (2,4) außer einer lösungshemmende Abdeckmittel (8) unterschiedlicher Stärken vorgesehen werden, so daß die kugelbildende Legierung (6) zuerst in der einen und danach in den das lösungshemmende Abdeckmittel (8) enthaltenden Kammern gelöst wird und die Lösungsgeschwindigkeit der Legierung (6) im geschmolzenen Eisen während des gesamten Gießvorganges eine Kugelgraphitbildung guter Qualität bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem lösungshemmenden Abdeckmittel (8) in den genannten Kammern die Auflösung der darin vorhandenen Legierung (6) um eine andere Periode verzögert wird, s-> daß die Auflösungsgeschwindigkeit der kiigelbiklenden Legierung (6) im geschmolzenen Eisen während des gesamten Gießvorgangcs eine Kugelgraphitbildung guter Qualität gewährleistet.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als losungshemmendes Abdeckmittel (8) Eisen- oder l.egierungsblech mit einem Anteil von mindestens 20% Eisen verwendet wird, das so ausgebildet ist, daß es genau in einer Kammer (4) über der kugelbildenden Legierung (6) anzuordnen ist, und daß dieses Blech mil einer Dicke verwendet wird, die eine Auflösung in der Eisenschmelze innerhalb einer Zeit /wischen 70 und 90% derjenigen Zeit ermöglicht, die für die Auflösung der kugelbildenden Legierung (6) in der kein lösungshemmendes Abdeckmittel (8) enthaltenden Kammer (2) erforderlich ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Kammern das lösungshemmende Abdeckmittel (8) jeweils mit einer derartigen Dicke vorgesehen wird, daß es in der Eisenschmelze innerhalb von 70 bis 90% der Zeit gelöst wird, die vor der Auflösung der kugelbildenden Legierung vergeht, welche in der Kammer angeordnet ist, in der die entsprechende Legierung unmittelbar vor der hier betroffenen Kammer zur Verteilung gelangt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als lösungshemmendes Abdeckmittel (8) Stahlblech verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dall als lösungshemmendes Abdeckmittel (8) Gußeisen verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als lösungshemmendes Abdeckmittel (8) kompaktes oder gesintertes Material verwendet wird, welches hauptsachlich aus Eisen oder Silicium besteht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit durch Beigabe einer kugelbildenden Legierung zu geschmolzenem Eisen und Gießen dieses Eisens in eine Form, wobei vor dem Schließen der Form die Legierung in einer Kammer angeordnet wird, über die das in die Form zu füllende Eisen hinweggeführt wird.

Verfahren zur Behandlung geschmolzenen Eisens zwecks Erzielung kugeliger Graphiueilchen in den Gußstücken sind bereits bekannt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise Gegenstand der GB-PS I2 78 2Ö5.

Ein derartiges Verfahren arbeilet mit einer Cüeßtechnik, bei der die genaue Menge einer kugelbildenden legierung in einer Kammer im Inneren einer Form vor dem Schließen der Form angeordnet wird. Das in der genannten CiB-PS beschriebene Verfahren muß derart durchgeführt werden, daß der sogenannte l.ösungsfaktor optimal ist, dieyjr Faktor gibt das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit geschmolzenen Eisens zum Querschnilt der Lcgicrung.skjinmer an. Der Lösungsfaktor bestimmt die Lösungsgeschwindigkeit der Legierung im geschmolzenen Eisen, welches über die Kammer fließt. Die Anwendung des bekannten Verfahrens ermöglicht die beste Ausnutzung der Kugelgraphilbildiingseigenschaften einer Legierung, weil dabei die Probleme weiterer bekannter Verfahren vermieden werden, die auf eine Verringerung der Anreicherung des Eisens während der Durchführung des Verfahrens zurückzuführen sind. Dieses bekannte Verfahren bietet auch einige weitere Vorteile hinsichtlich Durchführung, Wirtschaftlichkeit und Umweltverschmutzung. Das Verfahren kann jedoch bei der Herstellung von Gußslücken eines großen Gewichtsbereiches nicht angewendet werden. Hierzu sei beispielsweise der Fall betrachtet, daß /wei Gußstücke oder Mengen von Gußstücken mit einem Gewicht von ^r>0 kg bzw. 400 kg hergestellt werden sollen. Um Probleme de." Erosion von Leitungen zu vermeiden, durch die die Eisenschmcl/e zu den Formen geführt wird, soll der l.öuingslaktor nicht wesentlich erhöht werden, insbesondere ist es unmöglich, diesen Faktor mit 8 /u multiplizieren, wie dies für das zweite Gußstück zur Verwirklichung derselben Gicß/.cit erforderlich wäre.

Es ist daher eine Gieß/.cit anzuwenden, die ausreichend lang ist, um die Füllung der Form zu ermöglichen. Die Lösungsgeschwindigkeit und die Strömungsgeschwindigkeit werden gleich denjenigen für das erste Gußstück gehalten, wobei der vorstehend genannte optimale Wert für den Lösungsfaktor berücksichtigt wird (für das zweite Gußstück würde sich deshalb eine Gießzeit ergeben, die um den Faktor 8 länger als die erste ist). Dies würde jedoch ein Gießsystem mit übereinstimmenden Abmessungen für beide Gußstücke erfordern, wobei der ein/ige Unterschied entsprechend der vorstehend genannten GIl-PS die vertikale Abmessung dci l.egierungskammer wäre, die genau proportional der Legierungsmenge sein muß, welche für das jeweilige Gußstück erforderlich ist.

Da die erforderliche I.egierui,gsmenge proportional dem Gewicht des herzustellenden Gußstücks ist, müßte beim vorstehenden Beispiel die Legicriingskammer für das /weite Gußstück mit einer vertikal·?!! Abmessung (Tiefe) versehen sein, die um den Faktor 8 größer als diejenige der Lcgicrungskamrncr für das erste Gußstück ist, während die Abmessungen des Querschnitts dieselben wären. Fine auf diese Weise bemessene Legierungskammer hat ein sehr großes Tiefen-Quer-