DE3125986A1

DE3125986A1 - Massive werkstuecke aus kugelgraphitgusseisen

Info

Publication number: DE3125986A1
Application number: DE19813125986
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques 71210 Montchanin Bertrand; André 71200 Le Creusot Lajarrige
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1980-07-01
Filing date: 1981-07-01
Publication date: 1982-03-11
Also published as: FR2486100A1; GB2079315A; BE889425A

Description

CREUSOT-LOIRE
75oo8 Paris, Frankreich

Massive Werkstücke aus Kugelgraphitgußeisen

Die Erfindung bezieht sich auf massive und dicke Werkstücke aus Kugelgraphitgußeisen im rohen Gußzustand mit ferritischem Gefüge.

Die Kugelgraphitgußeisen-Erzeugnisse, die allgemein durch Einführen einer geringen Magnesiummenge in ein geeignetes Basisgußeisen erhalten werden, v/eisen gegenüber den Gußeisenerzeugnissen mit lamellarem Graphit viel höhere mechanische Eigenschaftswerte auf.

Die Lamellargraphitgußeisen-Erzeugnisse werden hauptsächlich mit -einer direkt im rohen Gußzustand erhaltenen perli ti sehen »Matrix, also ohne Gef ügewärinebehandlung verwendet.

Die Kugelgraphitgußeisen-Erzeugnisse können perlitische, ferritische oder perlitisch-ferritisch gemischte Gefüge aufweisen, die ihnen einen weiten Bereich von mechanischen Eigenschaften verschaffen.

Die ferritischen Kugelgraphitgußeisensorten haben insbesondere die höchsten Zugdehnungs- und Schlagzähigkeitswerte für diese Gußeisenarten.

Sie können entweder direkt durch Gießen ohne Wärmebehandlung oder nach einer Gefügewärmebehandlung erhalten werden.

Diese wandelt den Perlit in Ferrit um, und sie wird mit Haltetemperaturen bei 950 oder 750 ⁰C je nachdem durchgeführt, ob das Gußeisen im rohen Gußzustand' Eisenkarbide aufweist oder nicht, die insbesondere der Dehnung, dem Bruch durch Zug und der Stoßbeständigkeit schaden.

Die Haltezeiten sind als Funktion der Dicke der gegossenen Werkstücke umso langer, je dicker sie sind.

Diese hohen Temperaturen und diese Haltezeiten bringen die Gefahr mit sich, in die gegossenen voluminösen Werkstücke, sogar mit sehr sorgfältigen Verkeilungen im Ofen, Verformungen einzuführen.

Außerdem haben die Kugelgraphitgußeisen-Gußerzeugnisse starke'iJDicken aufgrund ihrer langsamen Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Gießen die Neigung, im Kern Entmischungen aufzuweisen, die, da sie die mechanischen

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Eigenschaften verschlechtern/ Brüche im Betrieb Verursachen können.

Es ist daher interessant, über massive Werkstücke mit ferritischem Gefüge zu verfügen, ohne daß sie eine Wärmebehandlungjdurchgemacht haben, wobei diese Werkstücke auch im Kern dicker Teile ein homogenes Gefüge aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Verfügung der Verwender dicke Werkstücke aus Kugelgraphitgußeisen zu entwickeln, die verbesserte Eigenschaften aufweisen, was die Elastizitätsgrenze, die Zugbruchfestigkeit, die Dehnung und die Schlagzähigkeit betrifft.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, sind massive Werkstücke aus Kugelgraphitgußeisen im rohen Gußzustand mit ferritischem Gefüge und einer Mindestdicke von wenigstens 100 mm, welches Kugelgraphitgußeisen außer Eisen

3,40 bis 3,70 % Gesamtkohlenstoff, 4,10 bis 4,40 % Kohlenstoff äquivalent, 0,05 bis 0,07 % Magnesium, höchstens 0,04 % Kupfer,

höchstens 0,05 % Chrom,

wenigere als 0,08 % Molybdän, weniger als 0,10 % Vanadium, weniger als 0,002 % der Gesamtheit der Elemente

Blei, Antimon, Wismut, weniger als 0,015 % Titan und

weniger als 0,010 % Cer enthält, mit dem Kennzeichen, daß

das Kugelgraphitgußeisen

2 bis 2,20 % Silizium,

höchstens 0,010 % Schwefel 0,08 bis 0,20 % Mangan,

0,20 bis 0,30 % Nickel und höchstens 0,040 % Phosphor enthält,

daß der Ferritanteil in den massiven Werkstücken im Kern wenigstens gleich 90 % ist und daß die Werkstücke im Kern in ihren bis zu 230 mm dicken massiven Teilen eine Zugfestigkeit von wenigstens 360 MPa, eine Elastizitätsgrenze von wenigstens 250 MPa, eine Dehnung von wenigstens 14 % und eine (KCU-genormte)

2 Sharpy-SchlagZähigkeit von wenigstens 23 J/cm aufweisen.

Vorzugsweise beträgt der Kugelgraphitanteil in den massiven Teilen', dieser Werkstücke wenigstens 80 % des insgesamt vorhandenen Graphits.

Bei den massiven Werkstücken gemäß der Erfindung wird bevorzugt, daß die massiven Werkstücke"im Kern wenigstens 90 % Ferrit ohne Anwesenheit von Karbiden oder ..mit sehr wenig Karbiden aufweisen und daß sie wenigstens 80 % des gesamten Graphits in Form von Kugelgraphit enthalten.

Die Werkstücke gemäß der Erfindung können nach bekannten Verfahren, jedoch mit einer ganzen Gruppe von Bedingungen und Vorsichtsmaßnahmen hergestellt wer*den, die die folgenden sind:

Verwendung eines elektrischen Niederfrequenzinduktionsofens großer Kapazität, der eine genaue Regulierung

der chemischen Zusammensetzung, der überhitzung des Gußeisens und seiner Gießtemperatur in Formen ermöglicht, die vorzugsweise zwischen 1300 und 1330 ⁰C liegt.

Spezielle, besonders ausgewählte und kontrollierte Beschickung: Die Ausgangsstoffe werden als Funktion ihres Aussehens, ihrer Analyse und ihres Reinheitsgrades ausgewählt.

Besondere .»Herstellung, was betrifft: Die Art und Reihenfolge der Einführung der Stoffe der Charge; die Schmelzgeqehwindigkeit, die Art und die Menge von dem flüssigen Gußeisen vor dessen Austreten aus dem Ofen zugesetzten Endzusätze.

Weitgetriebene Entschwefelung des Metalls durch Rühren bis zu weniger als 0,010 % Schwefel.

Behandlung mit einer speziellen Magnesiumlegierung, die ein Ferro-Siliko-Magnesium mit etwa 15 % Magnesium ist.

-Impfen mil: Ferro-Silizium mit etwa 75 % Silizium am Ende der Magnesiumbehandlung durch Rühren des Metalls.

Nach der Impfbehandlung wird das so erhaltene Kugelgraphitgußeisen in eine Form gegossen, in der das zu erhaltende massive Werkstück zur Erstarrung gelangt.

pieses Werkstück erfährt nachher keine Gefügewärmebehandlung bei hoher Temperatur, die möglicherweise bei voluminösen Gußstücken Verformungen verursachen könnte*

Dagegen kann das Werkstück in gewissen Fällen einer Wärmebehandlung zur Beseitigung der Spannungen bei niedriger Temperatur, z. B. etwa 550 ⁰C unterworfen werden.

Die Analyse des erhaltenen massiven Werkstücks entspricht dem oben erwähnten Analysenbereich gemäß der Erfindung. Vorzugsweise ist der Ferritanteil wenigstens 90 % ohne Anwesenheit von Karbiden oder mit sehr wenig Karbiden,und der Kugelgraphitanteil ist wenigstens gleich 80 % des gesamten Graphits? und dies auch in den massiven Teilen des Werkstücks.

Wie man der vorstehenden Beschreibung entnehmen kann, bestehen die wesentlichen Vorteile der massiven Werkstücke gemäß der Erfindung aus den bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften, die vorstehend bereits erwähnt wurden, auch im Kern dicker Teile, da dieses Gußeisen von sehr homogenem Gefüge ist.

Außerdem bringt das Fehlen einer Gefügewärmebehandlung bei hoher Temperatur mehrere erhebliche Vorteile:

Keine Verformung, die die Gefahr einer Beeinträchtigung der Abmessungen des fertigen Werkstücks bringt, selbst in den bearbeiteten Teilen,wenn die überdicken unzureichend werden,

keine Oxidation, die eine Reinigung der Werkstücke durch Schroten oder Sanden erforderlich machen würde,

keine Notwendigkeit, über einen Ofen großer Abmessungen zu verfügen, der von schwieriger Amortisierung wäre.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun ein nichtbeschränkendes Ausführungsbeispiel eines massiven Werkstücks gemäß deiJErf indung beschrieben.

Es handelt sich um ein jjotätionssymmetrisches Werkstück eines Gewichts von 15 t, einer Höhe von 1240 mm, eines Außendurchmessers an der Basis von 4510 mm und eines Innendurchmessers von 3100 mm an seinem oberen Teil.

Fig. 1 ist ein Querschnitt dieses Werkstücks durch eine durch seine Drehachse gehende Ebene;

Fig. 2 ist der Schnitt eines Blocks abcd, der der Wand a b von 230 mm Dicke des massiven Werkstücks entnommen ist, um hier Schlagzähigkeits- und Zugproben abzuschneiden; und

Fig. 3 ist der ,Schnitt eines Blocks e f g h, der dem gleichen Werkstück entnommen ist, wobei die Proben in einem Wandbereich einer Dicke von 110 mm in einer ■Tiefe von 55 mm entnommen sind.

Das massive Werkstück nach Fig. 1 ist aus einem Kugelgraphitgußeisen der folgenden Analyse:

Gesamtkohlenstoff Kohlenstoffäquxvalent Silizium Schwefel Phosphor Mangan Magnesium Nickel ϊ

3,45 % 4,12 % 2,02 % 0,007 % 0,020 % 0,130 % 0,053 % 0,27 %

Der Ferritanteil ist im Mittel 92 %, und der Anteil an Kugelgraphit- ist 80 %.

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Bei abcd wurde ein kleiner Block abgetrennt, der vergrößert in Fig. 2 dargestellt ist.

Hier bedeutet der schwarze Kreis die Stelle der Zugproben, und das schwarze Quadrat bedeutet die Stelle der Schlagzähigkeitsproben.

Für diese Dicke von 230 mm und im Abstand von 120 mm von der Außenwand des Werkstücks ergaben die drei Messungen der KCU-genormten Charpy-Schlagzähigkeit die folgenden Werte in J/cm²: 26,3, 27,5, 28,8, d. h. ein Mittel von: 27,5 J/cm .

Das Mittel der Messungen an den drei Zugproben ergab sich zu:

27 9 MPa für die Elastizitätsgrenze bei 0,002 (d. h. 0,2 %).

3 63 MPa für die Bruchfestigkeit. 14,3 % für die Dehnung.

Aus diesem gleichen Werkstück schnitt man einen anderen Block e f g h heraus, der vergrößert in Fig. 3 dargestellt ist (ef = 210 mm).

Auch bei diesem bedeutet der schwärze Kreis die Stelle der Zugproben, und das schwarze Quadrat bedeutet die Stelle der Schlagzähigkeitsproben.

Auf dieser Höhe ist die Dicke des Werkstücks 110 mm. Für diese Dicke von 110 mm und in etwa 55 mm Abstand von der

Außenwand des Werkstücks ergaben die drei KCU-g^enormten Charpy-Schlagzähigkeitsmessungen die folgenden Werte

in J/cm²: 37,5, 39,4, 36,9, d. h. ein Mittel von: 37,9 J/cm².

Das Mittel der an den drei Zugproben durchgeführten Messungen zeigte sich bei:

•252 MPa für die Elastizitätsgrenze bei 0,002 (d„ h. 0,2 I).

387 MPa für die Bruchfestigkeit.
25 % für die Dehnung.

So, weisen die massiven Werkstücke gemäß der Erfindung ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf,da sie ein homogenes ferritisches Gefüge mit hohem Kugelgraphitgehalt auch im Kern von dicken Teilen aufweisen, ohne daß sie einer Gefügewärmebehandlung unterworfen worden sind, die zu Verformungen führen könnte.

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Selbstverständlich kann man ohne Verlassene des Rahmens

der Erfindung an Varianten.und Verbesserungen von Einzelheiten oder auch die Verwendung äquivalenter Mittel
denken.

Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Massive Werkstücke aus Kugelgraphltgüßeisen im rohen Gußzustand mit 'ferritischen Gefüge und einer Mindestdicke von wenigstens 100 mm, welches Kugelgraphitgußeisen außer Eisen 3,40 bis 3,70 % Gesamtkohlenstoff, 4,10 bis 4,40 % Kohlenstoffäquivalent,

0,05 bis 0,07 % Magnesium, ;

höchstens 0,04 % Kupfer, höchstens,, 0,05 % Chrom, weniger als 0,08 % Molybdän, weniger als 0,J-O % Vanadium,

weniger als 0,002 % der Gesamtheit der Elemente Blei, Antimon, Wismut,

weniger als 0,015 % Titan und

weniger als 0,010 % Cer enthält, dadurch gekennzeichn et, daß das Kügelgraphitgußeisen 2 bis 2,20 % Silizium höchstens 0,010 % Schwefel, 0,08 bis 0,20 % Mangan, 0,20 bis 0,30 % Nickel und

höchstens 0,040 % Phosphor enthält, daß der Ferritanteil in den' massiven Werkstücken im Kern wenigstens gleich 90 % ist und daß die Werkstücke im Kern in ihren bis zu 230 mm dicken massiven Teilen eine Zugfestigkeit von wenigstens 360 MPa, eine Elastizitätsgrenze von wenigstens 250 MPa, eine Dehnung von wenigstens 14 % und eine (KCU^genormte) Shärpy-Schlägzähig*

2 keit von wenigstens 23 J/cm aufweisen.·

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2. Werkstücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelgraphitanteil in den massigen Teilen dieser Werkstücke wenigstens 80 % des insgesamt vorhandenen Graphits beträgt.