DE2853870C2

DE2853870C2 -

Info

Publication number: DE2853870C2
Application number: DE2853870A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Phys. Dr. 6000 Frankfurt De Muehlberger; Bruno Dipl.-Ing. Dr. Prinz; Wolf Dipl.-Ing. Dr. 6370 Oberursel De Wunder; Ulrich 6908 Wiesloch De Schaefer; Josef 6807 St Leon-Rot De Bognar
Original assignee: Individual
Current assignee: Muehlberger Horst Dipl-Phys Dr 6000 Frankfur
Priority date: 1978-12-13
Filing date: 1978-12-13
Publication date: 1987-08-06
Also published as: EP0018445B1; DE2853870A1; JPS5594459A; DE2967045D1; ZA796750B; EP0018445B2; JPS5910988B2; EP0018445A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gußeisen mit Kugel graphit und austenitisch-bainitischem Mischgefüge sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Ein Gußeisen mit Kugelgraphit mit solchen Grundgefügen und deren mechanische Eigenschaften ist, abgesehen von den üblichen Anwendungsbereichen, auch als Konstruktionswerk stoff für Bereiche geeignet, in denen bisher ausschließ lich Vergütungsstähle eingesetzt wurden, wie z. B. Kurbel wellen für Kraftfahrzeugmotoren, Segmentwellen und Kolben für Hydrolenkungen, Zugsattelzapfen für LKW-Sattel kupplungen, Gelenkwellenköpfe für Kraftfahrzeug-Gelenk wellen, Kupplungskörper für Anhängerkupplungen.

Unter den Gußeisen mit Kugelgraphit sind Sorten mit bainitischem Gefüge seit langem als hochfeste und ver schleißbeständige Werkstoffe bekannt und im Einsatz. Dabei werden die Gußstücke bei der Herstellung im allge meinen auf Austenitisierungstemperatur von 920 bis 950°C erhitzt und auf dieser Temperatur 2 bis 5 Stunden gehalten, bis die Matrix einen etwa gleichmäßigen Kohlenstoffgehalt angenommen hat und eventuell nach dem Gießen vorhandener Ledeburit aufgelöst ist. Nach dem Austenitisieren werden die Gußstücke dann so rasch abgekühlt, daß eine vorzeitige Austenitumwandlung zu Perlit vor Erreichen der isothermen Bainit-Umwandlungs temperatur vermieden wird. Auf dieser Temperatur wird das Gußstück so lange gehalten, bis die Bainitreaktion abgelaufen ist.

Danach wird - wie üblich - auf Raum temperatur abgekühlt (Gießerei 65 (1978) Nr. 4, Seiten 73 bis 80).

Bekannt ist ferner Gußeisen mit Kugelgraphit mit bainitischem Gefüge, bei dem von einem legierten Gußeisen ausgegangen wird und direkt im Zusammenhang mit dem dem Gießprozeß anschließenden Abkühlungsvorgang eine Bainitreaktion durch auf die Wandstärke des Gußstücks abgestellten Gehalt an Nickel, Molybdän, Kupfer, eventuell auch Chrom und Mangan erzeugt wird (DE-OS 18 08 515).

Aus der DE-OS 23 34 992 ist ferner ein schwach legiertes Gußeisen mit Kugelgraphit mit den herkömmlichen Mengen an Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Schwefel und Magnesium und einem Molybdänzusatz von 0,10 bis 0,26% sowie einem Manganzusatz von 0,3 bis 1,4% bekannt. Das daraus be stehende Gußstück wird auf eine Austenitisierungs temperatur von 900°C erwärmt und nach einer Haltezeit von zwei Stunden in einem Bad von 370°C in 10 Minuten bis 4 Stunden abgekühlt. Infolge dieser Maßnahmen läßt sich ein austenitisch-bainitisches Gefüge einstellen, das eine Zugfestigkeit von 1100 N/mm², eine Bruchdehnung von 10% und eine Härte von 270 bis 300 HB aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die günstigen Werkstoffwerte des Gußeisens mit Kugelgraphit und austenitisch-bainitischem Mischgefüge, etwa bezüglich der maschinellen Bearbeitbarkeit der Gußteile, insbeson dere im wärmebehandelten Zustand, weiter zu verbessern und den materiellen, zeitlichen und technischen Aufwand zur Herstellung von Gußstücken aus einem derartigen Gußeisen zu verringern, so daß diese auch gegenüber Serienteilen aus Schmiedestahl konkurrenzfähig herge stellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Gußeisen aus

2,5 bis 3,7% Kohlenstoff,
mehr als 0 bis weniger als 0,3% Mangan,
2,0 bis 3,0% Silizium,

sowie wahlweise einzeln oder zu mehreren

mehr als 0 bis 3% Nickel,
0,2 bis 0,8% Molybdän,
0,1 bis 1,5% Kupfer,

Rest Eisen, Kugelgraphitbildner und herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.

Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung des genannten Gußeisens vorgeschlagen, wonach eine 10 bis 60 Minuten dauernde austenitische Wärmebehandlung bei Temperaturen von 800 bis 860°C durchgeführt wird, woran niedriger Temperatur als üblich austenitisiert wird. Dadurch ist das Temperaturgefälle von Austenitisierungs temperatur zur Bainitisierungstemperatur geringer.

Überraschend ist auch der Vorschlag, mit einem Molybdän gehalt von 0,2 bis 0,8% zu arbeiten. Es ist allgemein bekannt, daß Molybdän die Karbidbildung fördert. Es hat sich aber gezeigt, daß bei einem niedrigen Mangangehalt der Molybdängehalt erhöht werden kann, ohne daß Karbid bildung zu verzeichnen ist. Der höhere Molybdänzusatz hat aber zur Folge, daß im ZTU-Schaubild die Perlitnase zu höheren Zeiten verschoben wird, so daß auch bei dickwandigen Gußstücken, deren Abkühlung auf Bainitisie rungstemperatur langsamer erfolgt, die Abkühlungskurve an der Perlitnase vorbeiläuft.

Der Aufwand für die Wärmebehandlung ist beim erfindungs gemäßen Verfahren erheblich geringer als bei den bekannten Verfahren, ohne daß dadurch die guten Werk stoffkennwerte der ein austenitisch-bainitisches Gefüge aufweisenden Gußeisen mit Kugelgraphit beeinträchtigt werden.

Mengenangaben für Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Nickel, Molybdän und Kupfer, mit denen besonders günstige Ergebnisse erreicht werden, sind den Patentansprüchen 2 bis 5 entnehmbar.

Zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ergeben sich aus den Patentan sprüchen 7 bis 10.

Die Zeichnung zeigt die fotografische Darstellung eines Schliffbildes der erfindungsgemäßen Gußeisensorte mit Kugelgraphit und bainitisch-austenitischem Gefüge mit sich eine rasche, weniger als zwei Minuten dauernde Abkühlung auf eine Bainitisierungstemperatur von 350 bis 400°C anschließt, auf der das Gußstück etwa 5 bis 60 Minuten gehalten wird.

Diese Vorschläge führen zu überraschenden Ergebnissen:

Durch den geringen Mangananteil wird die Karbidbildung zuverlässig vermieden. Das wiederum erlaubt eine Senkung der Austenitisierungstemperatur auf 800 bis 860°C. Durch Absenken der Austenitisierungstemperatur wird es möglich, eine Legierungszusammensetzung zu wählen, die vergleichsweise verringerte Gehalte an Nickel, Mangan, Kupfer und Molybdän hat (und dadurch kostengünstiger ist), weil die Gußstück-Abkühlungskurve ebenso wie das ZTU-Schaubild eine Verschiebung nach kürzeren Zeiten hin erfährt.

Das Austenitisieren bei niedrigeren Temperaturen hat insofern weiterhin einen großen Vorteil, als der Verzug der Gußteile in Folge der Wärmebehandlung geringer und im allgemeinen so klein ist, daß man die Wärmebehandlung praktisch verzugsfrei ausführen kann.

Der geringe Mangangehalt ermöglicht auch, mit sehr kurzen Austenitisierungszeiten zu arbeiten. Normalerwei se liegen diese Zeiten höher, nämlich bei 2 bis 5 Stunden, weil zunächst eine Karbidauflösung erfolgen muß. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren aber keine Karbidbildung auftritt, verringert sich die Austeniti sierungszeit auf 10 bis 60 Minuten.

Wesentlich ist auch die kurze Umsetzung der Teile von Austenitisierungstemperatur auf Bainitisierungstempera tur. Auch hier macht sich vorteilhaft bemerkbar, daß bei eingelagerten Sphäroliten, wobei die dunklen Nadeln Bainit und die hellen Gefügebestandteile Austenit darstellen.

Claims

1. Gußeisen mit Kugelgraphit und austenitisch-bainiti schem Mischgefüge, dadurch gekennzeichnet, daß es aus

2,5 bis 3,7% Kohlenstoff mehr als
0 bis weniger als 0,3% Mangan,
2,0 bis 3,0% Silizium,

sowie wahlweise einzeln oder zu mehreren

mehr als 0 bis 3% Nickel,
0,2 bis 0,8% Molybdän,
0,1 bis 1,5% Kupfer,

Rest Eisen, Kugelgraphitbildner und herstellungsbe dingte Verunreinigungen besteht.

2. Gußeisen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 3,0 bis 3,2% Kohlenstoff enthält.

3. Gußeisen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,01 bis 0,25% Mangan enthält.

4. Gußeisen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 2,2 bis 2,6% Silizium enthält.

5. Gußeisen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es wahlweise 0,2 bis 0,8% Nickel, 0,25 bis 0,4% Molybdän und 0,4 bis 0,6% Kupfer einzeln oder zu mehreren enthält.

6. Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine 10 bis 60 Minuten dauernde austenitische Wärmebehandlung bei Temperaturen von 800 bis 860°C sowie einer anschließenden raschen, weniger als zwei Minuten dauernden Abkühlung auf eine Bainitisie rungstemperatur von 350 bis 400°C, auf der das Gußstück 5 bis 60 Minuten gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine 10 bis 25 Minuten dauernde austenitische Wärmebehandlung.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die austenitische Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 820 bis 830°C erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bainitisierungstemperatur etwa 375°C beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück 20 bis 25 Minuten auf Bainitisie rungstemperatur gehalten wird.