DE2940946C2 - Verfahren zum Impfen von Gußeisenschmelzen - Google Patents

Description

ίο sowie einer Üicalciumaluminiumsilikatkomponente mit bis zu 20 Gew.-% Siliziumkarbid und 10 Gew.-% Caiciumkarbid, wobei das Verhältnis der siliziumhaltigen Grundmasse mit den hochschmelzenden Calciumaluminiumsilikaten zur Dicalciumsilikatkomponente etwa I : 0,05—0,2 ist und der Gehalt an hochschmelzenden Calriumaluminiumsiiikaten in der siliziumhaltigen Grundmasse 5 bis 30Gew.-% beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung von Gußeisen mit Kugel- oder Vermiculargraphit mit Magnets sium und/oder seltenen Erdmetallen behandelten Schmelze unmittelbar nach dieser an sich bekannten Behandlung erneut Impfmittel der angegebenen Zusammensetzung in Mengen von 0,1 bis 0,7 Gew.-%, vorzugsweise von 0,2 bis 0,4 Gew.-%, zugesetzt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Impfen von Gußeisenschmelzen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Das im Hauptpatent 28 47 737 offenbarte Impfmittel ist gekennzeichnet durch in das Kristallgefüge einer siliziumhaltigen Grundmasse aus Eisensiliziumlegierungen eingebaute Verbindungen hochschmelzender CaI-ciumaluminiumsilikate der Zusammensetzung

CaO · AI₂O₃ · 2 SiO₂ + 3 Al₂O₃ ■ 2 SiO?

sowie einer Dicalciumaluminiumsilikatkomponente mit bis zu 20 Gew.-% Siliziumkarbid und 10 Gew.-% Calciumkarbid, wobei das Verhältnis der siliziumhaltigen Grundmasse mit den hochschmelzenden Calciumaluminiumsilikaten zur Dicalc^:umsilih.~tkomponente etwa I : 0,05—02 ist und der Gehalt an hochschmelzendem Calciumaluminiumsilikatep in der siliziumhaltigen Grundmassc 5 bis 30 Gew.-% beträgt.

Das Verfahren nach dem Haupt; cient wird dort am Beispiel von Gußeisen mit Lamellengraphit erläutert.
Zur Erzielung von Gußeisen mit Kugel- oder Vermiculargraphit ist bekanntlich die Zugabe von modulierenden Stoffen, wie Magnesium und/oder seltenen Erdmctallen erforderlich. Das Verfahren nach dem Hauptpatent hat sich auch zur Herstellung solchen Gußeisens bewährt, wobei die Zugabe von Magnesium und/oder seltenen ι"? Erdmetallen die Tendenz der Schmelze zur Weißeinstrahlung zwar erhöht, allerdings nicht so stark, wie es bei

■jjji nicht nach dem Hauptpatent vorbehandelter Schmelze zu erwarten wäre.

>f 40 Aufgabe der Erfindung ist es, die durch die Zugabe von Magnesium und/oder seltenen Erdmetallen bewirkte

^ Erhöhung der Weißeinstrahlung zu erniedrigen.

ίΐ Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zur Erzeugung von Gußeisen mit Kugel- oder

ti Vermiculargraphit mit Magnesium- und/oder seltenen Erdmetallcn behandelten Schmelze unmittelbar nach

«j dieser an sich bekannten Behandlung erneut Impfmittel in der aus dem Hauptpatent entnehmbaren, oben

!■; 45 angegebenen Zusammensetzung in Mengen von 0,1 bis 0,7 Gcw.-%, vorzugsweise von 0.2 bis 0,4Gew.-%,

; zugesetzt wird.

,.!' Zur Lösung dieser Aufgabe sind nur geringe Mengen an Impfmittel nach dem Hauptpatent erforderlich. Die

erneute Impfung nach der Magnesium- und/oder seltenen Erdmetalien-Behandlung mit dem Impfmittel nach

, dem Hauptpatent ergänzt in vorteilhafter Weise die nach dem Hauptpatent vorgenommene Impfung der

^v 50 Schmelze. Diese Impfung kann nicht verglichen werden mit der Zugabe rein desoxidicrender Mittel, wie

Ferrosilicium, weil durch die Zugabc des Impfmittels nach dem Hauptpatent nicht nur eine Desoxidation

V hervorgerufen wird, sondern auch thermisch beständige Keime eingeführt werden, die eine lang anhaltende

Wirkung der Impfung gewährleisten.

Das Verfahren nach der Erfindung gestattet Gießzeiten bis zu 20 Minuten und länger, wobei man gleichmäßig gute Gußstücke mit Kugelgraphit- oder Vermiculargraphitsiruktur erhält.

Die Form- oder Gießstrahlimpfung erfordert nur noch geringe, forllaufend gleiche Mengen an Impfmittel, die praktisch konstante physikalische Eigenschaften der Gußstücke durch gleichmäßiges Erstarrungsverhalten gewährleistet.

; Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Einsatz geringer Impfmiitelmengcn die Bildung von

bo Erstarrungslunkern auf das bei Gußeisen mit Kugelgraphit mögliche Minimum verringert. Ferner zeigt das

Erstarrungsverhalten solcher Schmelzen anhand der differenzierten Abkühlungskurven und —r- so-

df dt²

wiederZeit-Kristallisalionswärmc-Beziehungen hinsichtlich des Keimzustandes, der Unterkühlungstemperatur, der Graphitausbildung sowie des Lunkerverhaltens deutliche Unterschiede zu Schmelzen, die mit z. B. 0,8% FeSi behandelt werden.

)e höher bei gleicher chemischer Zusammensetzung einer Schmelze die latente Bildungswärme L bzw. die Kristallisationswärme Q. gemessen in )/g, ist, umso größer ist die Menge des zwischen Solidus- und Liquidus· Temperatur ausgeschiedenen, lunkervunnindcrnden Graphits. Die nach dem Verfahren der Erfindung bchandcl-

ten Schmelzen zeigen ein optimales 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.

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 Kristallisaiionswärme, wodurch eine lange flüssig bleibende Restschmelze und damit eine gute Speisbarkeit der Gußstücke sowie eine hohe Speisungsef fizienz erreicht werden.

Nachfolgende Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eüu.- graphische Darstellung zur Wiedergabe der Streubreite der Unterkühlung bei herkömmlich behandeltem Gußeisen;

F i g. 2 eine entsprechende Darstellung für erfindungsgemäß behandeltes Gußeisen;

Fig.3 eine graphische Darstellung des Streubereiches der Kristallisationswärme der Schmelze in der Gießpfanne bei herkömmlich behandeltem Gußeisen;

F i g. 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;

F i g. 6 eine entsprechende Darstellung bezogen auf den Einguß;

F i g. 7 eine graphische Darstellung des Streubereiches der Maxima der 2. Ableitung der Temperatur-Zeit-Kurve in der Gießpfanne bei herkömmlich behandeltem Gußeisen; F i g. 8 eine entsprechende Darstellung bezogen auf den Einguß;

F i g. 9 eine graphische Darstellung des Streub^reiches der Maxima der 2. Ableitung der Temp >ratur-Zeit-Kurve in der Gießpfanne bei erfindungsgemäß behandeltem Gußeisen; und in

F i g. 10 eine entsprechende Darstellung bezogen auf den Einguß.

Beispiel 1 (Vergleichst: ispiel)

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 (F i g. Il

Die Weißeinstrahlung stieg während einer zweistündigen Abstehzeit im Induktionsofen bei 1550°C von 2,5 mm auf 5 mm,dii: Unterkühlung entsprechend von 4⁰C auf 10,5⁰C Nach der Magnesiumbehandlung betrug die Weißeinstrahluiig 12 mm und die Unterkühlung 28°C. Durch Impfung mit 0,8Gew.-% FeSi 75 sanken Weißeinstrahlung und Unterkühlung auf 3,5 mm und bJ5°C in der Gießpfanne und stiegen zu Gießende nach 20 Minuten auf 6 mm und 13°C an (Tafel 1, F i g. 1).

Die Kristallisationswärme betrug zu Gießbeginn 265 J/g und zu Gießende 260 J/g, die Maxima der 2. Ableitung lagen bei 0,20 bzw. O.i 5" C/sec² (Tafel 1; F i g. 3,4,7 und 8).

Um bei einer Unterkühlung von 13°C bzw. 6 mm Weißeinstrahlung zum Gießende noch zementitfreie Gußstücke abgießen zu können, war eine Gießsirahlimpfung mit 0,1 Gew.-°/o Impfmittel erforderlich. Dadurch wurde zwnr die Weißeinstrahlung der Schmelze auf 2,5 mm am Anfang und 03 mm am Ende und die Unterkühlung entsprechend auf 1,5"C bzw. 2,5°C gesenkt, wobei die Krisiallisationswärme 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. Ableitung unverändert bei 0,19^oC/sec^J blieben (Tafel 1).

Eine derartige Gußeisenschmelze zeigt:

— höh« Werte der Unterkühlungstemperaturen bzw. einen höheren Grad an Weißeinstrahlung zum Gießende vor der Gießstrahlimpfung,

— niedrige und stärker schwankende Kristaliisationswärmen bzw. geringes Selbstspeisungsvermögen (F i g. 3 und 4),

•2 τ¹

— niedrige Werte de^ Maximums der 2. Ableitung —5- der Abkühlungskurve nach der Zeit bzw. geringere ^W

dp

Speisbarkeit (F i g. 7 und 8).

Beispie'. 2

Eine Gußeisenschmelze, die gemäß dem Hauptpatent mit einem Impfmittel in der eingangs angegebenen Zusammensetzung behandelt worden war, wies bereits im Induktionsofen über Haltezeiten von zwei Stunden und länger eine Weißeinstrahlung mit Werten kleiner 3 mm bzw. Untcrkühlungswerte kleiner 5°C auf (F i g. 2 und Tafel 2). Weißeinstrahlung und Unterkühlung stiegen nach der Magnesrmbehandlung auch hier an (9 mm, 21,5⁰C). Die Schmelze wurde unmittelbar nach der Magnesiumbehandlung mit 0,3 Gew.-°/o des im Hauptpatent so beschriebenen Impfmittels versetzt. Über die gesamte Gießdauer von 20 Minuten blieben die Werte der Weißeinstrahlung und Unterkühlung annähernd konstant bei < 4 mm bzw. 8,0°C. Hierbei genügten Gießstrahl- bzw. Formimpfmengen von 0,03 Gew.-% (z. B. FeSi), um das Auftreten von Priniärzemcntit zu vermeiden.

Die vorstehend erläuterte Behandlung der Schmelze zeigt, daß über die gesamte Vergießzeit der Charge die Kristallisationswärmen um 10 J/g höher als im Vergleichsbeispicl 1 lagen; die Maximalwerte der 2. Ableitung betrugen gleichbleibend ca. 0,4°C/sec² und waren sonvt doppelt so hoch wie in Vergleichsbeispiel 1, d. h. nahe dem Ubergangsbereir.Kzu Vermiculargraphit (Tafel 2. F i g. 5,6,9 und 10).

Die zusätzliche Gießstrahlimpfung mit 0,03 Gew.-°/o FeSi 75 erhöhte die Kristaliisationswärmen nochmals um

IO

5 J/g, die Maximalwerte der 2. Ableitung betrugen weiterhin 0.4°C/scc² (Tafel 2, F i g. 5,6,9 und 10).
Es zeigen sich folgende Effekte:

— niedrige und gleichbleibende Unterkühlung bzw. Wcißeinstrahlung der Schmelze über die Vergießzeit vor der Gießstrahlinipfung.

— hohe Kristallisationswärmen geringer Streubreite bereits vor der Gießstrahlimpfung, d. h. gute Selbstspeisungsbedingungen (F i g. 5 und 6).

— hohe und gleichbleibende Werte des Maximums der 2. Ableitung —γ der Abkühlungskurve nach der Zeit

d ι
bzw. bessere Speisbarkeit (F i g. 9 und 10).

Analoge Ergebnisse erhält man bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Gußeisen mit Vermiculargraphit.

15	Tafel 1	Induktions	Nach	Gießpfanne	Chargen	Einguß	Chargen
	Letzte Charge eines Ofens	ofen	Magnesium	Chargen	ende	t'hargcn-	ende
				anfang	6.0	ant'ang	3.0
		5.0	12.0	3.5	13.0	2,5	25
20	Weißeinstrahlung (mm)	10.5	28,0	6.5	260	1,5	265
	Unterkühlung (°C)	—	—	265		268
	Kristallisationswärme				0.15		0,19
	(12.50° C) (j/g)	—	—	0.20		0,19
25	Maximum der 2. Ableitung				1360
	("C/sec2)	1550	1450	1410	3.78		3.78
30	Temperatur (° C)	3.78	3,78	3,78	0.040	3,78	0.039
	Kohlenstoff (%)	—	0.045	0.042	2,45	0,040	2.45
	Magnesium (%)	1.90	1,90	2,45	0.056	2.45	0,055
	Silizium (%)	0.056	0,055	0.056	0.009	0.056	0,009
	Phosphor (%)	0,010	0,009	0.009	0,30	0.009	030
35	Schwefel (%)	0.30	030	0.30	0,02	0,30	0,02
	Mangan tVa\	0.02	0,02	0.02		0,02
	Chrom (%)'
Aft	Tafel 2	Induktions	Nach	Gießpfanne	Chargen	Einguß	Chargen
4U	Letzte Charge eines Ofens	ofen	Magnesium	Chargen	ende	Chargen	ende
				anfang	4.0	anfang	2.5
		3.0	9,0	3.5	8.0	2,0	13
45	Weißeinstrahlung (mm)	45	21.5	5,7	270	0.7	274
	Unterkühlung (° C)			275		280
	Kristallisationswärme				0,38		0,40
	(1250°C)(J/g)	—	—	0.42		0.43
	Maximum der 2. Ableitung				1350
50	(-C/sec2)	1550	1440	1405	3,78		3,78
	Temperatur (0C)	3.78	3,78	3,78	0.038	3.78	0,037
55	Kohlenstoff (%)	—	0,042	0.040	2,21	0,038	2,23
	Magnesium (%)	2.05	2,05	2.21	0,055	2,23	0,056
	Silizium (%)	0.055	0,055	0.056	0,008	0,056	0,007
	Phosphor (%)	0.008	0,008	0.007	0,30	0,007	030
	Schwefel (Vo)	030	030	030	0,03	030	0,03
60	Mangan (%)	0.03	0.03	0.03		0,03
	Chrom (%)			Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
65

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Impfen von Gußeisenschmelzen, bei dem dem schmclzflüssigen Gußeisen in Mengen von 0.05 bis 1 Gew.-% ein Zweistoff-lmpfmittcl für Gußciscnschmclzen zugesetzt wird, das nach Patent 28 47 787 enthält in das Kristallgefüge einer siliziumhaltigcn Grundmasse aus Eisensiü/.iumlegierungcn eingebaute Verbindungen hochschmelzender Calciumaluminiumsilikaie der Zusammensetzung

   CaO · Al₂O₃ · 2 SiO₂ + 3 AI₂Oj - 2 SiO₂