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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Impfen von Guß-
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eisenschmelzen, bei dem nach Patent ....... (Patentanmeldung P 28
47 787.4) dem schmelzflüssigen Gußeisen ein Impfmittel nach Anspruch l dieses Patentes
zugesetzt wird.
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Das im Hauptpatent offenbarte Impfmittel ist gekennzeichnet durch
in das Kristallgefüge einer siliciumhaltigen Grundmasse aus Eisensiliciumlegierungen
eingebaute Verbindungen hochschmelzender Calciumaluminiumsilikate der ungefähren
Zusammensetzung CaO Al203 2Si02 + 3Al203 2Si02 sowie einer Dicalciumaluminiumsilikatkomponente
mit bis zu 20 Gew.-% Siliciumcarbid und 10 Gew.-% Calciumcarbid, wobei das Verhältnis
der siliciumhaltigen Grundmasse mit den hochschmelzenden Calciumaluminiumsilikaten
zur Dicalciumsilikatkomponente etwa 1 : 0,05 - 0,2 ist und der Gehalt an hochschmelzenden
Calciumaluminiumsilikaten in der siliciumhaltigen Grundmasse 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise
8 bis 15 Gew.-t, beträgt.
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Das Verfahren nach dem Hauptpatent wird dort am Beispiel von Gußeisen
mit Lamellengraphit erläutert.
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Zur Erzielung von Gußeisen mit Kugel- oder Vermiculargraphit ist bekanntlich
die Zugabe von nodulierenden Stoffen, wie Magnesium und/oder seltenen Erdmetallen
erforderlich. Das Verfahren nach dem Hauptpatent hat sich auch zur Herstellung solchen
Gußeisen beWährt, wobei die Zugabe von Magnesium o. dgl. die Tendenz der Schmelze
zur Weißeinstrahlung zwar erhöht, allerdings nicht so stark, wie es bei nicht nach
dem Hauptpatent vorbehandelter Schmelze zu erwarten wäre.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die durch die Zugabe von Magnesium o.
dgl. bewirkte Erhöhung der Weißeinstrahlung zu erniedrigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch
wiedergegebenen
Merkmale gelöst.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind nur geringe Mengen an Impfmittel nach
dem Hauptpatent erforderlich. Die erneute Impfung nach der Magnesium- o. dgl. Behandlung
mit dem Impfmittel nach dem Hauptpatent ergänzt in vorteilhafter Weise die nach
dem Hauptpatent vorgenommene Impfung der Schmelze. Diese Impfung kann nicht verglichen
werden mit der Zugabe rein desoxidierender Mittel, wie Ferrosilicium, weil durch
die Zugabe des Impfmittels nach dem Hauptpatent nicht nur eine Desoxidation hervorgerufen
wird, sondern auch thermisch beständige Keime eingeführt werden, die eine lang anhaltende
Wirkung der Impfung gewährleistet.
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Das Verfahren nach der Erfindung gestattet Gießzeiten bis zu 20 Minuten
und länger, wobei man gleichmäßig gute Gußstücke mit Kugelgraphit- oder Vermiculargraphitstruktur
erhält.
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Die Form- oder Gießstrahlimpfung erfordert nur noch geringe, fortlaufend
gleiche Mengen an Impfmittel, die praktisch konstante physikalische Eigenschaften
der Gußstücke durch gleichmäßiges Erstarrungsverhalten gewährleistet.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Einsatz geringer Impfmittelmengen
die Bildung von Erstarrungslunkern auf das bei Gußeisen mit Kugelgraphit mögliche
Minimum verringert.
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Ferner zeigt das Erstarrungsverhalten solcher Schmelzen anhand der
differenzierten Abkühlungskurven dT und d2T sowie der Zeit-Kristallisationswärme-Beziehungen
hinsichtlich des Keimzustandes, der Unterkühlungstemperatur, der Graphitausbildung
sowie des Lunkerverhaltens deutliche Unterschiede zu Schmelzen, die mit z. B. 0,8
°b FeSi behandelt werden.
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Je höher bei gleicher chemischer Zusammensetzung einer Schmelze
die
latente Bildungswärme L bzw. die Kristallisationswärme Q, gemessen in J/g, ist,
umso größer ist die Menge des zwischen Solidus- und Liquidus-Temperatur ausgeschiedenen,
lunkervermindernden Graphits. Die nach dem Verfahren der Erfindung behandelten Schmelzen
zeigen ein opitmales Speisungsverhalten, geringe Neigung zur Ausbildung von Lunkern
sowie eine weitgehende Annäherung bzw. Deckung des Maximalwertes der 2. Ableitung
der Abkühlungskurve nach der Zeit mit dem Grenzwert der Vermiculargraphitausbildung.
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Darüber hinaus ist bei den erfindungsgemäß behandelten Schmelzen der
Verlauf der Zeit-Kristallisationswärme-Beziehung charakterisiert durch einen breiten
Primäraustenitwärmebereich unter Ausbildung eines feinen Primärdendritennetzes mit
kleinen Graphitkugeln sowie einem weitgehend flachen Verlauf im Bereich der eutektischen
Kristallisationswärme, wodurch eine lange flüssig bleibende Restschmelze und damit
eine gute Speisbarkeit der Gußstücke sowie eine hohe Speisungseffizienz erreicht
werden.
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Nachfolgende Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern, sie
jedoch keinesfalls einschränken.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Wiedergabe
der Streubreite der Unterkühlung bei herkömmlich behandeltem Gußeisen; Fig. 2 eine
entsprechende Darstellung für erfinoungsgemäß behandeltes Gußeisen; Fig. 3 eine
graphische Darstellung des Streubereiches der Kristallisationswärme der Schmelze
in der Gießpfanne bei herkömmlich behandeltem Gußeisen;
Fig. 4 eine
entsprechende Darstellung bezogen auf den Einguß; Fig. 5 eine graphische Darstellung
des Streubereiches der Kristallisationswärme der Schmelze in der Gießpfanne bei
erfindungsgemäß behandeltem Gußeisen; Fig. 6 eine entsprechende Darstellung bezogen
auf den Einguß; Fig. 7 eine graphische Darstellung des Streubereiches der Maxima
der 2. Ableitung der Temperatur-Zeit-Kurve in der Gießpfanne bei herkömmlich behandeltem
Gußeisen; Fig. 8 eine entsprechende Darstellung bezogen auf den Einguß; Fig. 9 eine
graphische Darstellung des Streubereiches der Maxima der 2. Ableitung der Temperatur-Zeit-Kurve
in der Gießpfanne bei erfindungsgemäß behandeltem Gußeisen; und in Fig. 10 eine
entsprechende Darstellung bezogen auf den Einguß.
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Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel) Bei gleicher Analyse und Temperatur
schwanken im Niederfrequenztiegelofen hergestellte Chargen von Gußeisenschmelzen
in ihrer Weißeinstrahlung, welche als Unterkühlung bzw. als Ausmaß der Weißeinstrahlung
an Gießkeilen gemessen werden. Mit zunehmender Abstehzeit nimmt die Weißeinstrahlung
zu (Fig. 1).
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Die Weißeinstrahlung stieg während einer zweistündigen Abstehzeit
im Induktionsofen bei 15500C von 2,5 mm auf 5 mm, die Unterkühlung entsprechend
von 4"C auf 10,5"C. Nach der Magnesiumbehandlung betrug die Weißeinstrahlung 12
mm und die Unterkühlung 28"C. Durch Impfung
mit 0,8 Gew.-% FeSi
75 sanken Weißeinstrahlung und Unterkühlung auf 3,5 mm und 6,5°C in der Gießpfanne
und stiegen zu Gießende nach 20 Minuten auf 6 na und 13"C an (Tafel 1, Fig. 1).
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Die Kristallisationswärme betrug zu Gießbeginn 265 J/g und zu Gießende
260 J/g, die Maxima der 2. Ableitung lagen bei 0,20 bzw. 0,15°C/sec² (Tafel 1; Fig.
3, 4, 7 und 8).
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Um bei einer Unterkühlung von 13°C bzw. 6 mm Weißeinstrahlung zum
Gießende noch zementitfreie Gußstücke abgießen zu können, war eine Gießstrahlimpfung
mit 0,1 Gew.-% Impfmittel erforderlich.
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Dadurch wurde zwar die Weißeinstrahlung der Schmelze auf 2,5 mm am
Anfang und 3,0 mm am Ende und die Unterkühlung entsprechend auf 1,5°C bzw. 2,5°C
gesenkt, wobei die Kristallisationswärme um 5 J/g auf nur 268 J/g zu Beginn und
265 J/g am Ende der Vergießzeit anstieg, während die Maximalwerte der 2.
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Ableitung unverändert bei 0,190C/sec2 blieben (Tafel 1).
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Eine derartige Gußeisenschmelze zeigt: - hohe Werte der Unterkühlungstemperaturen
bzw. ein höherer Grad an Weißeinstrahlun zum Gießende vor der Gießstrahlimpfung
- niedrige und stärker schwankende Kristallisationswärmen bzw.
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geringes Selbstspeisungsvermögen (Fig. 3 und 4) - niedrige Werte
des Maximums der 2. Ableitung fr der Abdt2 kühlungskurve nach der Zeit bzw. geringere
Speisbarkeit (Fig. 7 und 8).
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Beispiel 2 Eine Gußeisenschmelze, die gemäß dem Hauptpatent .......
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(Patentanmeldung P 28 47 787.4) behandelt worden war, wies bereits
im
Induktionsofen über Haltezeiten von zwei Stunden und länger eine Weißeinstrahlung
mit Werten kleiner 3 mm bzw.
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Unterkühlungswerte kleiner 5"C auf (Fig. 2 und Tafel 2).
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Weißeinstrahlung und Unterkühlung stiegen nach der Magnesiumbehandlung
auch hier an (9 mm, 21,5"C). Die Schmelze wurde unmittelbar nach der Magnesiumbehandlung
mit 0,3 Gew.-g des im Hauptpatent beschriebenen Impfmittels versetzt. Ober die gesamte
Gießdauer von 20 Minuten blieben die Werte der WeiB-einstrahlung und Unterkühlung
annähernd konstant bei ;4 mm bzw. 8,0°C. Hierbei genügten Gießstrahl- bzw. Formimpfmengen
ion 0,03 Gew.-% (z. B. FeSi), um das Auftreten von Primärzementit zu vermeiden.
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Die vorstehend erläuterte Behandlung der Schmelze zeigt, daß über
die gesamte Vergießzeit der Charge die Kristallisationswärmen um 10 J/g höher als
im Vergleichsbeispiel 1 lagen; die Maximalwerte der 2. Ableitung betrugen gleichbleibend
ca. 0,4"C/sec2 und waren somit doppelt so hoch wie in Vergleichsbeispiel 1, d. h.
nahe dem Obergangsbereich zu Vermiculargraphit (Tafel 2, Fig. 5, 6, 9 und 10).
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Die zusätzliche Gießstrahlimpfung mit 0,03 Gew.-% FeSi 75 erhöhte
die Kristallisationswärmen nochmals um 5 J/g, die Maximalwerte der 2. Ableitung
betrugen weiterhin 0,4"C/sec2 (Tafel 2, Fig. 5, 6, 9 und 10).
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Es zeigen sich folgende Effekte: - niedrige und gleichbleibende Unterkühlung
bzw. Weißeinstrahlung der Schmelze über die Vergießzeit vor der Gießstrahlimpfung
- hohe Kristallisationswärmen geringer Streubreite bereits vor der Gießstrahlimpfung,
d. h. gute Selbstspeisungsbedingungen (Fig. 5 und 6)
- hohe und
gleichbleibende Werte des Maximums der 2. Ableitung d²T/dt² der Abkühlungskurve
nach der Zeit bzw. bessere Speisbarkeit (Fig. 9 und 10).
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Analoge Ergebnisse erhält man bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auf Gußeisen mit Vermiculargraphit.
| Gießpfanne Einguß |
| nach Magnesium- |
| Letzte Charge eines Ofens Induktionsofen |
| behandlung Chargenanfang Chargenende Chargenanfang Chargenende |
| Weißeinstrahlung [mm] 5,0 12,0 3,5 6,0 2,5 3,0 |
| Unterkühlung [°C] 10,5 28,0 6,5 13,0 1,5 2,5 |
| Kristallisationswärme [J/g] - - 265 260 268 265 |
| (1250°C) |
| Maximum der 2. Ableitung [°C/sec²] |
| - - 0,20 0,15 0,19 0,19 |
| dT |
| ( )' (1250°C) |
| dt |
| Temperatur [°C] 1550 1450 1410 1360 - - |
| Kohlenstoff [%] 3,78 3,78 3,78 3,78 3,78 3,78 |
| Magnesium [%] - 0,045 0,042 0,040 0,040 0,039 |
| Silizium [%] 1,90 1,90 2,45 2,45 2,45 2,45 |
| Phosphor [%] 0,056 0,055 0,056 0,056 0,056 0,055 |
| Schwefel [%] 0,010 0,009 0,009 0,009 0,009 0,009 |
| Mangan [%] 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 |
| Chrom [%] 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 |
Tafel 2:
| Gießpfanne Einguß |
| nach Magnesium- |
| Letzte Charge eines Ofens Induktionsofen |
| behandlung Chargenanfang Chargenende Chargenanfang Chargenende |
| Weißeinstrahlung [mm] 3,0 9,0 3,5 4,0 2,0 2,5 |
| Unterkühlung [°C] 4,5 21,5 5,7 8,0 0,7 1,3 |
| Kristallisationswärme [J/g] - - 275 270 280 274 |
| (1250°C) |
| Maximum der 2. Ableitung [°C/sec²] |
| - - 0,42 0,38 0,43 0,40 |
| dT |
| ( )' (1250°C) |
| dt |
| Temperatur [°C] 1550 1440 1405 1350 - - |
| Kohlenstoff [%] 3,78 3,78 3,78 3,78 3,78 3,78 |
| Magnesium [%] - 0,042 0,040 0,038 0,038 0,037 |
| Silizium [%] 2,05 2,05 2,21 2,21 2,23 2,23 |
| Phosphor [%] 0,055 0,055 0,056 0,055 0,056 0,056 |
| Schwefel [%] 0,008 0,008 0,007 0,008 0,007 0,007 |
| Mangan [%] 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 |
| Chrom [%] 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 |