DE2634687C2 - Verfahren zur Aufbereitung einer Gußeisenschmelze - Google Patents

Description

F =

AxV Wx K

wobei

A =

V =

W =
K =

Gießrate der Gußeisenschmelze,
gewünschter prozenvjaler Kugelgraphitanteil des fertigen Gußstückes,
prozentualer Magnesiumanteil des Impfmittels,

25 bis 30 für mittlere Querschnittsdicken des fertigen Gußstückes zwischen etwa 635 und 25,4 mm

20 bis 22 für mittlere Querschnittsdicken des fertigen Gußstückes zwischen etwa 25,4 und 76,2 mm.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Impfmittel auf eine maximale Porosität von etwa 10% und auf eine grüne Biegefestigkeit von wenigstens etwa 700 N/mm² verfestigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbereitung einer Gußeisenschmelze mit 2,5 bis 4,0% Kohlenstoff, 0.005 bis 0.02% Schwefel, 1,5 bis 3,5% Silizium, bis 1,5% Mangan. 0,02 bis 0,1% Phosphor. Rest Eisen und übliche Spurenelemente, ein im Kokillenguß blockförmig verfestigtes Impfmittel benutzt wird, welches durch eine Reduktion von Kieselsäure zu Silizium erhalten wird, in welchem 20 bis 50% Eisen, 5 bis 15% Magnesium, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 0,3 bis 2,0% Kalzium und 0,3 bis 1,5% Cer gelöst sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung einer sich normal unter Bildung von Flockcnlii.ipliil verfestigenden Gußeisenschmel/e /ur Erzielung eines wenigstens teilweise sphiirolitischcn Gußeisens der durch den Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.

Bei einem aus der US-PS 38 51 700 bekannten Verfahren dieser Art wird das Impfmittel zu einer Kugclform verfestigt und besteht nach ei-.ier bevorzugten Zusammensetzung aus etwa 50 Gew.-% Eisen, 2 Gew.-% Kalzium, 1Ö Gew.-% Magnesium, Rest Silbium. Die einzelnen Anteile dieser Zusammensetzung wenien unter Vorgabe einer Teilchengröße zwischen etwa 0.833 und

ίο 0,175 mm sowie unter Verwendung eines Natriumsilikat-Bindemittels zu etwa 12Gew.-% zu einer Kugelform mit einem Einzelgewicht von etwa 42 g und einem Durchmesser von etwa 38 mm verfestigt und nach der Verfestigung noch für etwa 10 Minuten bei einer Tcmperatur zwischen etwa 150 und 205⁰C gebrannt, um damit bei den für das Vergießen einer Gußeisenschmclze maßgeblichen Temperaturen zwischen 1371 und 1427°C für die Berührung mit der Gußeisenschmclzc ein Auflösungsvermögen bis zu etwa der Hälfte bis 3/5

2Q der Kugelgröße sicherzustellen.. Diese mit der.! !rrspfrrsiitel gebildeten Kugeln sind für ein einzelnes Einlegen vor jedem Gießvorgang eines Gußstückes in einen dafür speziell ausgebildeten Gießtrichter der Gießform vorgesehen, um beim Füllen dieser mit der Gußciscnschmelze eine fortschreitende Auflösung der in dem Gießtrichter stronvuifwärts von dessen Auslauf durch radial ausgerichtete Wandvorsprünge abgestützten Kugel für ein Mitreißen des Impfmittels in die Gießrinne zu erhalten- Bei diesem Verfahren läßt sich damit nicht vermeiden, daß die fortschreitende Auflösung der Kugel als Folge einer im Auslaufbcreich des Gicßirichtcrs stattfindenden Durchwirbelung der Gußcisenschmcl/.c unregelmäßig abläuft und damit das Impfmiitcl in zeillich entsprechend unterschiedlichen Teilmengen über die Gießrinne in den hohlen Formraum gelangt, so daß als Folge davon die bei der Verfestigung der Schmelze stattfindende Kugelgraphitbild'ing entsprechend ungleichförmig abläuft. Es wenden d^hcr mit diesem bekannten Verfahren häufig Gußslücke erhalten, die nicht an allen Querschnittsflächen gleiche Materialeigenschaften aufweisen, was beispielsweise dann als besonders nachteilig zu befinden ist, wenn größere Gußstücke vergossen werden sollen oder ein Mchrfachguß mil diesem bekannten Verfahren durchgeführt wird, der es dann im übrigen auch erforderlich macht, den Gießtrichter sorgfältig für das jeweils rechtzeitige Einlegen einer neuen Kugel zu überwachen, urn bei der dafür angegebenen Auflösungsrate nicht einen qualitätsmäßig minderwertigen Guß ohne eine im wesentlichen homogene Verteilung des Kugelgraphitanteils zu erhalten. I )m diese offensichtlichen Nachteile des bekannten Verfahrens wenigstens angenähert zu vermeiden, ist es daher dort auch regelmäßig erforderlich, daß das Impfmittel zur Erzielbarkeit eines bestimmten Kugclrophiianteils der fertigen Gußstücke in einer Menge eingesetzt wird, die gegenüber der vorberechenbaren Mindeslmenge meistens erheblich größer ist, womit das bekannte Verfahren auch einen entsprechenden Vcrtcucrungsfaktor erfährt.

Aus den DE-OS 14 58 899 und 19 36 153 sind daneben gattungsähnliche Verfahren bekannt, indem chi bei cl;is Impfmittel in stückiger, insbesondere pellctisiertcr. Form oder auch in körniger bzw. pulvriger Form in eine Wandaussparung der Gießrinne eingelegt wird, wobei gleichzeitig Fließschikanen für die Gußeisen.schmelze vorgesehen sind, welche die Mitreißgefahr zu großer Teilmengen des Impfmitiels verringern sollen. Auch mil diesen Verfuhren isi es jedoch kaum möglich, einen

Qualitätsguß herzustellen.

Die durch den Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, das Verfahren der angegebenen Gattung so auszubilden, daß — mit einer möglichst engen Anlehnung an die vorherberechenbare Mindestmenge — das für die Kugelgraphitbildung eingesetzte lmpfmittel eine im wesentlichen homogene Verteilung eines beliebig gewünschten Kugelgraphitanteils in den fertigen Gußstücken erfährt um so für die Aufbereitung einer sich normal unter Bildung von Flockengraphit verfestigenden Gußeisenschmelze einen entsprechend hochqualitativen Fertigguß zu ermöglichen.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile liegen im wesentlichen darin, daß durch die Verfestigung des Impfmittels zu einer Blockform und die enge Einpassung dieses Impfmittelblockes in eine Wandaussparung der Gießrinne eine wichtige Voraussetzung dafür geschaffen wird, daß auch bei der Ausführung von Mehrfachgüssen die Gußeisenschmeize ständig eine gleich groß bleibende Berührungsfläche mii dem Impfmittelblock erhält, an welcher sich die Berührungsverhältaissc, abgesehen nur von dem mit der Zeit wachsenden fcrrostatischen Druck innerhalb der Wandaussparung zu keinem Zeitpunkt verändern. Die Auflösung des impfmiltcls wird dadurch über der Zeit völlig konstant gehalten, so daß es jetzt auch möglich ist, unter Berücksichtigung eines für die fertigen Gußstücke beliebig gewünschten Kugelgraphitanteils die Größe der Grenzfläche dieses Impfmittelblockes rechnerisch unter Verwendung der dafür angegebenen Formel vorherzubestimmen, um mit dieser vorhergehenden Berechnung dann sicherzustellen, daß jeder beliebig gewünschte Graphitanieil in den fertigen Gußstücken, so insbesondere innerhalb der angegebenen Grenzen auch ein Graphiianlcil von wenigstens 80%, eine weitgehende homogene Verteilung aufweist.

Durch die Ansprüche 2 und 3 sind vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung gekennzeichnet, die insbesondere für einen M^hrfachguß beispielsweise von Kurbelwellen für Kraftfahrzeuge Bedeutung haben.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unhand der Zeichnung im Vergleich mit einem gattungsühnlichcn Verfahren näher erläutert. Es zeigt

l-'i g. I einen Längsschnitt durch eine Gießform,

l-'ig. 2 eine Draufsicht in der Tr^nnebenc auf den uniercn Teil der Gießform gemäß Fig. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt eines Teils einer Gießform /ur vergleichenden Erläuterung der bei einem gattungsühnlichcn Verfahren vorliegenden Verhältnisse,

F i g. 4 einen Längsschnitt eines Teils einer Gießform einer abweichenden Ausbildung,

Fig.5 eine Draufsicht der in Fig.4 dargestellten Gießform,

F i g. 6 einen Längsschnitt einer für einen stehenden Guß zweier Kurbelwellen ausgebildeten Gießform,

Fig. 7 einen Querschnitt dieser Gießform nach der Linie 7-7 in Fi g. 6 und

Fi g. 8 eine weitere Einzelheit dieser Gießform in einer .Schnittansicht nach der Linie 8-8 in F i g. 6.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gießform A ist bci.spiclswci.se aus mit einem geeigneten Bindemittel versetztem Sand gefertigt und umfaßt eine übliche Gießrinne /4-1, welche zu wenigstens einem hohlen Formraum A-2 führt, der auf die Form eines damit zu fertigenden Gußstücxes abgestimmt ist. In der die Gießrinne A-i begrenzenden Wand ist eine taschenförmige Aussparung B ausgebildet, die zur Aufnahme eines darin relativ satt eingesetzten Blockes C eingerichtet ist.

Dieser Block Cist aus dem Material gebildet, das einer sich norme! unter Bildung von Flockengraphit verfestigenden Gußeisenschmeize die Eigenschaft verleiht, sich unter einer wenigstens teil weisen Bildung von Kugelgraphit zu verfestigen, wobei es zu dieser Kugelgraphitbildung ausschließlich dadurch kommt, daß die Gußeisenschmeize in einer Zone D der Gießrinne A-I mit der dafür maßgeblichen Grenzfläche des Blockes Czur aufbereitenden Berührung kommt noch bevor die Schmelze den Formraum A-2 erreicht Die Ausbildung als solche des Blockes C und dessen Anordnung innerhalb der taschenförmigen Aussparung B der Gießrinne A-i an der Steile D ist das bevorzugte Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung.

Die Gießform A besteht im übrigen aus einem üblichen Formkasten-Oberteil 10 und einem Unterteil 11, die sich beide in einer horizontalen Trennebene 12 treffen, in welcher mithin auch der hohle Formraum A-2 eine horizsntale Trennung erfährt Die Gießrinne A-I umfaßt an ihrem Anfang den üblic'vn Fülltrichter 13. der in einer Mulde 14 endet von welche: aus der horizontale Abstich 15 der Gießrinne ausgeht der zu dem Formraum A-2 führt Dabei hat die Mulde 14 eine größere Querschnittsfläche als der Fülltrichter 13, die beide kreisförmig ausgebildet sind. Weiter ist dabei der Durchmesser des für die Mulde 14 maßgeblichen Kreises etwa gleich groß wie die in der Trennebene 12 gemessene Breite des Abschnittes 15a der Gießrinne 15, welcher die Mulde 14 mit der Aussparung B verbindet während der folgende, zu dem Formraum A-2 führende Abschnitt der Gießrinne 15 um beinahe die Hälfte schmäler ist Im übrigen ist die Gießform bzw. speziell die Gießrinne 15 noch mit üblichen Steigtrichtern, Schlackenüberläufern u. dg!, versehen, auf deren besondere Darstellung jedoch verzichtet wurde.

Die taschenförmige Aussparung B wird von Seitenwänden 16 begrenzt die sich über einem Boden 17 erheben. Die senkrecht zu diesem Boden 17 gemessene Tiefe der Aussparung B, die mit dem Doppelpfeil 21 angecleutet ist, ist dabei etwas größer als die Höhe des darin eingepaßten Blockes C. welcher der durch die Gießrinne 15 fließenden Schmelze eine im wesentlichen unveränderliche Grenzfläche 25 zur aufbereitenden Berührung darbietet. Die Grenzfläche 25 des Blockes C liegt mithin in einer zu der Trennebene 12 und auch zu dem Boden 17 der Aussparung 16 parallelen Ebene, auf welcher die für die Blockhöhe maßgebliche Mittellinie 18 der Aussparung senkrecht steht Die Seitenwände 16 der Aussparung können leicht konisch gestaltet sein, so daß sich die zu der Grenzfläche 25 parallelen Qmerschnittsflächen des Blockes C gegen den Boden 17 hbi um etwa 5 bis 15% verkleinern. Mithin wird über eine solche konische Gestaltung der Seitenwände 16 eine geeignete Anpassung an eine Vergrößerung der Stehzeit des Nachlaufs der Schmelze erreicht womit besonders bei Gießsystemen mit einer größeren Veränderung des ferrostatischen Druckes zu rechnen ist Die Größe der Aussparung i?^;3t nun eine maßgebliche Einflußgröße auf das erreichbare Ausmaß der Kugelgraphitbildung, wobei hier hauptsäehlieh empirische Erfahrumgswerte gelten. Annäherungsweise kann das Vclumen der Aussparung B auch berechnet werden als dem Quotienten des um einen konstanten Faktor K vermehrten Gewichts der in eine Form gegossenen Schmelze und dem

f5 prozentualen Magnesiumanteil einer gleichzeitig bevorzugt benutzten festen Magnesium-Eisensilizium-Legierung, wobei der Faktor K den Wert 0,265 bzw. 0,275 für einen mittleren Gießquerschnitt zwischen etwa 635 und

38,1 mm bzw. einen solchen zwischen etwa 38,1 mm und 101,6 mm annimmt, sofern der Kugelgraphitanteil im fertigen Gußstück wenigstens etwa 80% betragen soll. An diesem Quotienten ist gleichzeitig interessant, daß innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik doch ein wesentlich geringerer Raum zur Unterbringung der die Kugelgraphitbildung auslösenden Zusätze benötigt wird, und zwar kommt man beispielsweise nur mit der Hälfte und in der Regel noch weniger des Raumes aus, wenn man eine sonst gleiche Auflösungsrate voraussetzt und auch sonst gleiche Bedingungen zugrunde legt. Da regelmäßig mit einer im Sinne einer größeren Vergleichmäßigung verbesserten Auflösungsrate bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gerechnet werden kann, sind diese Vergleichsangaben tatsächlich noch wesentlich vorteilhafter, was sich im übrigen auch aus dem Umstand erleuchtet, daß unter solchen Vergleichsbedingungen der Block C regelmäßig mindestens etwa 80% des Volumens der Aussparung B ausfüllen wird, während eine körnige bzw. pulverförmige, also nicht besonders verdichtete und vielmehr nur mehr oder weniger lose eingeschüttete Masse wirksam nur etwa 55% des Volumens der Aussparung beansprucht. Diese Vorteilsangabe kann mit dem Hinweis ergänzt werden, daß für den zu dem Formraum A-2 führenden Abschnitt der Gießrinne 15 bei Verwendung des Blockes C eine maximale Höhe 20 von typischerweise nicht mehr als etwa 6,35 mm benötigt wird bei einer gleichzeitigen Tiefe 21 der Aussparung B von nicht mehr als dem Zehnfachen dieses Wertes, welches Größenverhältnis unter vergleichbaren Bedingungen bei allen bis jetzt bekannten Verfahren nicht erreichbar ist.

Wie oben bereits festgehalten wurde, ist der Block C im wesentlichen satt in die Aussparung B eingesetzt, was nichts anderes heißt, als daß die Seitenwände 23 und der Boden des Blockes C komplementär zu den Seitenwänden 16 und dem Boden 17 der Aussparung β ausgebildet sind. Durch diese satte Einpassung des Blockes C in die Aussparung B wird im wesentlichen gewährleistet, daß die Schmelze nur an der Grenzfläche 25 zur Berührung mit dem Block C kommt, so daß nur diese Fläche für die während des Vergießens der Schmelze stattfindende Aufbereitung in Betracht zu ziehen ist. Sofern der Block C infolge irgendwelcher Herstellungsungenauigkeiten nicht wirklich satt in die Aussparung B eingepaßt ist. so können dabei dann auch gewisse Toleranzen für eine von der Aussparung abweichende Formgebung des Blockes C hingenommen werden, weil doch davon ausgegangen werden kann, daß in die dann bestehenden kleineren Spalte zwischen dem Block C und den umgebenden Wänden 16,17 der Aussparung S vordringende Teilmengen der Schmelze sofort gefrieren bzw. verfestigen, so daß dann gleiche Verhältnisse vorliegen wie bei einer von Anfang an satten Einpassung des Blockes. Dabei soll auch noch ?inro?.! darauf hingewiesen sein, daß die Grenzfläche 25 und alle zu ihr parallelen Querschnittsflächen des Blockes C im wesentlichen parallel zu der Trennebene 12 verlaufen soll und mithin auch parallel zu der maßgeblichen Bettiefe der Gießrinne 15. von der die Grenzfläche 25 einen Abstand von etwa 635 mm und weniger haben kann, verglichen mit einem Abstand von wenigstens etwa 19.05 mm und mehr bei einem System, bei dem die Zusätze zur Auslösung der Kugelgraphitbildung als vereinzelte Körner bzw. als Pulver in eine gleichartige Aussparung eingefüllt werden. Dabei bringt diese vertiefte Anordnung des Blokkcs C in der Aussparung B den hauptsächlichen Vorteil.

daß die Schmelze an einem schnelleren VnrheiflieLien gehindert und stattdessen auf einen gewissen Umweg gezwungen wird, um so eine entsprechend erzwungene Berührung mit dem Block Chcrbeizufiihren. deren Zeildauer im Verhältnis zu der Größe der Grenzfläche 25 für eine konstante Auflösungsrate dieses somit zugesetzten Materials maßgebend ist. Die Blockform verhindert dabei gleichzeitig, daß es nicht zu einem Mitreißen nicht oder nicht vollständig aufgelöster Maierialtcilchcn hin zu dem Formraum A-2 kommt, wie es in I·' i g. 3 für die entsprechenden Verhältnisse der einschlägig bekannten Verfahren dargestellt ist. Weiter kann mil der Blockform die Auflösungsrate über eine dadurch einfach herbeizuführende Verlängerung der Verwcilzeil der Schmelze günstig beeinflußt werden, daß die Breite des zu dem Formraum A-2 führenden Abschnittes der Gießrinne 15 kleiner als die Breite von deren /u der Aussparung B führendem Abschnitt 15;i gelullten wird. Ein Breitenunterschied in der Größenordnung zwischen etwa 5 und 10% kann hierbei als entsprechend vorteilhaft angesehen werden.

Wenngleich vorstehend für den Block C eine feste Magnesium-Eisensilizium-Legierung als besonders vorteilhaft ausgewiesen wurde, weil damit innerhalb prakiischer Versuchsreihen mit dem erfindungsgcnuiUen Verfahren optimale Qualitälseigcnschaftcn bei den fertigen GußstüHcen erhalten werden konnten, werden gegenüber den bekannten Verfahren verbesserte Werte auch bereits dann erhalten, wenn dieser Block Caus anderen, in diesem Zusammenhang zur Auslösung einer Kugelgraphitbildung bekannten Materialien gefertigt wird. So kommen hier insbesondere das ebenfalls bereits erwähnte Cer. Yttrium und andere seltene Frden sowie Kalzium, einschließlich deren Legierungen, in Betracht, wobei auch Kombinationen mit anderen Elementen solcher Konzentrationen möglich sind, daß sieh dunius eine für die Aufbereitung der Gußeisenschmeize wirksame, wenigstens binäre Legierung ergibt. Als solche zur Kombination geeignete Elemente sind insbesondere Kisen, Silizium, Kohlenstoff und Nickel zu benennen.

Um den Block C möglichst homogen zu gestalten, sollten die zu seiner Ausbildung benutzten Materialien im Kokillenguß zu der Blockform vergossen werden. Dabei ist für das bevorzugte Magnesium-Ferrosilizium beispielsweise vorgesehen, daß zunächst eine entsprechende Menge Quarzit in Anwesenheit von Kohlenstoff und Eisen in einem elektrischen Ofen zu einer l'crrosilizium-Legierung zusammengeschmolzen wird, der dann anschließend Magnesium in einer Menge zwischen 5 und 15% sowie in der Rege! einige seltene Erdr.itlalle und Kalzium hinzugefügt werden. Die erhaltene Legicrungsschmelze wird dann in geschlossene Kokillengußformen umgefüllt, um so Gußblöcke einer gleichen, präzisen Form zu erhalten, die mithin für alle Abgüsse verwendet werden können, die unter gleichen Bedingungen ablaufen. Die Fertigung solcher Blöcke im Kokillenguß bringt dabei den besonderen Vorteil, daß die Blöcke dann im wesentlichen frei sind von inneren Oxydeinschlüssen. Durch diese relative Freiheit an inneren Oxydeinschlüssen wird das bereits durch die Blockform begünstigte Verhältnis zwischen dem anteiligen Magnesiumoxyd und dem Gesamtgewicht des festen Magnesium-Ferrosiliziums noch weiter begünstigt, und zwar in der Richtung, daß im Vergleich zu der herkömmlichen Impfung mit körnigen oder pulverförmigen Zusätzen eine kürzere Berührungszeit der Schmelze mit dem Block C benötigt wird, um die für die Erzeugung und Förderung einer Kugelgraphilbildung im erwünschten

Ausmaß benötigte Magnesiummenge zur Aufnahme in die Schmelze zu bringen. Für diesen verkürzten Zeitfaklor ist mithin hauptsächlich der Umstand maßgebend, d;iß solches Magnesiumoxyd nicht an der eigentlichen Kugclgraphitbildung teilnimmt, so daß wegen der bei körnigen bzw. pulvcrförmigen Zusätzen praktisch bei jedem einzelnen Materialteilchen vorhandenen Umhüllung mit olrior solchen Oxydschicht dann eben mit einer entsprechend verlängerten Zeitdauer für die Aufnahme einer bestimmten Magnesiummenge gerechnet werden muß. wobei der dafür maßgebliche Verlängerungsfaktor von der Wirksamkeit abhängig ist, mit der eine solche umhüllende Oxydschicht aufgebrochen werden kann. Mithin hat man bislang diesen Verlängerungsfaktor beim Einsatz solcher körniger bzw. pulverförmigen Zusätze dadurch relativ klein zu halten versucht, daß man die Gießrinne größer als eigentlich erforderlich dimensionierte und ebenso auch den eigentlichen Formratim, um so eine verstärkte Schlackenbüdung zu begünstigen und mithin eine entsprechend verstärkte Wirksamkeit für dieses Aufbrechen der umhüllenden Oxydschichten zu erreichen. Hierbei wirkt sich nämlich dann aus, daß durch die entsprechend vergrößerte Menge der -Schmelze dann auch eine entsprechend verstärkte Tcmpcraturbeaufschiagung erfolgt, die mithin die Grenztemperatur rascher erreichen läßt, bei welcher die quasi feuerfeste Oxydschicht aufbricht. Mithin kann in diesem Zusammenhang auch noch festgehalten werden, daß die blockförmige Ausbildung solcher für die Kugelgraphitbildung maßgeblicher Zusätze eben dem verkürzten Zeitfaktor den noch wesentlicheren Vorteil gegenüber der bisherigen Praxis im Umgang mit solchen Aufbereitungsverfahren bringt, daß die Gießrinne auf ein optimales Minimum reduziert werden kann und damit auch eine Verringerungsmöglichkeit der Anzahl von Steigtrichtern, Fülltrichtern und sonstiger üblicher ί iiifseinrichtüngen. Vergegenwärtigt man sich hier, daß diese Vcrkleinerungsmöglichkeit unter vergleichbaren Bedingungen bis zu 25% betragen kann, wobei in Einzelfällen die der Aufnahme der blockförmigen Masse dienliche Aussparung um sogar bis zu 60% verkleinert werden kann, so wird darüber klar, daß eine vorgegebene Größe einer Gießform damit wesentlich optimaler genutzt werden kann und weiterhin jetzt auch eine größere Freiheit in der Formgebung der Gußstücke gegeben ist.

Die crfindungsgemäße Verwendung der für die Kugclgraphitbildung maßgeblichen Zusatzmaterialien als eine bevorzugt blockförmig verdichtete und verfestigte Masse hat auch noch den Vorteil, daß es dabei durch die Berührung mit der Gußeisenschmelze nur wenig oder überhaupt nicht zu einer Abspaltung oder Abtrennung einzelner für diese Masse bestimmender Legierungsanteil kommt, vielmehr alle Legierungsanteile völlig gleichmäßig aufbereitet werden. Im Falle körniger oder pulverförmiger Stoffe muß dagegen mit einer solchen Abtrennung schon während des Transports hin zu der betreffenden Gießstelle bzw. während einer vorübergehenden Lagerung gerechnet werden, denn dabei kann kaum ein Absetzen der feineren Materialteilchen mehr am Boden des betreffenden Transport- oder Lagerbehälters verhindert werden, so daß bei einer regelmäßig vorauszusetzenden, unachtsamen Handhabungsweise ein gerolltes Mischungsverhältnis zwischen den gröberen und den feineren Materiaiteiichen nicht eingehalten wird. Außerdem kann hier nochmals der obige Hinweis aufgegriffen werden, daß bei einem solchen Gemisch die feineren Materialteilchen regelmäßig mit der nachteiligen Oxyclschicht umhüllt sein werden, die eine verlängerte Aufbereitungszeit ergibt und die nicht immer und zumindest nicht in gleichem Ausmaß bei den gröberen Matcrialtcilchcn vorhanden ist, so daß bei ilen IlM/ ■5 leren eine andere, in diesem Fall verbesserte Auflösungsrate vorliegt.

Die Blockform bringt mithin den wiederholt erwähnten Vorteil, daß damit die für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusatzmaterialien eine optimal gleichmäßige Verteilung in der Gußeisenschmelze erfahren, so daß das fertige Gußstück optimal vergleichmäßigte Festigkeitseigenschaften hat. Die Blockform ist auch in der Richtung vorteilhaft, daß sie eine wesentlich einfachere und zudem praktisch fehlerfreie Handhabung erlaubt, so daß auch weniger qualifiziertes Arbeitspersonal in einer zudem verringerten Anzahl für solche Arbeiten eingesetzt werden kann.

Bei der Gießform nach den Fig.4 und 5 ist die taschentörmige Aussparung S zur Aufnahme des Blockes C direkt unterhalb des Fülltrichters 30 ausgebildet, wobei die Aussparung B hier eine Kreisform mit einem Durchmesser hat, der etwas größer ist als der Austrittsdurchmesser des Mundstückes 30a des Fülltrichters 30. Mithin schafft hierbei die Aussparung B gleichzeitig eine Art Gießmulde 33 in einer Anordnung zwischen dem Mundstück 30a des Fülltrichters 30 und der exponierte Grenzfläche des Blockes C. und von dieser Gießmulde 33 erstrecken sich nach verschiedenen Richtungen die Abschnitte 31 und 32 der Gießrinne, die mithin zu zwei verschiedenen hohlen Formräumen führt Eine solche Anordnung wird hauptsächlich für Zusatzmaterialien mit einem geringen Magnesiumgehalt empfohlen, wobei dann auch hier der hauptsächliche Vorteil geltend gemacht werden kann, daß mit dieser Anordnung und Ausbildung des Blockes C die Voraussetzung für eine optimal gleichmäßige und homogene Verteilung der Kugeigraphitanteüe im fertigen Gußstück getroffen is«. Weiterhin gilt auch dabei, daß es mit dieser Blockform möglich ist, jedes gewünschte Ausmaß der Kugelgraphitbildung durch entsprechende Steuerung des prozentualen Restgehaltes an Magnesium zu erreichen, so beispielsweise einen Kugelgraphitanteil von wenigstens 80% und mehr mit nur etwa 0,02 bis 0,03% restlichem Magnesium. Dabei ist auch über diese Zahlenangabe der doch erhebliche Fortschritt des erfindungsgemäßen Aufbereitungsverfahrens erkennbar, da unter sonst gleichen Voraussetzungen ein gleich hoher Kugelgraphitanteil bei den bis jetzt bekannten Verfahren wenigstens etwa 0,03 bis 0.06% restliches Magnesium erfordert.

Für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sollen folgende Zahlenangaben vorgelegt werden. Zur Ausbildung des Blockes C wird zunächst in einem geschlossenen Kessel die dafür maßgebliche Legierung aufgeschmolzen, und zwar typischerweise aus 30 bis 50% Eisen, 5 bis 15% Magnesium, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 0,5 bis 3.0% Kalzium und 03 bis 1,5% Cer, und die erhaltene Schmelze wird dann im Kokillenguß zu der Blockform vergossen. Andererseits wird eine Gußeisenschmelze vorbereitet, die sich normal unter Bildung von Flockengraphit verfestigen würde. Mithin wird eine solche Gußeisenschmelze typischerweise zwischen 25 und 4.0% Kohlenstoff, 0,005 bis 0,02% Schwefel, 1,5 bis 3,5% Silizium, bis 1,5% Mangan, 0,05 bis 0,1% Phosphor, Resteisen und die üblichen Spurenelemente, enthalten. Bei dieser Schmelze handelt es sich mithin um eine mehr oder weniger übliche Graugußschmelze, die auch schon einen gewissen Kugelgraphitanteil haben kann, in welchem Falle dann allerdings eine mehr wurm-

artige Graphitausbildung unter normalen Verfestigungsbedingungen zu erwarten ist. Diese Schmelze wird dann aufbereitet, indem dafür eine Gießform beispielsweise der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art benutzt wird, wo also eine zu wenigstens einem hohlen Formraum führende Gießrinne vorhanden ist, deren Wand mit weniestens einer taschenai tigen Aussparung versehen ist, in welche vor dem Vergießen dieser Schmelze ein solcher aus den Zusatzmaterialien gefertigter Block eingesetzt wird, welche die Kugelgraphitbildung auslösen und fördern. Das Vergießen der Gußeisenschmelze geschieht dabei vorzugsweise mit einer Rate von etwa 4,5 bis 11,5 kg/sek., was in der Abstimmung auf eine ohne weiteres empirisch und annäherungsweise auch rechnerisch zu ermittelnde Größe der zur Berührung mit dieser Schmelze maßgeblichen Grenzfläche des aus den Zusatzmaterialien ausgebildeten Blockes ein gewisses Optimum darstellt für die Erreichbarkeit eines Kugeigraphiianteiis zwischen 4ö und 100% im fertigen Gußstück.

In diesem Zusammenhang erscheint noch der Hinweis von Wichtigkeit, daß man es über eine entsprechend angepaßte, abgewandelte Ausbildung der Blockform auch in der Hand hat, eine veränderliche Verteilungsrate der Zusatzmaterialien in der Schmelze zu erreichen und mithin auch einen veränderlichen Verteilungsgrad des Kugelgraphiis im fertigen Gußstück. Dabei ist eine sehr genaue Steuerung eines solchen unterschiedlichen Verteilungsgrades möglich, weil ja für die Auflösungsrate nur die exponierte Grenzfläche des Blockes maßgebend ist und diese Grenzfläche eben in den verschiedenen Blockhöhen unterschiedlich groß bemessen werden kann, so daß die daran vorbeifließende Schmelze in Abhängigkeit von der wechselnden Größe dieser Grenzfläche entsprechend wechselnde Teilmengen der Zusatzmaterialien zur Auflösung bringt. Mithin ist es beispielsweise möglich, durch entsprechende Bemessung der maßgeblichen Querschnittsflächen des Blockes einen ersten definierten Teilbereich eines fertigen Gußstückes mit einem homogen verteilten Kugelgraphitanteil von nur 30% zu versehen, während ein anderer definierter Teilbereich den mithin ohne besondere Schwierigkeiten erreichbaren maximalen Kugelgraphitanteil von 100% aufweist Das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren ergibt also eine größere Freiheit für die Konstruktion auch ziemlich komplizierter Gußstücke, die beispielsweise mit verschiedenen Festigkeiten in verschiedenen Teilbereichen ausgestattet sein müssen und wofür bislang immer nur angenäherte konstruktive Kompromißlösungen bereitgestellt wurden. Dabei kann angenähert der für das fertige Gußstück erreichbare Kugelgraphitanteil errechnet werden als dem Quotienten aus dem um einen Faktor K und dem prozentualen Magnesiumanteil des jeweils benutzten Zusatzmaterials vermehrten maßgeblichen Grenzfläche des aus diesem Zusatzmaterial gefertigten Blocks und der Gießrate der Gußeisenschmelze, wobei der Faktor K einen Wert zwischen 25 und 30 für eine Querschnittsdicke zwischen etwa 635 und 25,4 mm und einen Wert zwischen 20 und 22 für eine Querschnittsdicke von etwa 25,4 bis etwa 76,2 mm annimmt Es handelt sich hierbei um empirisch ermittelte Werte für den Faktor K, die dabei hauptsächlich für einen mehr üblichen Magnesiumgehalt zwischen 5 und 15% der für eine solche Aufbereitung in Frage kommenden Zusatzmaterial;»! gelten.

Abschließend sei noch kurz unter Hinweis auf die F i g. 6 bis 8 vermerkt daß sich das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren in besonderem Maße auch für den stehenden Guß eignet, der hier an der Fertigung von zwei Kurbelwellen veranschaulicht ist. Die betreffende Gießform 50 besteht wieder aus wenigstens zwei Formhälften 51 und 52, die hier eine vertikale Trennebene haben und mit einer Gießrinne 54 und hohlen Formräumen 55 versehen sind. Die hohlen Formriiunic sind dabei bevorzugt in üblicherweise mit Siahlsand bzw. Stahlkies hinterfüttert, damit ihre mit 56 bis 61 bezeichneten Wände eine ausreichende Festigkeil haben. Eine gleichartige Hinterfüttcrung ist dagegen nicht für die mit 62 bis 72 bezeichneten Wände der Gießrinne 54 benötigt, die im übrigen einen üblichen, oben angeordneten Einlauftrichter 73 hat und unten für einen steigenden Guß die Verbindung mit den hohlen l-ormräumen 55 besitzt. Weiterhin ist die Gießrinne 54 unmittelbar stromabwärts von dem Einlauftrichter 73 mii einer verbreiterten Gießmulde 74 versehen, von der aus eine Verzweigung des Schmelzflusses in die beiden Zweige 75 vorgenommen wird. Jeder dieser Zweige 75 ist mit einer wandseitigen Aussparung 76 bzw. 77 verschen, in welche jeweils ein Block 78 satt eingepaßt ist, der aus den für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusatzmaterialien analog den vorstehend vorgelegten Vorstollungen gefertigt ist. Mithin kommen zwei praktisch gleich große Teilmengen der Gußeisenschmclzc mit diesen Blöcken 78 zur aufbereitenden Berührung, bevor sich dann wieder vereinigt über einen vertikalen Abschnitt 79 an das untere Ende 80 der Gießrinne gelangen, wo sie eine erneute Aufteilung erfahren, um wieder als zwei praktisch gleich große Teilmengen in die beiden Formräume vorzudringen, die zur Formgebung der beiden, mit dieser Gießform 50 zu fertigenden Kurbelwellen vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   l.Verfahren zur Aufbereitung einer sich normal unter Bildung von Flockengraphit verfestigenden Gußeisenschmelze zur Erzielung eines wenigstens teilweise sphärolithischen Gußeisen, bei dem ein die Kugelgraphitbildung förderndes, wenigstens eine Magnesiumlegierung enthaltendes und als eine kompakte, homogene Masse in einem Stück verfestigtes Impfmittel längs des zu einem hohlen Formraum führenden Strömungsweges der Gußeisenschmelze für eine wechselseitige Berührungsmöglichkeit während des Vergießens angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Impfmittel zu einer Blockform verfestigt und in eine deren Abmessungen für ein sattes Anliegen an alle Wände eng angepaßte Wandaussparung der Gießrinne derart eingelegt wird^aß seine an der Öffnung dieser Wandaussparung zn* Berührung mit der GuSeisenschmelze dargebotene Grenzfläche über die gesamte Blockhöhe für die Zeitdauer des Vergießens eine im wesentlichen unveränderte Größe beibehält, die sich für die Erzielbarkeit eine«; Kugelgraphitanteils zwischen 40 und 100%, im fertigen Gußstück, berechnet nach der Formel