DE2925822A1 - Verfahren zur herstellung von gussstuecken aus eisen-kohlenstoff-schmelzen mit kugel- und kompaktgraphit durch zugabe der behandlungsmittel in dosiert abgepackter form in einem kammerkern aus einem zur nachimpfung geeigneten impfstoff - Google Patents

Description

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Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Eisen-Kohlenstoff-Schmelzen mit Kugel- oder Kompaktqraphit durch Zugabe der Behandlungsmittel in dosiert abgepackter Form in einem Kammerkern aus einem zur Nachirnnfung geeigneten Impfstoff.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Eisen-Kohlenstoff-Schmelzen, bei denen durch Zusatz von Kugelgraphitbildnern in der Form erreicht wird, daß der Graphit e'ntweder in Kugelform orier als Knötchen- bzw. Vermiculargraphit auftritt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen speziellen Kern, der aus einer für die Nachimpfung geeigneten Substanz besteht und dessen Innenhohlraum die in einem separaten Einsatz dosiert abgefüllten Kugelgraphitbildner aufnimmt.

Die Vorteile der Behandlung von Gußeisenschmelzen mit Zusätzen zur Erzielung der kugeligen Drier einer- anderen kompakten Graphitausbildung in der Form gegenüber der Behandlung einer Schmelze mit solchen Zusätzen außerhalb der Form, z.B. in einer Gießpfanne, sinri bekannt und z.B. in DT-GS 19 36 153 Drier GB-PS 1 278 265 beschrieben. Als wesentliche Vorteile einer Behandlung mit Kugelgraphitbildnern in der Form sind zu nennen: Geringer Verbrauch an kugelgraphitbildenden Zusätzen, Vermeidung des Abklingeffekts und damit sichere Fertigung mit gewährleisteten physikalischen Eigenschaften der Abgüsse, stichprobenweise Kontrollen nach statistischen Methoden genügen zur Qualitätssicherung, Reduzierung des Futteryerschleißes insbesondere an Inriuktionstiegelöfen bei Rücknahme des unbehandelten Basiseisens, die Möglichkeit, Formen mit dünnwandigem Guß bei den erforderlichen hohen Gießtemperaturen ohne nennenswerten Abbrand an Kugelgraphitbildnern abgießen zu können sowie ein Verfahrensablauf ohne Belastung der Umgebung und des Gießers durch Lichtblitze, Rauch und Dämpfe. Alle diese Vorteile führen in der Regel zu einer Verringerung der Herstellkosten.

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In den letzten Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Behandlung geeigneter Basisschmelzen mit Kugclgraphitbilrinern in der Form entwickelt. So beschreibt DT-DS- 19 36 153 eine Methode, bei der eine Zwischenkammer innerhalb des Eingußsystems ausgeformt und mit einer entsprechenden Menge von Kugelgraphitbildnern gefüllt wird. Zur Lösung der Aufgabe einer gleichmäßigen Behandlung des einströmenden Eisens über die gesamte Gießzeit werden komplizierte ParamBterberBchnungen angegeben und notwendig, was in der Praxis eine umfangreiche Arbeitsvorbereitung für jedes Gußstück bzw. Formplatte erfordert.

Gemäß US-PS 3(5 58 115 wird zwischen Einguß und Formhohlraum ein Einsatz aus zwei mit Bohrungen versehenen Deckplatten angeordnet, zwischen denen sich das Impfmittel befindet. Das Material der Deckplatten soll einen so hohen Schmelzpunkt haben, daß es sich nicht zu schnell auflöst, andererseits aber so zusammengesetzt sein, daß bei allmählich durch den Schmelzfluß größer werdenden Löchern in den Platten eins übermäßige Veränderung der chemischen Zusammensetzung des Gusses nicht stattfindet. Dieses Verfahren enthält keine Bshandlungskammer.

In DE-24 18 966 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Gußstücken mit Kugelgraphit in einer Gießform beschrieben, bei der das Volumen der in den Formhohlraum mündenden Behandlungskammer gleich der Summe der Volumina des herzustellenden Gußstückes und der Speiser ist, wobei die Behändlungskammer eingußseitig mit einem Syphon und gußstückseitig mit einem temporären und durch die gemeinsame Wirkung von Temperatur und Druck der Schmelze zerstörbaren Verschlußorgan abgeschlossen ist. Dieses Verschlußorgan besteht aus einer Blechplatte, deren Dicke und Zusammensetzung die Dauer des Widerstandes gegen Temperatur und Druck der Schmelze bestimmt, so daß die Impfung in der BehandlunnskammEr während der Zeit erfolgt, die zur Zerstörung des Verschlußorgans notwendig ist. Unmittelbar stromabwärts wird hinter diesem Verschlußorgan eine Trennplatte aus neutralem feuerfestem Material angeordnet, die einen ein des-

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oxidierendes und nachimpfendes Behandlungsmittel enthaltenden Hohlraum aufweist.

Die DE-26 11 278 beschreibt eine Methode der Formimpfung zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, bei der mit zwei oder mehr Legierungskammern gearbeitet wird, die nacheinander vom einströmenden Metall durchflossen ujerden. Durch variabel hemessene Zusätze an lösungshemmenrien Mitteln, vorzugsweise auf Eisenbasis, wird erreicht, daß in ein und derselben Form befindliche Gußstücke mit stark unterschiedlichem Gewicht mit gleichmäßig behandeltem Eisen gefüllt werden. Die Hammern arbeiten bei diesem !Verfahren nicht gleichzeitig, sondern nacheinander, was bedeutet, daß sie eine Auflösung dar Legierung in Perioden ermöglicht, die entweder weitgestuft sind oder aufeinanderfolgen.

Allen vorerwähnten Verfahren ist gemeinsam, daß die Behanrilungskammern nach bestimmten Richtlinien in ihren Abmessungen abhängig vom jeweiligen Gießgewicht berechnet und ausgeformt werden müssen. Teilweise ist hierzu noch ein l/orversuch erforderlich. Für die Trennung der Reaktionsnrodukte bzw. Schlacken nach Reaktion der Kugelgraphitbildner mit dem einströmenden Metall sind aufwendige Vorrichtungen oder ein kompliziertes, auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmtes und zu berechnendes Anschnittsystem erforderlich.

Mit der vorliegenden Erfindung sdII eine verbesserte Anwandungstechnik geschaffen werden, die die betriebliche Anwendung der Formimpfung mit Kugelgranhitbildnern vereinfacht und damit die Einsatzmöglichkeiten dieser umweltfreundlichen Technik erweitert. Grundlage ist die gesonderte, von der Formerei unabhängige Herstellung eines Hohlkerns (1), der die Behandlungskammer bildet. Dieser Kern besteht aus Siliziumkarbid mit oder ohne Beimengungen von Ferro- und/oder Calcium-Silizium. Der Kern hat an seinem Außenmantel zwei gegenüberliegende Leisten, die einen die äußere Mantelfläche des Kerns umgebenden Hohlraum (2), der sich später mit Eisen füllt, in zwei Abschnitte unterteilt. Dieser Mantelhohlraur: (2) ist durch zwei Schlitze im Kern (1)

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mit dem Innenhohlraum dieses Kerns verbunden- Im Innern von Hern (1) wird ein mit den Kugelgraphitbildnern und/oder Zusätzen senarat gefüllter Einsatz (3) angeordnet, der aus einem rückstandlos verbrennenden, nicht gasenden Material besteht und nach oben durch einen Deckel verschlossen ist. Kern CO mit gefülltem Einsatz (3) bilden eine Einheit und werden als kompaktes System dem Former angeliefert und von ihm in die entsprechende Kernmarke, deren Außenmaße dem konisch verlaufenden Außendurchmesser des Mantelhahlraums(2) entsprechen, eingesetzt. Das ganze System befindet sich üblicherweise im Unterkasten einer zweiteiligen Form, kann aber erforderlichenfalls auch im Überkasten hängend angebracht werden.

Zum eingußseitigen Anschnitt des Mantelhohlraums (2) führt ein vom vertikalen Einguß kommender Lauf. Das einströmende Eisen verteilt sich über diesen Mantelabschnitt, wobei es seine Strömungsgeschwindigkeit verlangsamt und schichtweise durch den Schlitz im Kern (1) zu dem die Kugelgraphitbildner enthaltenden Einsatz (3) vordringt. !Mach der Reantion verläßt das Metall als behandeltes Eisen über den gegenüberliegenden Schlitz den die Behanrilungskammer bildenden Kern (1) und strömt in den zweiten Abschnitt des Mantelhohlraums (2) ein, aber nicht bevor es aus der Impfstoffsubstanz des Mantelkerns (1) eine zur Desoxidation und einer wirksamen [\lachimpfung notwendige Menge an Impfmittel aufgenommen hat. Infolge der beträchtlichen Querschnittserweiterung in diesem zweiten gußstückseitigen Mantelabschnitt (2) kommt es zu einer Strömungsdämpfung, wobei gleichzeitig ein Mischeffekt erreicht wird, l/ersuche haben ergeben, daß es besonders vorteilhaft ist, daß das mit Kugelgraphitbllänern behandelte Eisen durch Reaktion mit dem aus Impfstoffen für die Nachbehandlung bestehenden Kammerkern (1) desoxiäiert und nachgeimpft wird, so daß bis auf wenige Ausnahmefälle für extrem dünnwandigen Guß keine Karbide mehr auftreten. Von dem zweiten gußstückseitigen Abschnitt des Mantelhohlraums wird das behandelte Eisen über flache Rechtsekanschnitte zu dem oder den Gußstücken geführt. Bei sehr hohen Gießgewichten/Form ist die

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Anordnung von zwei und mehr Behandlungskernen (1) in das Gisßsystem ohne Schwierigkeiten möglich.

Für eine gute Kugelausbildung riss Graphits über das gesamte Gußstück

ist^: es notwendig, daß die Lösung der kugelgraphittailrienrien Zusätze gleichmäßig über die gesamte Farmfüllung abläuft. Dies wird bei dem erfinriungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß die Verweilzeit der Schmelze in dem Behandlungskammerkern (1) durch dessen Schlitzquerschnitte im Zusammenwirken mit dem diesen Behandlungskern (1) umgebenden Eisenmantel (2) geregelt wird. Die Gießzeit ist als reine Funktion der Gießleistung, anzusehen, die durch die renrösentative Lüanridicke des Gußstücks bestimmt ist. Die Gießzeit hängt somit lediglich vom Querschnitt und der wirksamen Höhe der Eingußsäule ab. Dagegen bleiben die Querschnitte des Zulaufs zu den Behandlungskammerkernen immer konstant, während sich die Querschnitt der flachen Rschteckanschnitte zu den Gußstücken oder vorgesetzten Masseln nach der Zahl der Gußstücke und den dort vnrhanrienen Anschnittmöglichkeiten richten. Hierzu gelten die gleichen Regeln, wie sie bei der Anschnittbemessung für Gußstücke aus Gußeisen mit Lamellengraphit Stand der Technik sind, allerdings unter Berücksichtigung eines anderen Strömungsbeiwertes. Da im gesamten Anschnittsystem die Hontinuitätsbedingung "Querschnitt χ Strömungsgeschwindigkeit = const" gilt, hat man es über die Dimensionierung der Schlitze im Kern (1) sowie Dicke und Höhe des geteilten Mantelhohlraums (2) in der Hand, die Verweilzeit des einströmenden Eisens in dem das Behandlungsmittel enthaltenden Einsatz (3) entsprechend der Lösungsgeschwinriigkeit des verwendeten Behandlungsmittels zu regeln. Eine auf das Gußstückvolumen abgestimmte Berechnung von Behandlungskammervolumen und vnn "Schikanen" zum Schlactcenfang ist nicht nötig, was die betriebliche Handhabung des Verfahrens sehr vereinfacht.

Der geteilte Mantelhohlraum (2) sorgt nicht nur für eine wirksame Durchmischunq der behandelten Schmelze, sondern verhindert durch die gleichzeitig erreichte Strömungsberuhigung auch unerwünschte Turbulenzen, Funkensprühen oder Auswurf infolge Damnfbildung, so daß das Verfahren umweltfreund-

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lieh und ohne Belästigung des Gießers abläuft. Dadurch ist es auch möglich, bei aus betrieblichen Gründen unvermeidbaren höheren Schwefelgehalten des Dasiseisens eine entsprechend stärkere Dnsierung an Hugelgraphitbilrinern vorzunehmen und scmit die notwendige Entschwefelung zu erreichen. Durchgeführt wurden l/ersuche mit Basisschmelzen, die einen hohen Schwefelqehalt aufwiesen, so z.B. eine Zusammensetzung von 3,76 % C; 2,68 % Si; 0,22 % Mn; ϋ,Π33 % P; 0,043 ?i S hatten. Erzielt wurden im Guß 1OD % Snhärnlithen in einem Gefüge aus 60 % Perlit und 20 % Ferrit.

Niedrige Schwefelgehalta des unbehandelten Eisens sind natürlich, vorwiegend aus Kostengrünrien, erwünscht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Gießereien zunehmend größere Schwierigkeiten haben, niedrige Schwefelwerte, etwa 0,01 %, zu erreichen. Nach dem erfindungsgemäßen l/erfahren ist die Erzeugung von Gußstücken mit Kugelgraphit bei Schwefelwerten des Ausgangseisens im Bereich von 0,02 biss 0.025 % mit sehr guter Kugelausbilriung treffsicher möglich.

Die erwünschte Nachimpfung durch Reaktion des behandelten Eisens mit dem aus Impfstoffen bestehenden Kern (1) sorgt gleichzeitig für eine besonders feine Kugelausbildung und Vermeidung von Karbiden. Nachfolgend werden als Beispiele die üJerte van zwei Versuchen wiedergegeben, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gießen von druckdichten Rohrbogen für den Kraftwerkshetrieb durchgeführt wurden.

Beispiel 1

Die BasissnhTielze hatte eine Zusammensetzung von 3,79 % C; 2,70 %Si; 0,18 % Mn; Q, 020 °Δ P; 0.029 % S. Das Gießgewicht betrug 31.5 kg, die Gießtemperatur 1400 C, die Gießzeit 10 s. Der Behandlungskammerkern (1) enthielt einen Einsatz (3), der mit 200 g einer NiMg-Lsgierung mit 15 % Mg gefüllt war, was einem Einsatz an KuqelgraphitbildnBrn von 0,63 Gew.-% entspricht. Die mikroskopische Prüfung ergab 1OC % Sphärolithen bei 75 % Perlit und 25 % Ferrit im Gußzust.anri.

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Beispiel 2

Das gleiche Teil wurde mit folgender Basisschmelze gegossen: 3,71 % C; 2.7D % Si; D,21 % Mn; D,029 % P.0,G28 % S; 0,06 % Cr; 0.09 % Cu. Das Gießgewicht ujar mit 31.5 kg gleich ujie im Beispiel 1. die Gießzeit betrug θ s, die Gießtemperatur 1425 ⁰C. Der Einsatz im Behandlungskern enthielt 100 g einer FeSiMg-Legierung mit 5 % Mg +3Og feine Späne aus Rein-Magnesium. Dies bedeutet einen Anteil von 0,4 Gew.-% an Kugelgraphitbildnern. Der Gießvorgang verlief völlig ruhig, die Kugelgraphitausbildung erreichte 10D %, das Gefüge bestand im Gußzustand aus 5 % Perlit und 95 % Ferrit.

Diese Beispiele zeigen, daß das Verfahren von der Art der Kugelgraphitbildner in verhältnismäßig weiten Grenzen unabhängig ist.

Neben dem Vorteil, daß der Behandlungskammerkern (1) immer gleiche Abmessungen hat und für seine Anordnung innerhalb der Form auf der Modellplatte nur eine einfach herzustellende runde Kernmarke mit Formkonus benötigt wird, bietet das Verfahren als weiteren Vorzug die Unabhängigkeit vom Formerpersonal bezüglich der richtigen Bemessung der notwendigen Menge an Kugelgraphitbildnern, die bei den bekannten Kammerverfahren jeweils mit einem Meßbecher oder ähnlichem Gerät in die Form eingebracht werden müssen. Bei der vorgeschlagenen Verfahrenstechnik läßt sich der Einsatz (3) mit den gewählten Behandlungsmittel sowie ggf. weiteren Zusätzen z.B. auf Durchlauf -Dosierwaagen sehr genau füllen. Dieses Füllen kann in sauberen trockenen geschehen, so daß die Behandlungsmittel immer trocken zur Reaktion kommen, weil sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch den verschlossenen Einsatzbecher (3) bis zum Abgießen der Form vor Kontakt mit dem IMaßgußsand geschützt bleiben. Dem Former wird - wie bereits erwähnt - das kompakte System, bestehend aus Kammerkern (1) und gefülltem Einsatz (3), zugeführt. Er wird damit von jeder Dosierarbeit entlastet, was manche Fehlerquellen ausschließt. So ist z.B. am Abguß sofort erkennbar, ob im Extremfall der Former vergessen hat, den Behandiungskammerkern einzulegen.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung van Gußstücken aus Eisen-Kohlenstoff-SchmGlzen mit Kugelgraphit oder Kompaktqraphit, z.B. in Knütchen- oder lilurmform (l/ermiculargraphit), dadurch gekennzeichnet, daß eine eingegossene Eisenschmelze geeigneter Zusammensetzung durch eine vor dem Gießen in einer von einem speziellen Kern gebildeten Kammer (1) innerhalb eines gesonderten Einsatzes (3) eingebrachten Menge von Kugelgraphitbilrinern behandelt wird, indem die im Innern des Kammerkerns eingebrachten Kugelgraphitbildner sich lösen und gleichzeitig aus der Substanz des Kammerkerns Material zur Nachimpfung austritt, was zu einer besonders feinen Kugelausbildung bei variabel einstellbarer Matrix führt.

2. Herstellung der vorerwähnten Behandlungskammer in Form eines separat gefertigten Kerns (1) aus vorzugsweise Siliziumkarbid (SiC) bzw. Gemischen van SiC mit z.B. Calcium-Silizium, Ferro-Silizium und/oder anderen Impfstoffen, ωie sie bei der Erzeugung von Gußeisen mit Kugelgraphit üblicherweise verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kerne eine geometrisch definierte Gestalt haben und durch geeignete Binder so verfestigt werden, daß man sie ahne Beschädigungen und Abrieb in entsprechende Kernmarken der Form einlegen kann, sie aber andererseits bei der Reaktion mit der eingegossenen Schmelze in impfender Weise wirken«

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Bshanriiursqskammsr bildende Kern ein- und auslaufseitig geometrisch definierte Schlitze enthält, die zusammen mit einem den Kamrnsrkern (1) umhüllenden, aerisiltan [■'an-felhchiraum (?.) den Durchfluß so regulieren;, daß die zur Kugelnr-3. hitbildunq pingssatztan Zuschlagstoffe bei ainem hohen Ausbringen von mähr als SQ % über den gesamten Gießvorgang gleichmäßig gslöst wardsn, was

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eine Kugelausbilriung guter Qualität getuährleistet, und die sich bildende Schlacke vor Eintritt in das eigentliche Anschnittsystem zum Gußstück infolge Beruhigung der Strömung zurückgehalten wird.

4. V/erfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelgraphitbilriner in auf das Gießgeiuicht abgestimmter Menge abgepackt in einem durch die einströmende Schmelze verbrennenden Einsatz (3) eingebaut sind und mit diesem Kammerkern zusammen als komplettes System in die Form eingelegt tuerden. Als kugelgraphitbildende Substanzen eignen sich Alkali- und Erdmetalle, uie Cer, Didyn, Lithium, Magnesium, Strontium, Calcium, Barium, Lanthan oder Yttrium in Form von Legierungen nrier Mischmetallen, gekörnt und in Pulverform, sowie auch gekörntes Rein-Magnesium in Gemengen mit Ferro- und/oder Calcium-Silizium mit oder ohne Zusätze zur Beeinflussung lies Lösungsverhaltens.

5. l/erfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelgraphitbilriner in Höhe van 0,15 bis 2 Geüj.-o bszagan auf das Gewicht der eingegossenen Basisschmelze eingesetzt werden, ujabei der Schujefelgehalt der Basisschmelze bis zu D,04 % betragen kann.

6. l/erfahren nach den Ansnrüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, nail die in dem Einsatz (3) untergebrachten Kugelnraphitbildner zusätzlich mit Fsrra-Siiizium, Calcium-Silizium oder anderen ImnfSteffen vermischt werden, um bei dünnwandigem GuP völlige ZnmentitfrHiheit ohne thermische rjachb~hanr!« lnr:~! zu erhalten.

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