DE2623239C3 - Hitzebeständiges Gußeisen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gußeisen, die hohen Oxidationswiderstand und hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, insbc&undere auf hit/ebeständige Gußeisen.

Besonders wirksam kann die Erfindung für die Herstellung von Teilen, beispielsweise Glasformen, die hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt werden. Verwendung finden.

Es ist ein hitzebeständiges Gußeisen bekannt, welches 3.0 bis 3,8% Kohlenstoff, 1,5 bis 3,0% Silizium, 0,6 bis 1,0% Mangan, 0,5 bis 2,7% Chrom, Rest Eisen enthält, wobei der Gehalt an Schwefel auf 0,1 % und Phosphor auf 0,1% begrenzt ist.

Chrom erhöht in diesem Gußeisen die Hitzbeständigk^it auf eine Temperatur von 750° C. Es bildet sich jedoch in diesem Gußeisen eine Karbidphase, wodurch die Bearbeitbarkeit bedeutend verschlechtert sowie die Härte und die Sprödigkeit erhöht wird.

Besonders wirksam kann dieses Gußeisen bei der Herstellung von Teilen für Hütten- und Kesselausrüstungen, die unter hohen Temperaturen und hohem Abriebverschleiß arbeiten, beispielsweise von Sinterrosten, verwendet werden.

Es ist aus dem UdSSR-Urheberschein 418 554 eine Legierung bekannt, welche 2,4 bis 4,4% Kohlenstoff, 1,5 bis 2,5% Silizium. 0,4 bis 1,0% Mangan. 4,0 bis 7,0% Aluminium. 0,2 bis 1.0% Titan, 0.2 bis 0,35% Zer.Rest Eisen enthält, wobei der Gehalt an Schwefel auf 0.5% und Phosphor auf 0,5% begrenzt ist.

Diese Legierung besitzt eine gegenüber dem oben beschriebenen Gußeisen höhere Hitzebeständigkeit, die mechanischen Eigenschaften dieser Legierung sind aber unbefriedigend.

Diese Legierung wird besonders für die Herstellung von Schmelztiegeln fur Alumnium und seine Legierungen verwendet.

Es ist weiter ein Gußeisen bekannt, welches 2,4 bis 4.0% Kohlenstoff. 1,0 bis 3,5% Silizium, 1,0 bis 5,0% Aluminium, 0.2 bis 2.0% Chrom. 0,1 bis 1,0% Titan, Rest Eisen enthält, wobei der Gehalt an Schwefel auf 0,5% und Phosphor auf 0,5% begrenzt ist.

Dieses Gußeisen besitzt geringere Hitzebeständigkeit und Festigkeit, was darauf zurückzuführen ist, daß in seiner Struktur interdendritischer Graphit (Graphit Vom Typ D) enthalten ist, der sich infolge des niedrigen Gehaltes an Kohlenstoff und Silizium und des hohen Gehaltes an karbidbildcnden Elementen, wie Chrom, Mangan und Titan, bildet. Dieses Gußeisen wird insbesondere für die Herstellung von Teilen für Glasformen verwendet, welche bei hohen Temperaturen im Kontakt mit geschmolzenem Glas stehen. Das Vorliegen von karbidbildenden Elementen in diesem Gußeisen erschwert die mechanische Bearbei- > tung der Teile, weil es die Festigkeit und die Sprödigkeit des Gußeisens erhöht.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Schwierigkeiten zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

■" hitzebeständiges Gußeisen mit einer solchen Zusammensetzung der in diesem enthaltenen Komponenten und mit einem solchen Verhältnis derselben zu entwickeln, daß eine Erhöhung der Hitzebeständigkeit des Gußeisens, eine Steigerung der mechanischen Ei-

i» genschaften sowie eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit der aus diesem Gußeisen hergestellten Teile gegenüber den bekannten Gußeisen gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird durch ein hitzebi.ständiges Gußeisen gelöst, welches aus 2,8 bis 4,0% Kohlen-

-'" stoff, 1,5 bis 3,0% Silizium, 0,1 bis 0,6% Mangan, 1,0 bis 3,0% Aluminium, 0,5 bis 2,5% Chrom, 0,2 bis 2,0% Kupfer, 0,005 bis 0,04% Magnesium, 0,0! bis 0,04% Calcium, bis 0,08% Schwefel, bis 0,10% Phosphor, Rest Eisen besteht.

-'■ Es ist bekannt, daß der maximale Kohlenstoffgehalt in Gußeisen durch die Löslichkeit im flüssigen Zustand bestimmt wird. Fur das hitzebeständige Gußeisen gemäß der Erfindung beträgt der maximal mögliche Kohlenstoffgehalt 4,0%. Bei einer Verringerung

«ι des Kohlenstoffgehaltes in dem erfindungsgemäßen Gußeisen auf unterhalb 2,8% bildet sich weißes Gußeisen, d. h. ein Gußeisen, welches hohe Härte und Sprödigkeit, schlechte Bearbeitbarkeit mit Schneidwerkzeugen und niedrige Festigkeit aufweist.

r> Ein Gehalt an Silizium von weniger als 1,5% führt infolge mangelnden graphitisierenden Effektes zu weißem Gußeisen, während ein Siliziumgehalt von über 3,0% die Bildung von durch Silizium legiertem Ferrit zur Folge hat, welches ebenfalls hohe Härte und

4Ii Sprödigkeit besitzt.

Es ist bekannt, daß Mangan dem Gußeisen zur Neutralisation des schädlichen Einflusses von Schwefel zugegeben wird.

Es wurde nun festgestellt, daß ein optimaler Man-

4> gangehalt bei dem angegebenen Schwefelgehalt in einem Bereich von 0,1 bis 0,6% liegt.

Ein optimaler Aluminiumgehalt in dem erfindungsgemäßen Gußeisen beträgt 1,0 bis 3.0%, weil eine Senkung des Aluminiumgehaltes auf weniger als

in 1,0% eine Verschlechterung der Hi'^ebeständigkeit des Gußeisens zur Folge hat, während eine Erhöhung des Aluminiumgehaltes auf über 3,0% zur Bildung einer Phase Fe₁AlC_x führt, die neben den Chromkarbiden zur Versprödung des Gußeisens, zur Senkung

r, seiner mechanischen Eigenschaften und zur Erhöhung seiner Härte führt.

Es ist weiter bekannt, daß das Vorliegen von Chrom in Gußeisen eine Steigerung der Hitzebeständigkeit bewirkt.

M) Für das erfindungsgemäße Gußeisen führt eine Verringerung des Chromgehaltes auf unterhalb 0,5% Zu einer bedeutenden Senlcung der Hitzebeständigkeit des Gußeisens. Jedoch nimmt bei einem Chromgehalt von mehr als 2,5% die Härte des erfindungsgemäßen

b^ri Gußeisens stark zu und es verschlechtert sich seine Bearbeitbarkeit mit Schneidwerkzeugen.

Es ist bekannt, daß durch das Legieren des hitzebeständigen Gußeisens mit Kupfer die Dispersität seiner

Struktur zunimmt, was seinerseits; die mechanischen Eigenschaften des Gußeisens bedeutend verbessert und die Anisotropie seiner Eigenschaften senkt. Dieser Effekt des Legierens mit Kupfer tritt bei einem Gehalt mit Gußeisen von mindestens 0,2% in Erscheinung. Bei einem Kupfergehalt von über 2% nimmt die Menge der Karbidphase zu, was zur Steigerung der Härte und der Sprödiekeit und zur Verschlechterung der Bearbeitbarkeit der aus diesem hergestellten Teile führt. Kupfer kann außerdem in reiner Form ausfallen, wodurch die Hitzebeständigkeit und die Festigkeit des erfindungsgemäßen Gußeisens sinkt.

Es ist bekannt, daß Magnesium ein Kugelgraphit bildendes Element ist, was seinerseits die Festigkeit des Gußeisens erhöht.

Bei einem Magnesiumgehalt von weniger als 0,005% bilden sich neben Kugelgraphit auch Graphitlamellen, die zu Spannungsanhäufungen führen, welche die Festigkeit des Gußeisens herabsetzen. Bei einer Steigerung iks Gehaltes an Magnesium auf über 0^04% wirkt es karbidstabüisierend, was die Härte des Gußeisens erhöht und die Bearbeitbarkeit der aus diesem hergestellten Teile verschlechtert.

Bekanntlich begünstigt Calcium die Sphärolithisierung des Graphits, erhöht den Anteil des Kohlenstoffes in freiem Zustand (des Graphits) im Gußeisen, verhindert die Bildung von Karbiden und begünstigt die Entfernung der Sulfide von Mangan und Magnesium aus dem flüssigen Gußeisen, so daß es die Reinheit des Metalls erhöht.

Nach der Erfindung liegt der optimale Kalziumgehalt im Gußeisen in einem Bereich von 0,01 bus 0,04%. Eine Senkung des Ka'iziumgciialts auf weniger als 0,01% führt zur Senkung seiner Wirksamkeit, während eine Erhöhung seines Ge·, altes auf über 0,04% zu einer bedeutenden Verteuerung des Werkstoffes ohne merkliche Verbesserung der Eigenschaften führt.

Das erfindungsgemäße hitzebeständige Gußeisen besitzt gute mechanische Eigenschaften, eine hohe Hitzebeständigkeit und eine erniedrigte Härte gegenüber den bekannten analogen Gußeisen. Die aus diesem Gußeisen hergestellten Teile lassen sich ?af spanabhebenden Werkzeugmaschinen gut bearbeiten.

Das erfindungsgemäße hitzebeständige Gußeisen kann nach einem beliebigen bekannten Verfahren hergestellt werden.

Beispiel 1

In einen Induktionsofen bringt man eine Charge ein, die Gießereiroheisen (Hochofeneisen), Staihljchrott und Ferrolegierungen enthält. Nach dem Einschmelzen und dem Erhitzen auf eine Temperatur von 1500° C behandelt man das Gußeisen mit einer Kupfer-Magnesium-Vorlegierung in einer Menge von 1 %, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Gußeisens.

Dann behandelt man c'ie Schmelze mit Silikokal-

zium in einer Menge von 0,5%, bezogen auf das Gewicht der Schmelze und gießt in Formen. Das erhaltene Gußeisen enthält 2,8% Kohlenstoff, 1,5% Silizium, 0,3% Mangan, 1,7% Aluminium, 0,5% Chrom, 0,2% Kupfer, 0,04% Magnesium. 0,01% Kalzium, 0,07% Schwefel, 0,05% Phosphor, Rest Eisen.

Dieses Gußeisen besitzt eine hohe Hitzebeständigkeit, die nach der Gewichtszunahme bewertet wird, von etwa 120 g/m² bei einer Temperatur von 75U" C und SO Stunden Haltezeit.

Besonders wirksam kann dieses Gußeisen für die Herstellung von Glasformen verwendet werden, die bei hohen Temperaturen im Kontakt mit geschmolzenem Glas stehen.

Beispiel 2

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wird ein Gußeisen erschmolzen, welches aus 4% Kohlenstoff, 2,0% SiIi- 2i> zium, 0,6% Mangan, 1,0% Aluminium, 2,3% Chrom, 0,8% Kupfer, 0,005% Magnesium, 0,04% Kalzium, 0,08% Schwefel, 0,08% Phosphor, Rest F.isen besteht.

Dieses Gußeisen besitzt eine erhöhte Härte und r> Hitzebeständigkeit von etwa 52 g/m^J bei einer Temperatur von 750° C und 80 Stunden Haltezeit.

Dieses Gußeisen ist besonders für die Herstellung von Sinterrosten geeignet.

,„ Beispiel 3

Wie in Beispiel 1 beschrieben, kann Gußeisen erschmolzen werden, welches aus 3,6% Kohlenstoff, 3,0% Silizium, 0,6% Mangan, 3,0% Aluminium, 2,5% Chrom, 1,5% Kupfer, 0,012% Magnesium,

s-, 0,015% Kalzium, 0,08% Schwefel, 0,06% Phosphor, Rest Eisen besteht.

Dieses Gußeisen besitzt eine besonders hohe Hitzebeständigkeit von etwa 18 g m² bei einer Temperatur von 750" C und 80 Stunden Haltezeit und kann besonders für die Herstellung von Kessebusrüstungsleilen verwendet werden, die bei hohen Temperaturen und in aggressiven Gasmedien (in Gegenwart von Schwefeldioxid) beirieben werden.

₄. B e i s ρ i e 1 4

Wie in Beispiel 1 beschrieben, kann ein Gußeisen erschmolzen werden, welches aus 3,2% Kohlenstoff, 2,0% Silizium, 0,5% Mangan, 2,3% Aluminium, 1,0% Chrom, 2,0% Kupfer, 0,01% Magnesium, ,ο 0,02% Kalzium, 0,07% Schwefel, 0,04% Phosphor, Rest Eisen besteht.

Dieses Gußeisen besitzt eine hohe Festigkeit, eine Hitzebeständigkeit von etwa 38 g/m² bei einer Temperatur von 750° C und 80 Stunden Haltezeit und -,, gute Bearbeitbarkeit auf spanabhebenden Maschinen.

Dieses Gußeisen ist besonders geeignet für die Herstellung von Rollen für Rollgänge von Blechwalzwerken.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hitzebeständiges Gußeisen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 2,8 bis 4,0% Kohlenstoff, 1,5 bis 3,0% Silizium, 0,1 bis 0,6% Mangan, 1,0 bis 3,0% Aluminium, 0,5 bis 2,5% Chrom, 0,2 bis 2,0% Kupfer, ü,005 bis 0,04% Magnesium, 0,01 bis 0,04% Calcium, bis 0,08% Schwefel, bis 0,10% Phosphor, Rest Eisen besteht.

2. Verwendung eines Gußeisens nach Anspruch 1 als Werkstoff zur Herstellung von Glasformen, Sinterrosten, Kesselausrüstungsteilen und Rollgangsrollen.