DE2842524A1

DE2842524A1 - Verfahren zur herstellung von gusseisen

Info

Publication number: DE2842524A1
Application number: DE19782842524
Authority: DE
Inventors: Debabrata S Ghosh; Sundaresa V Subramanian
Original assignee: Microalloying International Inc
Current assignee: Microalloying International Inc
Priority date: 1978-05-18
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1979-11-29
Also published as: FR2426090B1; IT7922746A0; DE2842524C2; FR2426090A1; JPS54150314A; BR7903064A; GB2021151A; GB2021151B; CA1087366A; AU519548B2; AU3840278A; US4227924A; IT1193472B

Description

PATENTANWÄLTE O

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

professional representatives before the european patent office agrees pres l'office kurofeen des brevets jyi.-ING. *1AN? TU ESTHUFP

DR. PHIL. FREDA 77UESTHOFF (1927-I956) DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-I971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent Telex: j 24070

098

Patentanmeldung

Anmelder: MICROALLOYING INTERNATIONAL, INC.

309 Woodbine Road, Stamford, Connecticut 06903 USA. ·

Titel:

Verfahren zur Herstellung von Gußeisen

909848/0491

PATENTANWÄLTE ty

VuESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORF. THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGRiis PRES L'OFFICE EUROPEEN DES BREVETS

ANZ VUESTΠC-F F -d"r. PHIL. FREDA \PUESTHOFF (1927-1955) DIPL.-ING. GERHARD PULS (19J2-I971) DII'L.-CIIEM. DR. E. PRKIHERR VON PECHMANN DR.-INO. DIETKR BEHRENS 28^-252/* DIPL.-ING.; DIPL.-TFIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 6620 ji telegramm: protectpatent Telex: 524070

IA-5I 098

Anmeldung :Microalloying_c

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit stäbchenförmigem Graphit ( vermicular Graphit ) indem eine nahezu eutektische Schmelze mit einem Schwefelgehalt von vorzugsweise unter etwa 0,025 Gew.% mit einem zumindest ein Seltenes Erdmetall einthaltenden Zusatz versetzt wird, sodaß sich in der Schmelze stabile Seltene Erdmetalloxysulfide bilden und die "Henrian-Schwefelaktivität" in der Schmelze auf etwa 0,004 bis 0,0035 verringert und bei diesen Werten gehalten wird.

Das erfindungsgemäß erhaltene Gußeisen enthält gleichmäßig verteilten, stäbchenförmigen (vermicular) oder verdichteten Graphit innerhalb des Gefüges.

Gußeisen mit stäbchenförmigem Graphit, welches auch als Gußeisen mit quasi-flockenartigem oder kompaktem Graphit bezeichnet wird, ist seit einigen Jahren bekannt. Die physikalischen Eigenschaften eines derartigen Gußeisens liegen zwischen denen von Lamellenguß oder Grauguß, der

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durch ein schuppenförmiges Graphitgefüge charakterisiert ist, und dem duktilen Gußeisen mit Kugelgraphit, welches charakterisiert ist durch kugelförmiges Graphitgefüge.

Gußeisen mit stäbchenförmigem Graphit gelangte zu gewissem Interesse für spezielle Anwendungsgebiete, in denen Zugfestigkeiten ähnlich denen von duktilem Eisen in Verbindung mit guter Vergießbarkeit und Wärmeleitfähigkeit, wie sie normalerweise bei Grauguß oder Lamellenguß auftreten, gefordert -werden» Solche Kombinationen von Eigenschaften sind besonders wertvoll in Anwendungsgebieten wie Knüppelformen, Motorblöcken und dergleichen. Im folgenden werden die Eigenschaften von Grauguß oder Lamellengußeisen mit stäbchenförmigem Graphit und mit Kugelgraphit gegenübergestellt.

Tabellel

C-Gehalt

'Zugfestigkeit (psi) N/mm²

Ötreckengrenze ' Wärmefähigkeit (0,1 %) Ipsi) . _? _-i _-] N/mm² eal.cm .s~ .K .c:

Grauguß 4,°
Klasse 30 '

vermicular 4,2

kugelig 4,2

(30.000)

(30.000) 206,85

(20.000)

(25-6O0OOO)
172,37-413,7

620,55

(60-100.000) (40-80.000) 413,7-689,5 275,8-551,6

0,120

0,118

0,08

^ ''ferritisch; ^{v /}perlitisch

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ORIGINAL INSPECTED
COPY

Ursprünglich erhielt man Gußeisen mit stäbchenförmigem Graphit als Nebenprodukt bei den Bemühungen zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit. Früher einmal hat man versucht, Gußeisen mit Kugelgraphit herzustellen unter Anwendung von Seltenen Erdmetallen. Kugelgraphit-Gußeisen wurde erhalten durch Zusatz von Cer zu übereutektischem Eisen. Man erhielt jedoch dichten Graphit zusammen mit wesentlichen Mengen an eutektischen Carbiden, wenn man untereutektisch.es Eisen in ähnlicher Weise behandelte (H.Morrogh, AFS Transactions, Bd. 56, S 72-90, 1948). Aus N.A.Vornova et al, Russian Catings Production, S 531-533, Dez. 1968 ist die Herstellung von Gußeisen durch Zugabe von Cer bekannt, wobei sich das Gußeisen durch nicht-gleichmäßige Graphitmorphologie auszeichnete, die stäbchenförmigen Graphiteinschluß einschließlich großer Mengen von eutektischen Carbiden zeigte. Eisen mit einem bestimmten Cergehalt war angeblich außerordentlich empfindlich hinsichtlich der Abkühlungsgeschwindigkeit. Die Zugabe von Cer im Rahmen der Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen wurde schnell aufgegeben und ersetzt durch eine Zugabe von Magnesium, die leichter einstellbar ist und sich in gleicher Weise für über- und untereutektisches Eisen eignete und auch im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit günstiger war (US-PS 2 485 760). Die Zugabe eines Seltenen Erdmetalls erreichte bald nur noch eine sekundäre Rolle, d_oh. im Falle von Begleitelementen wie Antimon _} Bleioxid oder "Wismuth, die sonst die Ausbildung von kugelförmigem Graphit nachteilig beeinflussen würde. Immerhin bereitet es gewisse Schwierigkeiten, in eine Eisenschmelze Magnesium einzubringen. Das Magnesium verdampft und verbrennt sehr heftig und führt zu einer Umweltbelastung. Versuche, diese Probleme zu überwinden, führten zum Einsatz von teuren Magnesiumlegierungen, wie Nickelmagnesium.

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Schließlich war man bemüht, den Magnesiumgehalt der Legierung zu begrenzen, um die Heftigkeit der Reaktion und die Rauchentwicklung einzuschränken. Andere Versuche gingen dahin, den Magnesiumanteil zu beschränken durch Zugabe anderer Elemente wie insbesondere der Erdalkalien Barium und Calcium zu Eisenlegierungen, um auf diese Weise die Verdampfungsverluste an Magnesium zu verringern.

Der Hauptnachteil der Anwendung von Magnesium für den in Rede stehenden Zweck ist die Rückoxidation von Mgs mit Sauerstoff, der durch Luft und, oder durch chemisch instabile Verbindungen auf Grund der Reaktion MgS + 0,5 0„ = MgO + S in das System eintritt. Damit gelangt Schwefel neuerlich in Lösung und führt zu einer Degenerierung des Gefügewachstums.

Gegenüber der Herstellung von Grauguß ist für duktiles Gußeisen mehr .Sorgfalt in allen Stufen notwendig. Um so heikler ist natürlich die Herstellung eines Gefüges zwischen dem von Grauguß und duktilem Eisen. Das Gußeisen mit stäbchenförmigem Graphit hat daher in der Praxis noch keine nennenswerte Bedeutung erlangt, auf Grund der Unmöglichkeit, ein derartiges Gefüge schnell und in leicht regelbarer Weise zu erzeugen.

In Weiterentwicklung der Technik von Kugelgraphit-Gußeisen versuchte man daher, Stäbchengraphit-Gußeisen durch Zusatz von Magnesium zu erhalten. Das Problem beim Magnesium ist jedoch der kritische Bereich, innerhalb dessen Magnesium hinsichtlich der Bildung von stäbchenformigen Graphitgefüge v/irksam ist. Zu geringe Magnesiumanteile führen nicht zu einem vollständigen Stäbchengefüge, während zu hohe Magnesiumanteile zu Kugelgraphit-Gußeisen führt. Die Spanne zwischen zu wenig und zu viel Magnesium ist außerordentlich klein und liegt nur in der Größenordnung von 0,005 % Mg. Einen breiteren

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-/Γ- . . · 1-A-51

erhält man, wenn man dieses zusammen mit Titan und seltenen Erdmetallen einsetzt, nachdem Titan die Bildung von Kugelgraphit zurückdrängt. In solchen Fällen tritt eine weitere Schwierigkeit durch die Bildung von zusätzlichen Einschlüssen von Titancarbiden und -nitriden auf (US-PS 3 421 886). Darüber hinaus kommt noch das in Verbindung mit Titan auftretende Problem der Stickstoffporosität in Gußstücken.

Im Hinblick auf die vielen Probleme in Verbindung mit der Anwendung von Magnesium und Magnesiumlegierungen in Schmelzen von Eisen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur einfachen und schnellen Herstellung von Stäbchengraphit-Gußeisen zu bringen, ohne der Notwendigkeit der Anwendung von Magnesium oder titanhaltigen Legierungen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Herstellung von Stäbchengraphit-Gußeisen durch im wesentlichen gleichmäßige Verteilung von stäbchenförmigem Graphit unter praktischer Abwesenheit von eutektischen Carbiden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch unempfindlich auf Änderungen der Abkühlungsgeschwindigkeit. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer nahezu eutektischen Schmelze mit einem Schwefelgehalt unter etwa 0,025 Gevr.% zumindest ein Seltenes Erdmetall enthaltender Zusatz einverleibt, welcher stabile Seltene Erdmetalloxysulfide zu bilden vermag, wodurch die "Henrian-Schwefelaktivität" in der Schmelze auf etwa 0,004 bis 0,035 verringert und bei diesem Wert gehalten wird₀ Diese Schmelze kann dann erstarren.

Die Erfindung wird an den Figuren weiter erläutert:

Figur 1 ist eine Mikrofotografie (200 X) eines polierten Schnittes von langsam abgekühltem Stäbchengraphit-Gußeisen, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die

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Stäbchen- oder wurmförmige Graphitausscheidung (vermicular) ist - wie leicht zu erkennen - innerhalb der ferritischen hellen Grundmasse gleichmäßig verteilt. Dieses Stäbchengraphit-Gußeisen enthält keine eutektischen Carbide.

Figur 2 ist eine graphische Darstellung der "Henrian-Sauerstoffaktivität" im Gleichgewicht mit der "Henrian-Schwefelaktivität" in einer Schmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von 3,5 Gew.?'6 und einem Siliciumgehalt von 2 Gew.°o bei 1500⁰C. Aus dem Diagramm gehen die Bereiche, in denen verschiedene Seltene Erdmetallverbindungen als stabile Phase vorliegen, hervor. Zu beachten ist die stabile Phase von Seltenem Erdmetalloxysulfid und die "Henrian-Schwefel-und Sauerstoffaktivität im Gleichgewicht (schraffierter Bereich) zur Bildung von Gußeisen mit gleichmäßig verteiltem stäbchen- oder wurmartigem Graphit bei Abkühlen der Schmelze führt. Die horizontale, unterbrochene Linie zeigt den Sauerstoffgehalt im Gleichgewichtszustand auf Grund von 3,5 % C in der Schmelze bei einem CO-Partialdruck von 1 atm bei 1500⁰C.

Figur 3 ist-c ine Mikrofotografie (100 X) eines polierten Schliffs eines geformten Prüfkörpers nach der Erfindung. Der dunkle, stäbchenförmige Graphit ist dick und länglich und zeigt eine wurmartige Anordnung. Die Grundmasse ist ferritisch und hell.

Figur 4 zeigt eine Mikrofotografie (100 X) eines polierten Schliffs eines üblichen Prüfkörpers mit Lamellengraphit (dunkel) in heller ferritischer Grundmasse. Die Graphitschuppen stehen in drei Dimensionen miteinander in Verbindung.

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. -.-':: '■- - 1Α.-5Ί /fO

Figur 5 zeigt eine Mikrofotografie, erhalten durch Abtastelektronenmikroskopie, aus der das Gefüge eines Stäbchengraphit-Gußeisens nach dem Abätzen der Eisengrundmasse ersichtlich ist.

Die"Henrian-Aktiv!tat" der Komponenten i,hi in Lösung in Eisen ist die effektive Konzentration dieser Komponenten in der Eisenschmelze und ergibt sich aus M = fi χ (Gew.?6 i), worin fi der Henrian-Aktivitätskoeffizient der Komponente i ist. Der Aktivitätskoeffizient fi errechnet sich aus der Beziehung

η η.

j . ■ ' , j 2

log f_± *S ' e [Gsw^j] +V γ _ [GeW?6 j ]

C1 j χ

worin e^ und Y? die V^echselv/irkungsparameter erster bzw. zweiter Ordnung sind, die vorher auf übliche Weise der Thermodynamik bestimmt werden ("Thermodynamics of Alloys", Carl Wagner, Addison-Wesley Publishing Company,Reading, Massachusetts, 1952)

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Feststellung» daß die geregelte Zugabe von' Seltenen Erdmetallen zu stabilen Phasen von Seltenem Erdmetalloxysulfid im Bereich der Henrian-Schwefel- und Sauerstoffaktivitäten führt, wie sie für die Ausbildung von Stäbchengraphit erforderlich sind. Das durch Zugabe von Magnesium nach dem Stand der Technik gebildete Magnesiumsulfid wird leicht rückoxidiert und Schwefel geht wieder in Lösung, sodaß es zu einem Übergang des Gcfüges wieder in unmodifizierte grobe Flocken kommt. Gegenüber Magnesium ist die Reaktion der Seltenen Erden leichter einzustellen und zwar der Reaktion, die bei Magnesium .zur heftigen Dampfentwicklung führt. Die hohe Löslichkeit der Seltenen Erdmetalle in Eisen ermöglicht weiter Bereiche an Schwefel-

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und Sauerstoffgehalten im Eisen. Man erreicht also mit Seltenen Erden leichter mittlere Werte für Schwefel-und Sauerstoffgehalte zwischen flockigem Graphit und kugeligem Graphit. Die Reaktionsprodukte mit den Seltenen Erden wirken als wirksame Substrate für die Keimbildung des Graphits und schwimmen nicht aus mit hoher Geschwindigkeit, wie dies der Fall ist für Magnesium und Calcium.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schmilzt man zuerst Eisen mit nahezu eutektischer Zusammensetzung und geringen Schwefelgehalten, d.h. weniger als etwa 0,025 Gew.% und vorzugsweise etwa 0,01 - 0,02 Gtew.% S ein, wie dies allgemein üblich ist, für die Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen. Dieses Ausgangseisen erstarrt als solches zu Grauguß oder Lamellenguß. Der Kohlenstoffgehalt liegt im allgemeinen zwischen etwa 3 .und 4,5 Gew,%, der Siliciumgehalt zwischen etwa 1 und 3,5' Gew,?o, der Mangangehalt kann bis etwa 1,2 Gevr.% betragen und der Phbsphoranteil soll unter etwa 0,1 Gew.# liegen, Rest Eisen. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist der tatsächliche Gehalt an Mangan nicht besonders kritisch. Die Mangankon-entration ergibt sich in erster Linie auf Grund des Gefüges der Matrix,.welches im Hinblick auf den speziellen Anwendungszweck und die Abkühlungsgeschwindigkeit variieren kann. Gegebenenfalls können noch weitere Legierungselemente wie Nickel, Molybdän, Kupfer oder Chrom für spezielle Anwendungen zugesetzt werden. Die Kornverfeinerung bei der Herstellung von Stäbchengraphit-Gußeisen führt zu Eigenschaften bei nichtlegiertem Eisen, die äquivalent sind einem legierten Grauguß, jedoch billiger zu stehen kommen.

Es wurde festgestellt, daß die Auswahl des Ausgangs-Gußeisens eine besonder Rolle bei der Verhinderung der Bildung eutektischer Carbide spielt. Obzwar die Morphologie des ausgeschiedenen Graphits innerhalb eines Bereiches von 1 bis 3,5 % Si einge-

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42,

stellt werden kann, führt die Auswahl eine's Ausgangs-Eisens oder die Zugabe von Ferrosilicium auf 2 bis 3,5 % Si im Fertigprodukt zu einer verminderten Bildung eutektischer Carbide.'

Wenn der Siliciumgehalt des Ausgangs-Eisens unter 2 % liegt, kann man die Schmelze mit Ferrosilicium impf.en bis zu einem Si-Gehalt von 2 % oder darüber. Liegt der Si-Gehalt des Ausgangs-Eisens zwischen 2 und 5 %, brauchtFerrosilicium nicht zugegeben zu werden_β

Wenn der Schwefelgehalt über 0,025 % liegt, muß die Schmelze zuerst auf etwa 0,025, vorzugsweise etwa 0,01 bis 0,02 auf übliche Weise entschwefelt werden. So kann man z.B. eine "äußere Entschwefelung" mit Calciumcarbid oder Natriumoxid anwenden oder auch das Verfahren mit porösen Stopfen zur Bewegung des Metalls. Es eignet sich jedoch auch die "Mag-Coke-Entschwefelung". Die Auswahl des Verfahrens wird durch die Wirtschaftlichkeit bestimmt. Eine solche Entschwefelung kann vermieden werden, wenn das Ausgangs-Eisen einen Schwefelgehalt zwischen etwa . 0,01 und 0,02 % hat.

Liegt in der Eisenschmelze nun die erforderliche Schwefelkonzentration vor, so wird ein Seltenes Erdmetall enthaltender Zusatz eingebracht, um die Henrian-Schwefelaktivität in der Schmelze auf etwa 0,004 bis 0,035, vorzugsweise auf etwa 0,0075 bis 0,0265,( Fig. 2) abzusenken. Unter die Seltenen Erdmetalle fallen die Lsrtinniden und Yttrium also Cer, Praseodym , Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysposium, Holmium, Erbium, Thulium, Lutetium und deren Gemische. Man kann Erze, Verbindungen oder Metalle enthaltend Gemische von Seltenen Erdmetallen wie die Fluoride Fluorocarbonate .,"Mischmetall", die Silicide sowie Legierungen

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mit Aluminium und Silicium oder auch Nickel-Cer Legierungen anwenden. Die der Schmelze zuzusetzende Menge an Seltenen Erdmetallen ergibt sich aus der Stö chiometrie der Reaktion zur Bildung des Seltenen Erdmetalloxysulfids, da das Oxysulfid die stabile Gleichgewichtsphase für den Schwefel- und Sauerstoffgehalt in dem Bereich des dichten Graphits ist. Abhängig von dem Schwefelgehalt der Schmelze nach der anfänglichen Entschwefelung und der Erholung wird ausreichend Seltenes Erdmetall enthaltender Zusatz in die Schmelze eingebracht zur Verbindung mit dem in dem System vorhandenen Sauerstoff und Schwefel unter Bildung der stabilen Oxysulfid-Phase und unter gleichzeitiger geregelter Verringerung des Restanteils an löslichem Schwefel auf den gewünschten Wert der Henrian-Schwefelaktivität (schraffierter Bereich in Eig.2), was nach dem Abkühlen zu einem Gußeisen mit gleichmäßig verteiltem stäbchen- oder v/urmförmigem Graphit führt. Die Reaktionsprodukte von Cer, Sauerstoff und Schwefel wirken auch als Substrate für die Graphitbildung. Da die Dichte der Reaktionsprodukte größer ist als die Dichte von Calcium- und Magnesiumoxiden und-sulfiden, ist die Keimbildungswirkung besser als bex üblichen Systemen.

Abhängig vom Schwefelgehalt und der Erholungsgeschwindigkeit bzw. dem Ausmaß der Erholung werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Seltene Erdmetalle in der Größenordnung von 0,225 bis 2,7 kg/t Schmelze als geeignet angesehen. So ergibt sich zum Beispiel für 0,02Gew.-$ eine Erholung von 50 %. eine Zugabe von Seltenem Erdmetall von 2,34 kg/t . Die Einbringung des Seltenen Erdmetall-haltigen Zusatzes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in üblicher Weise stattfinden.

Weitere oberflächenaktive Elemente wie Selen und Tellur und Begleitelemente wie Zinn, Blei, Wismut , oder Antimon können ebenfalls durch Zugabe entsprechender Mengen an Seltenen

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Erdmetallen unschädlich gemacht werden. Für die Begleitmetalle benötigt man nur eine geringe Menge gegenüber den Mengen, die man für die Ausbildung des Stäbchengraphits benötigt und die für die Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen üblich sind.

Es wurde festgestellt, daß die Zugabe von geringen Anteilen stark deao-xidierender Elemente wie Aluminium, Titan oder dergleichen, vorzugsweise Aluminium, in der Größenordnung von etwar 0,02 bis 0,04 Gew.- % sich vorteilhaft auswirkt auf die Bildung des Stäbchengraphits und sich günstig zur Verbesserung der "Fade-Resistance" auswirkt» Bei der Herstellung des Stäbchengraphit-Gußeisens ist jedoch die Anwesenheit solcher Desoxidationsmittel nicht wesentlich» Aluminiumgehalte über etwa 0,05 % sollen vermieden werden im Hinblick auf die Lochporosität. Seltene Erdmetall-Legierungen mit bis zu 15/0 Aluminium ergeben gute Resultate. Für das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich eine Legierung, enthaltend 50 % Seltene Erdmetalle und Aluminium zwischen 0 und 15 %·

Nach der Zugabe des Seltenen Erdmetalls und abhängig von dem Siliß iumgehalt des Ausgangs-Eisens kann man die.Schmelze mit Ferrosilicium animpfen,wie dies bei der Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen üblich ist. Es wurde festgestellt, daß örtliche Siliciumkonzentrations-Schwankungen die Kohlenstoffübersättigung erhöhen und die Keimbildung und das Wachstum des Stäbchengraphits begünstigen. Im allgemeinen impft man die Schmelze mit etwar 0,5 bis 1 % Ferrosilicium-(Gießereiqualität, 75 bis 80 % Si ) oder dergleichen an.

Beim Abkühlen erhält man aus dieser Schmelze nun Stäbchengraphit-Gußeisen. Es wurde festgestellt, daß erfindungsgemäß hergestelltes Stäbchengraphit-Gußeisen weniger empfindlich ist auf die Abkühlungsgeschwindigkeit. Die Erstarrung der geimpften

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Schmelze kann in üblicher Weise vorgenommenverden. Es wurde festgestellt, daß - obwohl das erfindungsgemäße Verfahren weniger empfindlich auf die Abkühlungsgeschwindigkeit ist - ein langsames Abkühlen in Sandformen vorteilhaft ist, da die Verringerung des Ausmaßes der Unterkühlung die Bildung von Stäbchen-Graphit gegenüber der von Kugelgraphit begünstigt.

Im Gegensatz zu der Degeneration des kugeligen oder stäbchenförmigen Graphits bei rnagnesiumhaltigem Guß,in erster Linie durch Rückoxidation des Magnesiumsulfids unter Auflösung des freigesetzten Schwefels,sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die.Reaktionsprodukte der Seltenen Erdmetalle ,nämlich die Oxysulfide, stabil und werden unter den in dem System herrschenden SauerStoffkonzentrationen nicht rückoxidiert.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert. Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich Prozent und Teile auf das Gewicht.

Beispiel 1

In einem 6,7!: kg fassenden Tiegel aus Magnesiumoxid in einem Induktionsofen wurde "Sorel-Metall" (F-1) und Elektrolyt-Eisen eingeschmolzen. Die Legierungen von nahezu eutektischem Gußeisen wurden erhalten aus Graphitstäben hoher Reinheit, Ferrosilicium mit 75 % Si. .(Gießereiqualität), Elektrolyt-Mangan und FeS.' Die Schmelzen enthielten dann 3>5 bis"3»8 % C, 2 bis 2,75 % Si und 0,02 % S. Reines Cer und ein Seltenes Erdmetallsilicid mit 40 % eines Gemisches von Seltenen Erdmetallen wurden in aufeinanderfolgenden Schmelzen eingesetzt. Die Zugabe der Seltenen Erdmetalle erfolgte mit Hilfe eines Graphitkolbens und zwar bei einer Temperatur von etwar 1500 ⁰C. Der Abguß erfolgte in Tonformen mit einem Durchmesser von 25,4 mm bzw. 63,5 mm, zum Impfen diente ein in der Gießerei angewandtes Ferrosilicium mit 75 bis 80 % Si

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und einer Körnung zwischen 1,19 und 2 mm.

Das auf diese Weise erhaltene homogene Stäbchen-Graphit-Gußeisen mit ferritischer Matrix ohne eutektische Carbide ist in Fig. 1 gezeigt.

Beispiele 2. bis 6

Das Ausgangsmetall wurde nach dem Mag-Coke-Verfahren auf einen Restschwefelgehalt von 0,01 bis 0,015 % entschwefelt. Die Seltene Erdmetall-Zugabe erfolgte in Mengen von 0,576 bis 1,05 kg/t Eisen. Die genauen Zugabemengen sind in der Tabelle II

zusammengefaßt.

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TABELLE II

09 O CO 00 4> 00

ca

Beispiel	kg/t	% Ges.C	Mn	% . P	/³ Si	% S	Gefüge (in ferritscher Matrix)
Vergleich	-	3,52	0,12	0,044	2,20	0,010	Lamellengraphit
2	0,70	3,79	0,08	0,029	1,93	0,005	verdichteter Graphit
3	0,58	3,71	0,08	0,030	1,97	0,004	verdichteter Graphit
4	0,73	3,50	0,17	0,041	2,08	0,003	verdichteter Graphit
5	0,63	3,52	0,10	0,032	2,19	0,003	verdichteter Graphit
6	1,05	3,46	0,08	0,029	2,14	0,002	» I \ > verdichteter Graphit'"

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Es wurden Prüfstäbe 381 χ 381 χ 203 mm angewandt und zwar aus dem größten Querschnitt einer Knüppelform (tonnage ingot mold) Die 50 mm Durchmesser und 25,4 mm starken Proben wurden aus dem Mittelteil des Prüfkörpers für die Anfertigung der metallographischen Proben herangezogen.

Alle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Proben zeigten kompakten Graphit in ferritischer Matrix (Fig. 3.) Die Vergleichsprobe (ELg.4) hatte große, miteinander verbundene Graphitlamellen in einer ferritischen Matrix. Die untersuchten Proben ergaben eine mittlere Zugfestigkeit in der Größenordnung von 148 N/mm (36.000 psi.) Die kompakte, untereinander verbundene Struktur des Stäbchengraphits läßt sich aus der Fig.5 entnehmen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren kann man die verschiedensten Ausgangsmaterialien,S eltene Erdmetall - Erze oder - Legierungen, Keimmittel in Form von Ferrosilic ium verwenden. Auch lassen sich die Verfahrensmaßnahmen sinngemäß variieren.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit stäbchen-

oder wurmförmigem Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß man einer nahezu eutektischen Schmelze mit einem Schwefelgehalt unter 0,025 % zumindest einen Seltenen Erdmetall enthaltenden Zusatz,welcher in der Schmelze stabile Oxysulfide zu bilden vermag unter Verringerung der Henrian-Schwefelaktivität a¹^ 0,004 bis O,035,zusetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial eine Schmelze enthaltend 3 bis 4,5 % C, 1 Us 3,5 % Si, bis 1,2 % Mh und weniger als 0,1 % P, Rest Eisen verwendet, welche zu Grauguß zu erstarren vermag.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Schmelze mit einem Schwefelgehalt von über 0,025 % diese vor Zugabe der Seltenen Erdmetalle auf einen Schwefelgehalt von 0,01 bis 0,02 % entschwefelt.

909640/0481 _nß,_o

^GlNAL INSPECTED

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man soviel S eltenes Erdmetall enthaltenden Zusatz in die Schmelze einbringt, daß die Henrian-Schwefelaktivität auf 0,0075 bis 0,0265 gesenkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man je Tonne Eisen in die Schmelze 0,225 bis 2,7 kg Seltenes Erdmetall einbringt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich in die Schmelze o,02 bis 0,04 % Aluminium einbringt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Schmelze mit 0,5 bis 1 % Ferrosilicium impft.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schmelze verwendet, deren Si-Gehalt 2 bis 3,5 % beträgt und die frei ist von eutektischen Carbiden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man mit so viel Ferrosilicium impft, daß der Siliciumgehalt der Schmelze zwischen 2 und 3,5 % liegt und keine eutektischen Carbide vorhanden sind.

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