DE2752755A1 - Gusseisen - Google Patents

Description

GLAWE₁ DELFS, MOLL & PARlNER

Kubota, Ltd Osaka / Japan

Gußeisen

PATENTANWÄLTE

DR-INQ. RICHARO GLAWE, MÖNCHEN DIPL-INQ. KLAUS DELFS. HAMBURG DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL. MÖNCHEN DIPL.-CHEM. DR. ULRICH MENQDEHL. HAMBUR3

am MÖNCHEN 20 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (ON) 1265« TELEX 82 25 05

MÖNCHEN

A 63

2000 HAMBURG POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE SB TEL (040) 410 20 OB TELEX 212*21

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Gußeisen, das insbesondere eine hohe Schwingungsdämpfung sowie eine hohe Zugfestigkeit auf v/eist.

Gemäß dem japanischen Industriestandard (JIS) ist die Zusammensetzung des sogenannten FC10-Gußeisens bekannt, das eine hohe Schwingungsdämpfung aufweist; nach dem gleichen Standard ist das PC25-Gußeisen bekannt, das eine hohe Zugfestigkeit aufweist.

Bei Naschinen und Ausrüstungsgegenstanden tritt zwischen einzelnen Bauteilen häufig während des Betriebs ein Metall-

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Metall-Kontakt au!, der häufig Vibrationen erzeugt, so daß sich eine erhebliche Lärmquelle ergibt. Andere Lärinquellen v/erden dadurch gebildet, daß bei einigen Anordnungen ein Metall-huft-Kontakt, beispielsweise eine Gasexplosion in einem Verbrennungsmotor, Vibrationen erzeugt. Eine Hauptursache bei der Erzeugung von Vibrationen ist dem Fachmann im Hinblick auf die Eigenschaften eines metallischen Materials bekannt, das zum Aufbau der Maschine und der Ausrüstungsgegenstände verwendet wird, ./enn daher ein Gußeisen mit hoher Schwingungsdämpfung bei derartigen Maschinen und Ausrüstungsgegenständen verwendet v/ird, kann der sich aus Vibrationen ergebende Lärm verringert werden.

Abgesehen von dem FCiO-Gußeisen weisen die meisten bekannten Gußeisenarten einen Dämpfungswert Q in der Größenordnung von 20 χ 10" auf. Es ist jedoch bekannt, daß die Schwingungsdämpfung von Gußeisen verbessert werden kann, wenn eine relativ große Graphitmenge während der Herstellung des Gußeisens hinzugefügt v/ird. Andererseits führt jedoch der erhöhte Graphitgehalt, d.h. eine Vergrößerung des Kohlenstoffäquivalents, zu einer Verringerung der Zugfestigkeit, so daß ein derartiges Gußeisen mit relativ hohem Graphitgehalt in seiner Anwendung beschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gußeisen zu schaffen, das im wesentlichen die oben erläuterten Nachteile

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nicht aufweist und das sowohl eine große Schwingungsdämpfung als auch eine hohe Zugfestigkeit besitzt.

Das erfindungsgeraäße Gußeisen weist eine Schwingungsdämpfung auf, die annähernd gleich oder größer ist als die des FCK)-Gußeisens und dessen Zugfestigkeit etwa der des FC25-Gußeisens entspricht.

Die Erfindung wird im folgenden uit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine hundertfach vergrößerte Mikrophotographie der Mikrostruktur eines bekannten FC10-Gußeisens und

Fig. 2 eine hundertfach vergrößerte Mikrophotographie der Mikrostruktur des erfindungsgemäßen Gußeisens.

Das erfindungsgemäße Gußeisen besteht aus Graugußeisen mit einem Gesamt-Kohlenstoff-Gehalt zwischen 3»9 und 5,0 Gew.-^ und einem Silicium-Gehalt zwischen 0,5 und 3»0 Gew.-?o; das Kohlenstoffäquivalent des Graugußeisens liegt zwischen 4,0 und 5,5 Gew.-96; (die Gewichtsangaben beziehen sich auf das Gesamtgewicht des Gußeisens). Dem Graugußeisen mit der obigen Zusammensetzung wird im geschmolzenen Zustand während der Herstellung des erfindungsgemäßen Gußeisens ein Mischmetall mit einem Anteil zwischen 0,001 und 0,5 Gew.-% hinzugefügt.

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Um dem erfindungsgemäßen Gußeisen eine hohe Schwingungsdämpfung zu verleihen, v.ird der V.'ert des Kohlenstoffäquivalents, d.h. die Summe des Kohlenstoffanteils plus ein Drittel des Siliciuiiianteils, das bei üblichen FC-Gußeisen enthalten ist, zwischen 4,0 und 5,5 Geu.-% eingestellt, falls und nur dann, wenn eines der bekannten FC-Gußeisen einen Kohlenstoff-Gehalt zwischen 3,9 und 5,0 Ge\:.-% und einen Siliciumanteil zwischen 0,5 und 3,0 Gew.-% aufweist. Zusätzlich wird ein Mischmetall mit einem Anteil zwischen 0,001 und 0,5 Gew.-?o hinzugefügt, und zwar aus den folgenden Gründen.

Wenn Gußeisen i.iit hohem Kohlenstoffgehalt und ohne Mischuetall in üblicher ',/eise gegossen wird, erfolgt nicht nur eine Fällung des Graphits, sondern auch eine Seigerung der Graphitstruktur aufgrund der erhöhten Massenwirkung, so daß die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Gußeisens verschlechtert werden. Um eine derartige Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften zu vermeiden, ohne eine wesentliche Verschlechterung der Schwingungsdämpfung, wird Mischmetall in einer Menge zwischen 0,001 und 0,5 Gew.-% dem geschmolzenen Gußeisen mit hohem Kohlenstoff-Gehalt hinzugefügt.

Die Hinzufügung des Mischmetalls führt zu einer Unterküh lung des geschmolzenen Gußeisens mit hohem Kohlenstoff-Gehalt und damit zu einer Verzögerung der Ausfällung des Graphits, so daß das kristalline Wachstum des Graphits beschränkt wird.

" ** " COPY

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Dadurch wird eine feine und gleichförmige Graphitstruktur bei dem sich ergebenden Gußeisen erhalten.

Vorzugsweise wird dem geschmolzenen Gußeisen zusätzlich zu dem Mischmetall eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Chrom, Vanadium und Molybdän in einer Menge zwischen 0,1 und 1,0 Gew.-/U hinzugefügt. Wenn Kupfer, Chrom, Vanadium und/oder Molybdän hinzugefügt werden, ist das erhaltene Gußeisen derart, daß die Perlit-Struktur stabilisiert und daher die Zugfestigkeit weiter verbessert ist. Dies ergibt sich daraus, daß Kupfer, Chrom, Vanadium und/oder Molybdän als Perlit-Bildner wirken.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Gußeisens besteht selbst bei Zugabe des Mischmetalls die Möglichkeit, daß, abhängig von den Guß- und Schmelzbedingungen, die Graphitstruktur eutektisch wird und keinerlei Verbesserung der Schwingungsdämpfung und der physikalischen Eigenschaften erwartet werden können. Dies kann dadurch vermieden werden, daß ein verbessertes Dotierungsverfahren angewendet wird, in dem eine mögliche Berührung des geschmolzenen Gußeisens mit der Umgebungsluft vermieden wird, um eine Reduktion zu verhindern, beispielsweise durch Anwendung einer Schmelzdotierungs- oder einer Stromdotierungstechnik. Mit dieser verbesserten Dotierungsmethode kann die Ausfällung des eutektischen Graphits in vorteilhafter Weise vermieden werden, und ein feiner und

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gleichförmiger Flockengraphit mit Α-Struktur wird erhalten, wobei eine verbesserte Schv/ingungsdämpfung und verbesserte physikalische Eigenschaften erhalten v/erden.

Im folgenden werden die Gründe für die Ober- und Untergrenzen der verschiedenen Anteile näher erläutert.

Hinsichtlich des Vertes des Kohlenstoffäquivalente kann bei weniger als 4,0 Gew.-% eine Verbesserung der Schwingungsdämpfung nicht erwartet werden, während bei mehr als 5,5 Gew.-J eine wesentliche Verringerung der Zugfestigkeit eintritt.

Hinsichtlich des Silicium-Gehalts wird die Untergrenze von 0,5 Gew.-?6 im Hinblick auf eine geeignete Deoxydation festgelegt, für die das Silicium hinzugefügt wird. Wenn der SiliciuB Gehalt 3,0 Gew.-% überschreitet, neigt das erhaltene Gußeisen zu Zerbrechlichkeit.

Hinsichtlich des Kohlenstoffgehalts kann unterhalb von 3,9 Gew.-% keinerlei Verbesserung der Schwingungsdämpfung er wartet werden, und oberhalb von 5,0 Qew.-# ergibt sich ein· wesentliche Verringerung der Zugfestigkeit bei dem erhaltenen Gußeisen.

Hinsichtlich des Mischmetall-Anteils kann unterhalb von 0,001 Qev.-% keine Feinverteilung des Graphits erhalten wer-

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den, und sehr als 0,5 Gew.-* fuhren zu einer Vergeudung von Mischmetall, da die Feinverteilung des Graphita aue der Zugab· von Nischnetall zu einer Sättigung führt.

Wird eines oder Mehrerer der Elemente Kupfer, Chrom, Vanadium und/oder Molybdän verwendet, so sollten dieses oder diese Elemente alt einem Anteil zwischen 0,1 und 1,0 Gew.-Ji am Gesamtgewicht des erhaltenen Gußeisens hinzugefügt werden. Venn der Anteil weniger als 0,1 Gov.-tf beträgt, so führt dies zu keinerlei Perlit-Stabilisierung, und wenn der Anteil grttOer als 1,0 Gev.-# ist, so wird nicht nur keinerlei Perlit Stabilisierung bewirkt, sondern außerdem tritt ein mit einer Abschreck-Struktur zusammenhängendes Problem auf.

Di· Ergebnisse von Vergleichsuntersuchungen sind im folgenden tabellarisch aufgeführtι

Proben C.E T. C Si

Misch- ander· metall· Zugaben

üte der

o-r

FClO 4.8 4.1 2.1 —

FC15 4,4 3.7 2.1 —

FC25 4.0 3.4 1.8 —

Nr.1 5.3 4.6 2.1 0.1

Nr.2 4.6 4.2 1.2 0.03

Nr.3 4.4 4.1 0.9 0.007

Nr.4 S.3 4.6 2.1 0.1

35 x 10 19 x 10 9 χ 10 55 χ 10 46 χ 10 40 χ 10 51 x 10

Cu: 0.5

Nr.5 5.3 4.6 2.1 0.1 <cr:0.2 *^{8 x X0}

•4 •4 •4 ■4 4 ■4 •4 ■4

Zugfestigkeit

11.0 15.3 26.1 22.7 25.4 28.5 25.0 26.7

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In der obigen Tabelle bedeuten CE. und T.C. den Wert des Kohlenstoffäquivalents (CE. = C^c/o + 1/3 Si^c;o) bzw. die Gesamtmenge an Kohlenstoff. Hinsichtlich der Güte Q~ der Schwingungsdämfung wurden alle Proben in gleicher V/eise einem Transversalschwingungs-Verfahren unterv/orfen, wobei die einzelnen numerischen Vierte ermittelt \warden, wenn die Proben

einem Zug von 30 g/mu ausgesetzt waren.

^;..^rie sich aus der obigen Tabelle ergibt, weist jedes der erfindungsgeraäßen Gußeisen ruit den Bezeichnungen Nr. 1 bis Nr. 5 eine Schwingungsdämpfung auf, die größer ist als die jedes der bekannten Gußeisen mit den Bezeichnungen FC10, FC15 und FC25 nach dem japanischen Industriestandard. Während das bekannte FC25-Gußeisen eine Zugfestigkeit aufweist, die größer ist als die der erfindungsgemäßen Gußeisen Nr. 1, Nr. 2 und Nr. 4, kann darüber hinaus allgemein ausgesagt werden, daß bei dem erfindungsgernäßen Gußeisen die Schwingungs dämpfung größer und die Zugfestigkeit etwa gleich der bei dem bekannten Gußeisen sind.

Ein Vergleich der Gußeisen Nr. 4 und Nr. 5 mit dem Gußeisen Nr. 1 zeigt, daß die Zugabe von einem oder mehreren der Elemente Chrom, Kupfer, Vanadium und/oder Molybdän in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Zugfestigkeit ergibt.

_ ₈ _ ORIGINAL INSPECTED

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Die Mikrostruktur des Gußeisens Nr. 2 ist in Fig. 2 im Vergleich zu der bei dem bekannten FC10-Gußeisen dargestellt. Das Gußeisen Nr. 2 und das bekannte FC10-Gußeisen wurden bei-

de bei 14OO°C gegossen.

Die Zugabe von Mischmetall und/oder eines oder mehrerer Elemente aus der aus Vanadium, Chrom, Molybdän und Kupfer bestehenden Gruppe erfordert keinerlei komplizierten, teuren und zeitaufwendigen Techniken und kann daher in einfacher Weise durchgeführt werden.

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ΛΧ Leerseite

Claims (2)

1. Gußeisen, insbesondere mit hoher Schwin gekennzeichnet durch Graugußeicen mit einem Gesarat-Kohlenstoff -Gehalt zwischen 3,9 und 5,0 Gev.-¹/. und einem Silicium-Gehalt zwischen 0,5 und 3,0 Ge\-r.-';i_t v'obei das Kohlenstoff äquivalent zwischen 4,0 und 5,5 Ge--.-X betrHgt, durch Zugabe eines Mischuietalls zu den Graugußeisen in einer Menge ZA^ischen 0,001 und 0,5 Gev.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gußeisens, wobei das Mischnetall dem Graugußeisen im geschmolzenen Zustand während der Herstellung des Gußeisens zugegeben wird.

gekennzeichnet

2. Gußeisen nach Anspruch 1, durch die Zugabe mindestens eines Elements aus der Gruppe be-

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iie'id auo Ku;>-:'er, · :hro..i, Vanadium und ilolybaän, .obei aas ο (.'.or üiG zu. ,υ; ,oueji-on ...Jlo; :c;.t^; ο i. ι ^o sohl lOlzenen Zustand, aes Grau_tJu''.'.eii-.o:-5.f- in cinor ;ien_ti: mischen 0,1 und 1,0 Ge\.'.-':.' zu-

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