DE2847787C3

DE2847787C3 - Langzeit-Impfmittel und Verfahren zum Impfen von Gußeisenschmelzen

Info

Publication number: DE2847787C3
Application number: DE19782847787
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Hans-Werner 6601 Bischmisheim Kasel
Original assignee: Halbergerhuette 6600 Saarbruecken De GmbH; Halbergerhuette 6600 Saarbruecken GmbH; SKW Trostberg AG
Current assignee: Halbergerhuette 6600 Saarbruecken De GmbH; Halbergerhuette 6600 Saarbruecken GmbH; Evonik Operations GmbH
Priority date: 1978-11-03
Filing date: 1978-11-03
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE2847787A1; DE2847787B2

Description

CaO · Al₂O₃ · 2 SiO₂+3 Al₂O₃ ■ 2 SiO₂

sowie einer Dicalciumaluminiumsilikatkomponente mit. bis zu 20 Gew.-% Siliziumkarbid und 10 Gew.-% Calciumkarbid, wobei das Verhältnis der siliziumhaltigen Grundmasse mit den hochschmelzenden Calciumaluminiumsilikaten zur Dicalciumsilikatkomponente etwa 1 :0,05-0,2 ist und der Gehalt an hochschmelz^nden Calciumaluminiumsilikaten in der siliziumhaltigen Grundmasse 5 bis 30 Gew.-% beträgt

2. Zweistoff-Impfmittel nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß 8 bis 15 Gew.-% Calciumaluminiumsilikat in der siliziumhaltigen Grundmasse vorhanden sind.

3. Verfahren zum Impfen von Gußeisenschrnelzen mit einem Impfmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem schmelzflüssigen Gußeisen ein Impfmittel in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.-% zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Impfmittel dem Gußeisen in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-% zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impfrnittel dem Gußeisen im Schmelzaggregat, im und vor dem Warmhalteaggregat oder dem Vorherd zugesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impfmittel der Gattierung bzw. der Gattierungskomponente vor dem Aufschmelzen in einer Menge von 0,05 bis 4 Gew.-% zugesetzt wird.

Die Erfindung betrifft ein Zweistoff-Impfmittel für Gußeisenschmelzen sowie ein Verfahren zu dessen Verwendung.

Gußeisen enthält definitionsgemäß Kohlenstoff in einer Menge von über 1,7% sowie in geringeren Mengen Mangan, Phosphor, Schwefel und Silizium. Beim Erkalten der Schmelze scheidet sich ein Teil des Kohlenstoffs entweder als Grafit — graues Gußeisen — oder als Fe₃C (Zementit) — weißes Gußeisen — ab,Art und Menge der Begleitstoffe sowie die Wahl' der Abkühlungsgeschwindigkeit, abhängig von der Dicke der jeweiligen Gußstücke, beeinflussen die Erstarrung in der einen oder anderen Richtung. Da sich weiß erstarrtes Gußeisen aufgrund seiner Härte und Sprödigkeit nur sehr schlecht bearbeiten läßt, ist dessen Bildung für die meisten Verwendungsarten unerwünscht und wird durch Impfen der Schmelze unterdrückt.

Das gebräuchlichste und am längsten verwendete Impfmittel ist Ferrosilizium mit einem Siliziumanteil von ca 75%. Seine Wirkung beruht nicht nur auf der grafitisierenden Wirkung des Siliziums, sondern in hohem Maße auch auf den definierten Aluminium- und Calciumbeimengungen. Zusätzliche Anteile an Barium, Zirkonium und Strontium sind geeignet, dessen Wirkung weiter zu steigern.

Als Impfzusätze üblich sind ferner Calciumsilizium 30/60, Mischungen aus Ferrosilizium und Calciumsilizium sowie Grafit

Ganz allgemein beruht die Impfhandlung flüssiger Metalle auf dem Einbringen von Fremdkeimen in die Schmelze, die als Kristallisationszentren der Grafitbildung dienen. Dabei wird ausschließlich festen Kristallisationskeimen diese Impfwirkung zugeschrieben. Geeignet sind sowohl Substanzen mit metallischem wie nicht metallischem Charakter, z. B. Oxide, Sulfide, Nitride, Boride und Carbide, während alle Verbindungen, die thermisch unbeständig sind, in der Schmelze aufgelöst, reduziert oder zersetzt werden, auszuschließen sind.

An Impfpraktiken sind im wesentlichen zwei Arten zu unterscheiden: die Primärimpfung in der Pfanne als Einstufenbehandlung bzw. die Primärimpfung in der Pfanne in Verbindung mit einer nachgeschalteten Sekundärimpfung unmittelbar vor dem Vergießen oder Erstarren der Schmelze in der Form.

Die insgesamt zugesetzte Impfmittelmenge variiert von ca. 0,1 bis 0,8 Gew.-%. Mit diesen Mengen gelingt es, die Weißeinstrahlung des Gußeisens in dem erforderlichen Maß zu verhindern, den Keimzustand der Schmelze zu verbessern und deren Grafitkristallisation zu fördern. Parallel dazu verändern sich aber auch

. die Eigenschaften des fertigen Gußstückes. Mit steigenden Impfmengen ergeben sich negative Beleiterscheinungen, z. B. Verminderung der Härte, Zunahme der Lunkerneigung, Auftreten von Porositäten, Erhöhung der Rißempfindlichkeit, grobblättrige Ausbildung des Grafits und anderes mehr.

Es wurde daher bereits versucht, dosiert keimbildende Schmelzzusätze mit länger anhaltender Wirkung zu entwickeln. In der DE-AS 17 58 004 wird z.B. feinteiliges, synthetisch hergestelltes Siliziumdioxid als derartiger Schmelzzusatz beschrieben. Es sind auch bereits Impfmittel entwickelt worden (Zeitschrift »Gießerei-Praxis«, 8/1970, S. 113 bis 120), die aus FeSi-75 bestehen, dem Silicocalcium, Aluminiumzirkon, Bariumoxid und/oder Magnesium zulegiert bzw. zugemischt wurden. Mit Hilfe dieser Mehrstoffimpfmittel läßt sich bei Zugabe von ca. 0,3% der Impfeffekt gegenüber der Zugabe von nur Ferrosilizium intensivieren und unter gleichzeitiger Steigerung der Festigkeit und Härte von Grauguß bei verschiedenen Probestabdurchmessern verlängern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Impfmittel mit langanhaltender Wirkung für den Schmelz- bzw. Warmhaltebereich zu entwickeln und damit den anschließenden, eigentlichen Impfmittelzusatz erheblich zu verringern.

Überraschend konnte nach der Erfindung diese Wirkung mit einem Impfmittel nach Patentanspruch 1 und insbesondere nach Patentanspruch 2 sowie mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 6 erfüllt werden.

Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen Schmelzzusätze die bekannten und vorstehend beschriebenen Mangel der bisherigen Impfmittel beseitigen und den Keimzustand der Gußeisenschmelze auch bei hohen Temperaturen (1550°C) sowie Abstehzeiten über 3 Stunden aufrechterhalten. Dadurch wird die unterschiedliche Tendenz der Schmelze zur Weißeinstrahlung bereits im Ofen auf einen unteren Grenzwert minimiert und über 3 Stunden konstant gehalten. Die

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allgemein übliche Impfung vor dem Vergießen oder während des Abgusses kann dadurch auf sehr kleine und von Abstrich zu Abstrich gleichbleibende Impfmittelmengen begrenzt werden. Die geringen Impfmengen von z. B. 0,05 bis 0,1 Gew.-% ermöglichen, den Endsiliziumgehalt der Schmelze annähernd konstant zu haken, was sich in der Einengung der Toleranzgrenzen der einzelnen Bewertungsparameter auswirkt und eine gleichbleibende Gußeisenqualität garantiert

Nach bisher üblicher Praxis wird beim Eischmeben von Gußeisen im Netzfrequenztiegelofen dessen Weißeinstrahlungstendenz anhand einer Probe gemessen und mittels Impfzusätzen auf optimale Grafitisierung eingestellt Bei Öfen mit einem Fassungsvermögen von mehreren t Inhalt, denen man pro Abstrich nur wenig Schmelze entnimmt, so daß bis zur völligen Entleerung Stunden vergehen, wächst jedoch die Weißeinstrahlung des im Ofen verbleibenden Gußeisens ständig. Man korrigiert dies mit steigenden Impfmengen beim Abguß. Die Gußstücke haben damit verschiedene Siliziumgehalte, welche das Erstarrungsverhalten ändern und mit steigenden Impfmittelmengen die Materialeigenschaften der Gußstücke verschlechtern.

Demgegenüber ermöglicht das erfindungsgemäße Langzeitimpfmittel die Beibehaltung einer gleichbleibend geringen Weißeinstrahlung der Schmelze, so daß beim Abstrich eine Nachbehandlung mit geringen konstanten Impfmittelmengen genügt Das Erstarrungsverhalten des Gusses und dessen Qualität werden damit von Abstrich zu Abstrich vergleichmäßigt.

Das erfindungsgemäße Impfmittel besteht aus zwei Komponenten mit unterschiedlichem Effekt. Einmal sind dies die Eisensiliziumlegierungen, welche in an sich bekannter Weise den momentanen Impfzustand der Gußeisenschmelze bewirken und schließlich die eigentliehen Langzeitimpfmittel, bestehend aus hochschmelzenden Calciumaluminiumsilikaten

CaO · Al₂O₃

2SiO₂

der Dicalciumsilikatkomponente, Siliziumcarbid und Calciumcarbid. Diese ermöglichen es, den Keimzustand der geimpften Schmelze über lange Zeit aufrechtzuerhalten. Als günstig erwies es sich, wenn die Dicalciumsilikatkomponente etwa 5 bis 20 Gew.-% des Eisensiliciumbestandteilen einschließlich des Calciumaluminiumsilikates ausmacht. Der Gehalt an letzterer sollte im Bereich von etwa 5 bis 30 Gew.-% der Eisensiliciumlegierung liegen. Als besonders vorteilhaft erwies sich ein prozentualer Antv.il von etwa 8 bis 15 Gew.-%

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

Die Sollanalyse und Temperatur von erschmolzenem Gußeisen wurden im Netzfrequenzinduktionstiegelofen bzw. Warmhalteaggregat mit Pufferfunktion korrigiert. Die Tendenz der Schmelze zur Weißeinstrahlung, gemessen in Forni der WeiDeinstrahlung am Gießkeil, schwankte trotz gleicher Analyse uid Temperatur. ßo

Unabhängig vom Grad der Ausgangsweißeinstrahlung des im Ofen befindlichen Gußeisens nahm diese mit zunehmender Verweilzeit des Gußeisens im Warmhaltespeicher ständig zu und wurde durch steigende Impfmittelzugaben beim Abguß (beispielsweise bis 0,5%) korrigiert Die Gußstücke zeigten:

— eine große Zahl eutektischer Zellen,

— eine grobe Ausbildung des A-Grafits,

— hohe Festigkeit,

— hohe Lunkerneigung,

— Neigung zur Porosität,

— niedrige Härte,

— hohen Anteil an Reaktionsprodukten (Schlakke).

Die Materialeigenschaften dieser Gußstücke sind in Tafef 1 zusammengefaßt Mit verlängerten Abstehzeiten und dadurch bedingten höheren Impfmittelzugaben verschlechterten sich diese Begleiterscheinungen weiter.

Beispiel 2
(Vergleichsbeispiel)

Mit handelsüblichen Impfmitteln wurde versucht, die Neigung des Gußeisens zur Weißeinstrahlung bereits im Induktionstiegelofen bzw. Warmhalteaggregat auf einen unteren Grenzwert zu erniedrigen und dadurch die Impfmittelmenge beim Vergießen auf maximal 0,1 % zu reduzieren, wodurch ein annähernd konstanter Endsiliciumgehalt und eine gleichbleibende Gußeisenqualität erreicht wären.

Wie F i g. 1 zeigt, gelang es damit nicht, die Impfdauer auf über 3 Stunden — wie erforderlich — auszudehnen; vielmehr war die Wirkung bereits nach maximal 30 Minuten wieder annähernd abgeklungen. Die Tendenz der Schmelze zur Weißeinstrahlung mußte durch gleich hohe Impfmittelmengen wie bei herkömmlicher Verfahrensweise korrigiert werden (Tafel 2).

Beispiel 3

Durch den Zusatz des erfindungsgemäßen Langzeitimpfmittels im Induktionstiegelofen oder Warmhalteaggregat konnte eine gleichbleibende Weißeinstrahlung der Schmelze über einen Zeitraum von 3 Stunden und länger erzielt werden (F i g. 2).

Damit genügten zur Vergleichmäßigung des Erstarrungsverhaltens geringe konstante Impfmengen von etwa 0,1% beim Abstich. Die erhaltenen Gußstücke zeigten

— eine kleine eutektische Zellenzahl,

— feine Ausbildung des A-Grafits,

— ausreichend hohe Festigkeiten,

— geringe Lunkerneigung,

— geringe Menge an Reaktionsprodukten
(Tafel 3).

Claims

Patentansprüche:

1. Zweistoff-Impfmittel für Gußeisenschmelzen, .gekennzeichnet durch in das Kristal'gefüge einer siliziumhaltigen Grundmasse aus Eisensiliziumlegierungen eingebaute Verbindungen hochschmelzender Calciumaluminiumsilikate der Zusammensetzung