DE2627329C2 - Austenitisches Gußeisen - Google Patents
Austenitisches GußeisenInfo
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Description
Durch die Erfindung soll ein austenitisches Gußeisen mit folgenden Eigenschaften geschaffen werden:
a) Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen
16,0 · 10-6und21,0 ■ 10-* -~ bei 20-1000C;
b) gute Verschleißeigenschaften und Festigkeitswerte, und zwar entsprechend GGL-NiCuCr 15 6 2
(DIN 1694);
c) gute intermetallische Bindung mit Aluminium-Legjerungen
mit Bindefestigkeiten >50 N/mm2;
d) folgende Bearbeitungseigenschaften: Die statischen und dynamischen Hauptschnittkräfte sollen
in einem von GGL-NiCuCr 15 6 2 bekanntem Bereich bzw. nur geringfügig darüberliegen. Ebenso
soll der Anteil harter Einlagerungen (Karbide) nicht wesentlich höher liegen, um bei einer
mechanischen Bearbeitung ähnliche Werkzeugstandzeiten einhalten zu können;
e) gute Vergießbarkeit, und zwar sollen wie bei GGL-NiCuCr 15 6 2 folgende Forderungen erfüllt
sein: Die Lunk^rneigung, die Neigung zur Oxidhautbildung, das Fließvermögen und die Weißeinstrahlungsneigung
sollen in einem von GGL-NiCuCr 15 6 2 her bekanntem Bereich liegen.
Insbesondere soll die Legierung im Schleuderguß verarbeitbar sein;
Insbesondere soll die Legierung im Schleuderguß verarbeitbar sein;
f) ausreichende Austenitstabilität, d. h. die Legierung sollte nach einer Wärmebehandlung von mind.
300 h bei 300° C keine Austenitzerfallsphasen aufweisen. Ferner soll die Legierung während
kürzerer Wärmebehandlungen bei hohen Temperaturen (bis 8 h bei 500°C) und während des
Aufbaus einer Eisenaluminitschicht sowie des Eingießvorganges ebenfalls keinen Austenitzerfall
zeigen.
Eine solche Legierung eignet sich z. B. hervorragend für ein Werkstück, das ganz oder teilweise in einen
Leichtmetallwerkstoff eingegossen, aufgeschrumpft oder eingepreßt wird. Bei dem Leichtmetall ist dabei
insbesondere an Aluminium und seine Legierungen gedacht. Einen besonders vorteilhaften Werkstoff stellt
die Legierung beispielsweise für Bewehrungen von Ringnuten (durch sogenannte Ringträger) bei Leichtmetallkolben
von Verbrennungsmotoren dar. Denn solche Ringträger werden in den Kolben entweder eingegossen
oder eingepreßt und müssen bei höchsten Beanspruchungen einen sicheren festen Sitz in dem
Leichtmetallwerkstoff gewährleisten.
Den eingangs genannten Forderungen entsprechende Legierungen sind im Stand der Technik an sich bekannt.
is Als Beispiel sei hier — nachfolgend als Legierung A
bezeichnet — genannt GGL-NiCuCr 15 6 2, mit der Zusammensetzung
2,4- 2,8%C, l,8-2,4%Si, 1,0-1,4% Mn
13,5 - 17,0% N i, 1,0 - 3,0% Cr, 5,0 - 7,0% Cu
13,5 - 17,0% N i, 1,0 - 3,0% Cr, 5,0 - 7,0% Cu
Diese Legierung hat jedoch den Nachteil, daß sie wegen ihres relativ hohen Ni-Anteils relativ teuer ist.
Das gleiche gilt für die aus GB-PS 5 58 182 bekannte Legierung, deren Anteil an Ni mindestens bei 8%, in
bezug auf den erfindungsgemäßen Anwendungszweck sogar bei wenigstens 12%, liegt.
Aus diesem Grunde sind schon frühzeitig Alternativlegierungen mit niedrigerem Ni-Gchalt vorgeschlagen
worden. So in der DE-PS 6 83 699. Dort handelt es sich um ein austenitisches Gußeisen — im weiteren als
Legierung B bezeichnet — folgender Zusammensetzung:
2,5- 3,5% C,
2,0- 5,0% Si
4,0-12,0% Mn
1,5- 8,0% Ni
0,0-10,0% Co
2,0- 5,0% Si
4,0-12,0% Mn
1,5- 8,0% Ni
0,0-10,0% Co
Größere Bedeutung erlangt hat unter anderem auch als Ringträgermaterial in Leichtmetallkolben folgender
in diese Legierungsbereiche fallender Werkstoff — weiterhin Legierung C genannt — der Zusammensetzung:
2,7- 3,2% C
2,7- 3,9% Si
9,5-12% Mn
2,7- 3,9% Si
9,5-12% Mn
< 0,008% S
0,2- 0,4% Cr
5,0- 6,0% Ni
< 0,3% Cu
Dieser Werkstoff hat folgende Eigenschaften:
Härte: 170-220 kp/mm2 HB30/5.
Zugfestigkeit: 180-220 N/mm2.
E-Modul: 100 000-120 000 N/mm2.
Zugfestigkeit: 180-220 N/mm2.
E-Modul: 100 000-120 000 N/mm2.
Wärmeausdehnungskoeffizient
25-100°C:17,5 · 10~6 1/°C
25-2(K)0C: 18,6 · ΙΟ"6 1/°C
25-300°C:19,l · 10""1/0C
25-4(X)0C: 19,3 ■ 10"'1/0C
25-300°C:19,l · 10""1/0C
25-4(X)0C: 19,3 ■ 10"'1/0C
Spez. Gewicht: 7,4 p/cm3.
Wärmeleitfähigkeit: 0,05 cal/cm · s · °C.
Wärmeleitfähigkeit: 0,05 cal/cm · s · °C.
Insbesondere bei der Verwendung als in ein Leichtmetall eingesetztes Bauteil, wie z. B. ein Ringträ-
ger, hat dieser Werkstoff folgende Nachteile:
Hohe Härten und daraus resultierend hohe Schnittkräfte bei der Bearbeitung; hoher Werkzeugverschleiß
durch große Mengen harter Gefügebestandteile (Zementitgehalte bis ca. 5% zulässig).
Dies zeigt sich vor allem in einem direkten Vergleich zu der Legierung A.
Legierung A
Legierung C
Härte HB 30
Zugfestigkeit
Graphitausbildung
Grundgefüge
Zugfestigkeit
Graphitausbildung
Grundgefüge
120-160 kp/mm2
145-180 N/mm2
Typ A (E) 4 + 5 nach ASTM
Austenit;
wenig Karbide
170-220 kp/mm2
180-220 N/mm2
Typ A + B 3-5 nach ASTM
180-220 N/mm2
Typ A + B 3-5 nach ASTM
Austenit;
Karbidmenge bis 5%
Karbidmenge bis 5%
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Legierung mit einem gegenüber der Legierung A
niedrigeren Ni-Gehalt und Eigenschaften, wie sie eingangs unter a — f angeführt sind, zu schaffen.
Durch die Senkung des Ni-Gehaltes soll der Werkstoff verbilligt werden, was besonders im Vergleich
zur Legierung A gilt
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Legierung nach Anspruch 1.
Dieser Werkstoff hat folgende mechanische Eigenschaften:
Zugfestigkeit:150-310 N/mm2 Streckgrenze: 125-250 N/mm2
Bruchdehnung: 1,0-2,0%
Härte HB30:120-180 kp/mm2.
Härte HB30:120-180 kp/mm2.
Über das Gefüge läßt sich folgende Aussage machen: Das Gefüge ist in seiner Ausbildung mit dem der
Legierung A vergleichbar. In der austenitischen Matrix sind nur wenige Karbide in gleichmäßiger Verteilung
eingelagert. Die Graphitausbildung kann nach ASTM-Richtreihe in Typ A (E) Größe 4-5 eingeordnet
werden. Bei der untersuchten Probe war die Legierung vor dem Vergießen mit 0,3% Ca-haltigem Impf mittel
behandelt worden. Je nach Impfmittel und Technik können den Anforderungen entsprechend auch andere
Graphitausbildungsformen eingestellt werden, wie z. B. Kugelgraphit.
An weiteren Werkstoffkenndaten lassen sich noch anführen:
E-Modul: 75 000-110 000 N/mm2 (dynamisch gemessen).
m Wärmeausdehnung: 16,5—17,5 · 10-h
(20-1000C). 8 Wärmeleitfähigkeit:0,065-0,070 kcal/cm -S-0C.
Dichte: 6,9 kg/cm2.
Druckfestigkeit: 1200-1500 N/mm2. Bezüglich der die gewünschten Eigenschaften des Werkstoffes am wesentlichsten beeinflussenden Legierungsbestandteile kann im einzelnen noch folgendes gesagt werden:
Druckfestigkeit: 1200-1500 N/mm2. Bezüglich der die gewünschten Eigenschaften des Werkstoffes am wesentlichsten beeinflussenden Legierungsbestandteile kann im einzelnen noch folgendes gesagt werden:
Aluminium
Al wurde in erster Linie wegen seiner stark grafitisierenden Wirkung zugesetzt, um die normalerweise
bei ca. 6% Mn einsetzende höhere Karbidbildung zu höheren Mn-Gehalten zu verschieben. Eine grafitisierende
Wirkung könnte man zwar auch über erhöhten Si-Zusatz bewirken. Gegenüber dem entsprechenden
Al-Zusatz würde dies jedoch zu einer schlechteren Austenitstabilität führen. Zurückzuführen ist dies auf
eine gleichzeitig stark ferritisierende Wirkung des Si, welches die Temperaturen der eutektischen Umwandlung
erhöht
Mangan
Bei fehlendem oder geringem Ni-Gehalt sichert die Zugabe von Mn die erforderliche ausreichende Austenitstabilität.
Durch den erfindungsgemäß festgelegten Mn-Gehalt erhält man in bezug auf die eingangs unter
a — f genannten Eigenschaften ein gewisses Optimum.
Nickel
Der angegebene Ni-Gehalt ist in erster Linie wichtig für die Bearbeitungseigenschaften der Legierung;
andernfalls könnte der Ni-Gehalt nämlich auch noch niedriger gehalten werden.
40 Kupfer
In dem erfindungsgemäßen Bereich an Cu erreicht die Austenitstabilität ein Maximum.
45 Chrom und Titan
Cr-Gehalte über 0,008% bewirken infolge ihrer
starken Karbidbildung einen negativen Einfluß auf die Bearbeitbarkeit. Cr kommt hierbei eine katalytische
Wirkung zu.
Titan
In kleinen Gehalten ist Titan ein stark grafitierendes Element. Diese Wirkung erreicht bei etwa 0,1% Ti ein
Maximum, geht dann wieder zurück und erreicht bei etwa 0,5% wieder den Ausgangszustand. Bei dem
erfindungsgemäßen manganaustenitischen Gußeisen haben sich Ti-Anteile zwischen 0,1 und 0,15% als
optimal erwiesen. Titan vermag geringe Chromgehalte
in ihrer katalytischen Wirkung zu neutralisieren.
Claims (2)
1. Austenitisches Gußeisen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen 16,0 ■ 10"B und
21,0 ■ 10-6-L zwischen 20 und 1000C, Verschleiß-,
grd
Festigkeits-, Bearbeitungs- und Vergießbarkeitseigenschaften,
entsprechend GGL-NiCuCr 15 6 2 (DIN 1694), einer guten intermetailischen Bindung
gegenüber umgossenen Al-Legierungen mit Bindefestigkeiten größer als 50 N/mm2 sowie einer guten
Austenitstabilität, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung
2,8 bis 3,4% C
2,0 bis 2,2% Si
8,5 bis 9,5% Mn
3,5 bis 4,0% Ni
weniger als 0,008% Cr
5,0 bis 5,5% Cu
1,5 bis 2,0% Al
0,1 bis 0,15% Ti
weniger als 0,02% P
weniger als 0,02% S
Rest Fe mit herstellungsbedingten Verunreinigungen.
2. Verwendung eines Gußeisens nach Anspruch 1 als Werkstoff zur Herstellung von Bewehrungen von
Ringnuten in Aluminiumkolben für Verbrennungsmotor.
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