DE3010623C2

DE3010623C2 - Vorrichtung zum Behandlung von geschmolzenem Gußeisen

Info

Publication number: DE3010623C2
Application number: DE3010623A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Jürgen Dipl.-Ing. 6361 Niddatal Doliwa; Karl Josef Dipl.-Ing. 6367 Karben Reifferscheid; Friedrich 8221 Tacherting Wolfsgruber
Original assignee: SKW Trostberg AG; Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG; Evonik Operations GmbH
Priority date: 1980-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1982-12-02
Also published as: US4412578A; GB2081623B; DE3010623A1; FR2478501A1; GB2081623A; CA1174830A; ES256989U; ES256989Y

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießform nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, Gußeisenschmelzen in der Gießform mit den verschiedensten Behandlungsmitteln in Kontakt zu biingen, sei es um das Grundgefüge oder die Graphitform zu beeinflussen. Dabei wird der Effekt genutzt, daß die Behandlung um so wirksamer ist, je kürzer der Zeitraum zwischen Zugabe des Behandlungsmittels und der Erstarrung der Schmelze ist (DE-AS 124£^Λ.39, DE-PS 1172806). In einem weiteren aus DE-AS 2518367 vorbe^annten Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit wird eine J5 Gießform mit Zwischenkamme*- vorgesehen, wobei es entscheidend darauf ankommt, daß die Oberfläche des in der Zwischenkammer befindlichen Kugelgraphitbildners stets gleich bleibt. Daher wird in der Zwischenkammer der im vorbekannten Verfahren ver- -to wendeten Gießform die Größe der Grundfläche der Zwischenkammer als entscheidendes Merkmal angesehen, während andere Abmessungen der Kammer als nicht von Bedeutung erachtet werden.

Mit der vorbekannten Reaktionskammer hat man bereits befriedigende Ergebnisse und eine günstige Ausnutzung des Behandlungsmittels erzielen können, jedoch wird auch dieses Verfahren den Verhältnissen in der Gießereipraxis nicht in allen Fällen gerecht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichförmige Behandlung der in die Gießform einströmenden Metallschmelze zu gewährleisten und einen Überschuß des Behandlungsmittels zu vermeiden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Mit der in die Gießform einströmenden Gußeisenschmelze setzt durch Kontaktierung mit dem Behandlungsmittel eine Reaktion ein. Wie weiterhin gefunden wurde, ergibt sich eine Gießzeitverlängerung bei einem Gießsystem mit eingelegtem Behandlungsmittel gegenüber einem Gießsystem ohne eingelegtes Behandlungsmittel. Die Verlängerung der Gießzeit resultiert aus dem Anwachsen des Strömungswiderstandes, welchen die mit dem Behandlungsmittel reagierende Eisenschmelze der nachströmenden Eisenschmelze entgegensetzt. Zusätzlich ergibt sich ein Rückstau nach Formfüllung über die Formteilungscbene. Da nun mit zunehmender Gießzeit die Ver-

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60 weilzeit des Eisens in der Kammer länger wird, muß in Abhängigkeit von der Gießzeit eine immer kleiner werdende Oberfläche des Behandlungsmittels angeboten werden, um eine gleichmäßige Behandlung der Schmelze durchzuführen, beispielsweise eine gleichmäßige Behandlung der Gußeisenschmelze mit Magnesium bzw. einer magnesiumhaltigen Legierung.

Gemäß der Erfindung ist die Reaktionskammer in der Gießform als umgekehrter Pyramidenstumpf ausgebildet, dessen Grundfläche in der Teilungsebene der Form liegt. Die Basisfläche ist rechteckig und insbesondere quadratisch gestaltet. Die Höhe des Pyramidenstumpfes beträgt zweckmäßig das 2- bis 3fache der Seitenlänge der Basisfläche. Die Seitenlängen der pyramidenstumpfförmigen Reaktionskammer haben einen Steigungswinkel von 50° bis höchstens 80°. Diese Steigung bzw. diese Formgebung gewährleistet, daß der Strom der einfließenden Eisenschmelze sich an der, dem Einguß gegenüberliegenden Wandfläche überschlägt und zwangsgemischt wird. Im Sinne der Erfindung kann die pyramidenstumpfförmige Reaktionskammer auch in Pontonform ausgestaltet sein. Nach einer weiteren Ausruhrungsform der Erfindung kann die Reaktionskammer auch in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet sein. In weiterer Ausgestaltung der Reaktionskammer gemäß der Erfindung ist der Kammerausgang im rechten Winkel zum Kammereintritt angeordnet. Des weiteren ist ein Niveauunterschied zwischen Kammereintritt und Kammeraustritt vorgesehen, d. h. die Austrittsöffnung für die Schmelze liegt über dem Niveau der Eintrittsöffnung. Mittels dieser Maßnahmen wird erreicht, daß die nachströmende Eisenschmelze nichi unbehandelt über die in der Reaktionskammer befindliche und mit dem Behandlungsmittel reagierende Eisenschmelze hinwegströmen kann.

Ein zweckmäßig ausgestaltetes Gießsystem besteht somit aus dem Einguß (1), der erfindungsgemäßen pyramidenstumpfförmigen Reaktionskammer (2), dem Austritt (3) aus der Reaktionskammer, einer Überschneidung in einen Lauf (4) in den Oberkasten. Gegebenenfalls enthält der Lauf im Oberkasten noch eine Schlackenbremse (5). Mit (6) ist der Anschnitt bezeichnet Figur.

Die Gießform wird zur Behandlung von Metallschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen mit Vermicular- und/oder Kugelgraphit verwendet. Der Graphitbildner kann in stückiger, agglomerierter oder in Pulverform oder als aus der Schmelze gegossener Körper, beispielsweise Kugel, Zylinder, Kegelstumpf, in die pyramidenstumpfförmige Reaktionskammer eingebracht werden. Derartige Mittel sind an sich für die Behandlung von Gußeisenschmelzen bekannt, wie Magnesium oder magnesiumhaltige Vorlegierungen. Für die Herstellung von Kugelgraphiteisen eignet sich beispielsweise eine magnesiumhaltige Legierung der Zusammensetzung

bis 15

bis 70

bis 2,5

bis 2,0

gegebenenfalls
gegebenenfalls

40 0,3 0.3

Gew.-% Magnesium Gew.-% Eisen
Gew.-% Calcium
Gew.-% Metalle d. Seltenen Erden, wobei der Anteil an Cer 50 Gew.-%, an Lanthan 20 bis 30 Gcw.-% und an übrigen seltenen Erdmetallen weniger als 20 Gew.-% beträgt.

Rest Silicium.

Bei einer Legierung der vorgenannten Art mit Metallen der S. E. hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, das in der Legierungstechnik üb'icherveLc verwendete Cer-Mischmeiall durch Lanthan ganz oder teilweise zu ersetzen. In solchem Fall muß der Anteil der übrigen Seltenen Erdmetalle im Lanthan Meiner als 20 Gew.-% sein. Demgemäß hat eine Vorlegierung mit Seltenen Erdmetallen vorzugsweise einen Gehalt an Lanthan von 0,2 bis 1,0 Gew.-%.

Für die Herstellung von Gußeisen mit Vermiculargraphit eignet sich insbesondere eine Legierung der Zusammensetzung

3,0- 4,0% Magnesium

3,0- 4,5% Seltene Erdmetalle

4,0- 5,5% Titan

0,1- 1,0% Calcium
45,0-55,0% Silicium
Rest Eisen.

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Mit der vorliegenden Erfindung werden eine Reihe von Vorteilen bei der Behandlung von Gußeisenschmelzen erzielt. Es gelingt die vollständige Umwandlung von Graphit in die Kugelform oder in die Vermicularform, da eine gleichförmige Behandlung der Schmelze in der Reaktionskammer mit dem Behandlungsmittel in der Zeiteinheit stattfindet und seine wirtschaftliche Ausnutzung gewährleistet ist. Die Vorlage eines Überschusses an Behandlungsmittel ist nicht erforderlich.

Aufgrund der speziellen geometrischen Form der Reaktionskammer erfolgt eine funktioneile Anpassung der Kammeroberfläche an die während des Gießprozesses zeitlich sich ändernden Gießleistung. Infolge der Möglichkeit, die Reaktionskammer über einen unterschiedlichen Steigungswinkel auszulegen, kann ein breiterer Bereich für die Gießleistung bestrichen werden. Dabei ist die erfindungsgemäße Gießform unanfälliger gegenüber Schv/ankungen im Kornaufbau der legierung und sie bewirkt eine bessere Durchmischung der Schmelze und optimiert das Ausbringen der Vorlegierung. Die Gießform gemäß der Erfindung bietet ferner ein größtmögliches Maß an Sicherheit zur Schlackenabscheidung, was zur absoluten Schlackenfreiheit der Gußstücke führt.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Im Induktionsofen wurde ein Basiseisen erschmolzen von der Zusammensetzung: 3,75% C, 2,10% Si, 0,12% Mn. 0,035% P und 0,010% S, Rest Fe. In die pyramidenstumpfförmige Zwischenkammer mit einer Basisfläche von 45 x 45 mm und einem Kammervolumen von 605 cm³ wurde unter Berücksichtigung des Schwefelgehaltes des Basiseisens und der Gießtemperatur von 1450° C ein Vorlegierungszusatz von 0,7 Gewichtsprozent, bezogen auf die zu vergießende Eisenmenge von 60 kg, eingebracht. Die Mg-haltige Vorlegierung einer Körnung 1 bis 4 mm hatte die Zusammensetzung: 6,0% Mg. 0,5% Ca, 45.0% Si, 0,9% Cer-Mischmetall, Rest Fe. Der Abguß der Form erfolgte in 17 see. Die chemische Analyse des Abgusses ergab 3,7% C, 2,41% Si, 0,12% Mn, 0,035% P, 0,008% S, Magnesiumrestgehalt 0.028%, Rest Eisen.

Die metaiiographische Untersuchung dcu Gußstückes im Wanddickenbereich 8 bi< 3ü mm er^ab eine Ausbildung von kugelförmigen Graphit von mind. 90% 'ipliärolithen bei 93% Ferrit und 7% Perlit als üefügebestaüdteile. Überraschend hoch war die Anzahl der 'i'phärolithe mit ca. 300/mm² Schlifffläche. Die n-^Uillographische Untersuchung des Gußstückes in mehreren Bereichen ergab, daß das Gußstück vollkonüncn frei von Reaktionsprodukten und Schlackeneinschlüssen war.

Beispiel 2

Das in Beispiel 1 aufgeführte Basiseisen wurde für den Abguß eines weiteren Gußstückes mit 30,5 kg Gießgewicht herangezogen, wobei eine Mg-haltige Vorlegierung mit folgender Analyse verwendet wurde: 5,7% Mg, 0,3% Ca, 46,1% Si, 0,5% La, Rest Fe. In der pyramidenstumpfförmigen Zwischenkammer mit einer Basisfläche von 35 x 35 mm und einem Kammervclumen von 300 cm³ befanden sich 183 g Vorlegierung der Kornfraktion 0,5 b... 3 mm. Der Abguß der Gießform erfolgte in 11 see. Dir Gießtemperatur betrug 1440° C. Die Endanalyse ergab 3,67% C, 2,35% Si, 0,11% Mn, 0,03% P, 0,006% S und 0,024% Mg, Rest Fe.

Die rrctallographische Untersuchung einer angegossenen Probe von 20 mm Durchmesser ergab eine Ausbildung von kugelförmigem Graphit von ca. 95% Sphärolithen bei 95 bis 100% Ferrit und 0 bis 5% Perlit als Gefügebestandteile. Es wurde kein Zementit im Grundgefüge beobachtet. Die Anzahl derSphärolithe betrag ca. 350/mm² pro Schlifffläche. Das Gußstück war frei von Einschlüssen jeder Art.

Aus der angegossenen Probe wurden Probestäbe nach DIN herausgearbeitet, und folgende Werte ermittelt:

Zugfestigkeit
Streckgrenze
Bruchdehnung
Brinellhärte

Rp 0,2

Rm

457 N/mm²
288 N/mm²
22,5%
182/182

Beispiel 3

Im Induktionsofen wurde ein Basiseisen erschmolzen der Zusammensetzung: 3,52% C, 0,18% Mn, 0,044% P, 1,95% Si und 0,006% S, Rest Fe. Für ein Gußstück von 23 kg Gießgewicht war die pontonförmige Zwischenkammer mit einer Basisfläche von 25 X 45 mm auf ein Volumen von 250 cm³ ausgelegt worden. In der Zwischenkammer befanden sich 130 g Vorlegierung in der Kornfraktion 1 bis 3 mm mit folgender Analyse: 3,3% Mg, 0,5% Ca, 50,7% Si, 4,0% Cer-N.'isdimetall, 5,5% Ti, Rest Fe. Der Abguß der Gießform erfolgte in 8 see mit einer Gießtemperatur von 1450° C. Die Eiidanalyse ergab 3,48% C, 0,38% Mn, 0,044% P, 2,18% Si, 0,06% Ti, 0,004% S, 0,015% Mg, 0,014% Cer, Rest Fe.

Im Gußgefüge wurde in allen Querschnitten des Gußstockes, d. h. / bis 15 mm, kompakter Graphit in überwiegend ferritischer Matrix ermittelt, wobei der Graphit zu ca. 80% vermicular und zu ca. 20% sphärolithisch ausgebildet war. Lamellare Ausbildungsformen des Graphits wurden nicht beobachtet. Das Gußstü^ ',vr frei von Einschlüssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gießform zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen mit Vermicular- und/oder Kugelgraphit mit einer im Eingußsystem zwischen dem Einguß und dem Einlauf der eigentlichen Gießform angeordneten Zwischenkammer für die Aufnahme des Graphitbildners und Kontaktierung mit dem schmelzflüssigen Gußeisen, gekennzeichnet durch eine pyramidenstumpfförmige Zwischenkammer mit in der Ebene der Formenteilung liegender, rechteckiger Grundfläche.

2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche quadratisch und der Steigungswinkel 50° bis höchstens 80° beträgt.

3. nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Pyramidenstumpfes das 2- bis 3fache der Seitenlänge der Grundfläche beträgt.