DE3229153A1

DE3229153A1 - Ferrolegierung fuer die vorangehende impfbehandlung von gegossenen und unverguetet zu verwendenden kugelgraphitguessen sowie verfahren fuer die behandlung des fluessigen roheisens mit dieser ferrolegierung

Info

Publication number: DE3229153A1
Application number: DE19823229153
Authority: DE
Inventors: Pierre 7800 Louveciennes Hilaire; Franz 9710 Zwijnaardde Lietaert; Walter 4000 Düsseldorf Schumacher; Claude 9200 Puteaux Staroz
Original assignee: Nobel Bozel SA
Current assignee: Nobel Bozel SA
Priority date: 1981-08-04
Filing date: 1982-08-04
Publication date: 1983-04-28
Also published as: FR2511044B1; IT1156643B; FR2511044A1; JPS6349723B2; IT8203505A1; US4432793A; JPS5845311A; IT8203505A0

Description

Dipl.-Ing. Otto Hügel, Dipl.-Ing. Manfred Siigcr, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81

Diese Erfindung betrifft eine Ferrolegierung für die vorangehende Impfbehandlung von gegossenen und unvergütet zu verwendenden Kugelgraphitgüssen, sowie ein Verfahren für die Behandlung des flüssigen Roheisens mit dieser Ferrolegierung.

Die wohlbekannten Verfahren der Behandlungen der flüssigen Roheisen im allgemeinen, die in der folgenden Reihenfolge erschmolzen werden: Aufkohlung, Entschwefelung, Kugeligglühen, Impfung, enthalten meistens eine Nachimpfbehandlung, die mir Ferrolegierungseinsätzen durchgeführt wird, die zur Verfeinerung der Gefüges in die Formgüsse eingeführt werden und den Unvollkommenheiten der obengenanten davor gemachten Behandlung vorbeugen .

Die veränderliche Anzahl der beim Formen erzeugten Shäroiden hat verschiedene Spezifikationsmodelle; das Verhältnis Ferrit/Perlit der Matrize hängt in hohem Maße vom Graphitgefüge in den Roheisen gängiger chemischer Zusammensetzung ab. Es findet sich, daß für diese Roheisen die gewünschte Graphitmorphologie im allgemeinen unmittelbar durch Sphärolithisierungsbehandlung erlangt wird, entweder durch Zugabe von Magnesium, oder durch Zugabe einer magnesiumhaltigen Ferrolegierung Die Menge sphärolithisierender Ferrolegierung wird durch wohlbekannte Faktoren bestimmt, wie z.B. den in der Ausgangsschmelze enthaltenen Schwefel.

Diese Gebundenheit bei der Festlegung der Gesamtmenge von Ferrolegierung für die Behandlung kann nicht gestatten, die optimale Menge jedes Legierungsbestandteils zu erkennen.

Dipl.-liijj. OtIo Flügel, Dipl.-lng. Mailfred Sä^er, Palenta.w.iKe, Cosimastr. 8), D-8 München 81

Zur Vervollkommnung der gewünschten graphitischen Beschaffenheit werden dann und/oder zusätzlich Seltenerdmetalle verwendet, die in wohldosierten Mengen eine besonders günstige und wohlbekannte Wirkung haben. So bedarf es in den meisten Fällen der Zugabe von Seitenerdmetallen in das Roheisen zur Neutralisierung der kontaminierenden Bestandteile die von den Ausgangsstoffen zugeführt werden können. Allerdings können Zusatzüberschüsse seltener Erden melierte Gefüge hervorrufen, die zum Beispiel auf Karbide zurückzuführen sind, und zwar aufgrund des Verhaltens der Seltenerdmetalle im Roheisen. Diese können ebenfalls die Graphitsphäroiden entarten und/oder deren Menge reduzieren.

Ob nun die SeitenerdmatelIe Bestandteile der Ferrolegierungen auf Magnesiumbasis sind, oder aber unmittelbar dem flüssigen Roheisen zugesetzt werden, so bleiben die Dosierungen doch übermäßig heikel. Daraus ergibt sich ene oft schwankende Ausbeute, die manchmal zu der Notwendigkeit führt, auf die Verwendung von Einsätzen für das Nachimpfen in die Formgüsse zurückzugreifen, und andere Male zum ungewollten und schädlichen Auftreten entarteter Graphi tforrnen im erstarrten Gefüge.

Außerdem ist die Wirkung des Wismut, des Bleis oder des Antimons bezüglich der Neutralisierung der sphärolithisierenden Wirkung wohlbekannt. Das zunehmende Vorhandensein dieser Elemente im Roheisen führt somit zum Auftreten von entarteten Graphitgefügen, das bei Überdosierung nicht immer durch Zugabe von Seltenerdmetallen verhindert werden kann. Es findet sich auch, daß manchmal das Wismut, das Blei oder das Antimon ein bedeutendes Anwachsen der Anzahl von Sphäroiden verursachen kann, jedoch hat die Fähigkeit dieser Elemente, das kugelige Graphitgefüge zu entarten, bis jetzt ihre a 11 ge-

Dipl.-Ing. Otto Rüget, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 8I, D-8 München 81

meine Anwendung verhindert.

Diese Erfindung zielt hauptsächlich darauf, diesen Unzulänglichkeiten dank der Verwendung einer Ferrolegierung als Impfstoff für Kugelgraphitgüss* Abhilfe zu schaffen, was gestattet, gleichzeitig wohldosierte und gegenüber der sphärolithisierenden Wirkung neutrale Mengen von Seltenerdmetallen und Wismut nach der Sphärolithisierungs behandlung zuzuführen.

Zu diesem Zweck ist diese Ferrolegierung für die Impfbehandlung aer Kugelgraphitgüsse dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,005 bis 3 Gewichtsprozent von mindestens einem Metall der Gruppe seltener Erden enthält, sowie 0,05 bis 3 Gewichtsprozent von mindestens einem Element aus der das Wismut, das Blei und das Antimon umfassenden Gruppe, wobei der Rest hauptsächlich das normalerweise in den für die Impfung von Roheisen verwendeten Ferrolegierungen vorhandene Silizium und Eisen ist.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren für die Behandlung des flüssigen Roheisens mit der vorgenannten fErrolegierung als einzige Impfbehandlung, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß wohldosierte Mengen von Seltenerdmetallen mit ebenfalls wohldosierten Mengen von Wismut, Blei oder Antimon nach der Sphärolithisierungsbehandlung des Roheisens zugeführt werden, so daß die Summe der Elemente Seltenerdmetalle zwischen 0,005% und 0,1% Gewichtsanteil des Roheisens liegt, wohingegen die Summe der Elemente Wismut, Blei und Antimon zwischen 0,005% und 0,05% Gewichtsanteil des Roheisens ausmacht.

Dipl.-lng. Otto Flügel, Dipi.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 8i, Ü-8 München 81

Die erfindungsgemäße Ferrolegierung weist mehrere Vorteile auf. Zunächst gestattet diese Ferrolegierung aufgrund ihrer auf die Eigentümlichkeit ihrer Zusammensetzung zurückzuführenden Wirksamkeit, daß ihr Einsatz bezüglich der Güte des zu behandelnden Roheisens normiert bzw. indiziert werden kann, da sie ohne späteren weiteren ergänzenden Zusatz in die Gießpfanne- oder Formen eingegeben wird. Sie kann in feiner Granulierung am Einlaß der Gießformen oder in Körnerform am Einlaß der Gießpfannen verwendet werden. In jedem dieser Fälle wird die ferrolegierung vorzugsweise mechanisch in von der Behandlungsfolge bestimmten Zeiten und Mengen eingeführt .

Das Verfahren der Behandlung des flüssigen Roheisens mit der erfindungsgemäßen Ferrolegierung bringt eine Einsparung der Wärmebehandlungen und eine Reduzierung der Zeiten, eine Einsparung an Ferrolegierungseinsätzen, die Indizierung der Impfbehandlungen und die Entwicklung der Roheisen mit ferritischer Matrize geringer Dicke und hoher Zähigkeit mit sich.

Hiernach werden als nicht begrenzende Beispiele verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, auf der:

Die Abbildung 1 ein Diagramm ist, das die Veränderung der durchschnittlichen Anzahl von Sphäroiden pro Quadratmillimeter angibt, die in einem Querschnitt einer 6mm dicken Platte aus vergossenem Roheisen in Abhängigkeit des prozentualen Gehalts an zugegebenem Impfstoff gemessen werden, jeweils im Falle eines Impfstoffs herkömmlicher Zusammensetzung und eines erfindungsgemäßen Impfstoffes;

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Dipl.-lng. Otto Flügel, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimaslr. SI, D-K Miindicn S!

Die Abbildung 2 ein Diagramm ist, das die Veränderung der durchschnittlichen Zahl von Sphäroiden pro Quadratmillimeter und des prozentualen Periitgehaitgehaites in Abhängigkeit der Nachwirkzeit nach der Impfung veranschaulicht, jeweils im Falle eines herkömmlichen und eines erfindungsgemäßen Impfstoffes.

In allen Beispielen, die nachfolgend beschrieben werden, werden alle Prozentsätze der verschiedenen Bestandteile gewichtsanteilig angegeben.

In einer ersten Versuchsserie wurden die Keimfähigkeiten für den Graphit eines Impfstoffes A herkömmlicher Zusammensetzung auf der Basis von 0,8 bis 1,2% Ca, 4 bis 5% Al und 70 bis 72% Si und einer erfindungsgemäß erzielten Ferrolegierung B (auf der Basis von 0,59% Ca, 0,23% Al, 0,44% seltene Erden, 0,49 Bi und 71% Si, wobei der Rest hauptsächlich Fe war) verglichen. Die Chargen setzten sich aus Hämatitroheisen und gängigen Ferrolegierungen zusammen, die in einem Induktionsofen mit neutraler Auskleidung und einem Fassungsvermögen von 65 kg geschmolzen wurden.

Nach Justierung der chemischen Zusammensetzung des basischen Roheisens wurde das Schmelzbad auf eine Temperatur von 1500⁰C gebracht und im ofen mit Magnesium behandelt, bei Zugabe von 0,85% einer Legierung,die 13 bis 17% Mg, ca. 85% Ni, ohne Mischmetall oder seltene Erden, enthielt.

Das so behandelte Roheisen wurde danach in eine mit Gas vorerhitzte Gießpfanne gegossen und bei einer Temperatur von 1400⁰C geimpft. 6mm starke Platten wurden unmittelbar nach der Impfung vergossen. Die endgültige

Dipl.-lng. Olto Hügel, DipJ.-lng. Manfred Si^er, Patentair Wille, Cosimasir. 81, L)-S München

chemische Zusammensetzung, also nach Impfung des Roheisens, ist für alle Versuche wie folgt:

%C %Si %Mi XP ' %S *Ni % Mg 3,55-3,70 2,20-2,«) ^0755" 0,02-0,025 «sO.OlO 0,70-0,75 0,000-0,060

Die Tabelle 1 zeigt die Veränderung der durchschnittlichen Anzahl N der Sphäroiden pro QuadratmiΠimeter, gemessen in einem Querschnitt der 6mm dicken Platten in Abhängigkeit des prozentualen Gehalts i an beigegebenem Impfstoff, und zwar in den Fällen der Legierungen A und B. Diese Veränderungen werden durch die entsprechenden Kurven N. und N_ß der Abbildung 1 veranschaulicht.

TABELLE 1

Prozentualer Gehalt an beigegebenem Impfstoff, - (i) -

Durchschnittliche Anzahl von

2 Sphäroiden pro mm in einem Querschnitt einer 6mm dicken Platte. - (N) -

0,2

0,35

0,5

0,7

1,0

1,3

Legierung A	Legierung B
186	368
2*6	483
281	727
429	712
488	989
512	1238

Dipl.-Ing. Otto Flüge), Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr, 81. D-S München Xl

Die Zählung der Anzahl der Sphäroiden erfolgte mit Hilfe eines optischen Mikroskops mit 250facher Vergrößerung. Mit der erfindungsgemäßen Legierung B ist das völlige fehlen jeglicher Forip entarteten Graphits festzustellen, bei gleich welche¹" Beitragsquote dieser Legierung B. Für die chemische Zusammensetzung des gewählten Roheisens liegt die Mindestanzahl der Sphäroiden, die notwendig ist, um im Gußzustand ein karbidfreies Gefüge an den Enden der 6mm dicken Platten zu garantieren, bei ungefähr 570. Die Abbildung 1 zeigt, daß man bei Anwendung der Legierung A herkömmlicher Zusammensetzung niemals zu einem völlig grauen Gefüge gelangt.

Für die zweite Schmelzenfolge wurde dieselbe endgültige chemische Zusammensetzung des Roheisens wie für die erste gewählt". Für diese Schmelzvorgänge wurden Vergleichsversuche mit dem Impfstoff A der weiter oben genannten herkömmlichen Zusammensetzung durchgeführt, sowie mit anderen Impfstoffen, nämlich:

- Legierung C der Zusammensetzung : Ferrolegierung zu

0,44% Ca, 1,9-2% Al, 0,26% seltene Erden und 73% Si, Rest: Fe;

- Legierung D : erfindungsgemäße Ferrolegierung zu 0,9% Ca,

0,2% Al, 0,74% seltene Erden, 1,45% Bi und 72% Si, Rest: Fe.

Der vierte getestete, dem Schmelzvorgang A4 entsprechende Impfstoff war aus reinen Misch- und Wismut (Bi)-Metallstücken zusammengesetzt, die mittels einer Stahlstange in das Schmelzbad getaucht wurden. Die Resultate dieser Versuche sind in nachstehender Tabelle II vereint.

fc, ν ι w V

Dipl.-lng. Otto Flügel, Dipl.-lng. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-S München 81

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	TABELLE II	Durchschnittliche Anzahl	Härte HBlO/3000/
Nr. des	Prozentualer Gehalt an	von Sphäroiden/nm2 in der	15 in der 24nm-
Schmelz	bei gegebenen Irtpf stof	Platte mit einer Dicke von	Platte
vorgangs	fen und Typ	6mn 12mn 24nm
		186 117 71	183
Al	0,2 der Legierung A	205 123 70	186
A2	0,2 dar Legierung C	493 240 193	161
A3	0,2 Her Legierung D	(meliert)(meliert) 40	203
A4	0,005 ffischnetan
	+ 0,005 Bi

Beim Schmelzvorgang A4, das heißt mit 0,005% Mischmetall und 0,005% Bi als Impf stoff,wurden bei den 6- bis 12mm -Platten melierte GEfüge erreicht, deren Sphäroiden-Anzahl nicht bestimmt wurde, und mit den 24mm-Platten eine geringe Anzahl von Sphäroiden meist unregelmäßiger Form: 10% Typl + 85% Typ II + 5% Typ V (Einstufung der Graphittypen gemäß ASTM-Bestimmungen A247-67). Obenstehende Tabelle II zeigt, daß die Impfstoffe A und C praktisch äquivalent sind. Hingegen erzeugt die erfindungsgemäß erzielte Legierung D wiederum Resultate, die diejenigen der beiden herkömmlichen Legierungen A und C übertreffen, was sich in einer viel bedeutenderen Anzahl von Sphäroiden in allen Formgußmassigkeiten niederschlägt. Daraus ergeben sich bedeutendere Ferritgehalte in den Gefügen und demzufolge beispielsweise viel weniger hohe Härten, wie es die letzte Spalte der Tabelle II anzeigt. Die in der Tabelle angegebenen Resultate des Schmelzvorgangs A4 beweisen, daß die Zufuhr seltener Erden und das Wismut in

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- .11 konzentrierter Form keine besondere Impfwirkung hat.

In einer dritten Schmelzenfolge wurde ebenfalls das Verhalten der Legierungen auf das Schwinden des Impfeffekts untersucht.

6mm dicke Platten wurden mit verschiedenen Nachwirkzeiten nach Impfung vergossen. 200kg flüssiges Roheisen wurden mit Magnesium bei 155O°C im Ofen behandelt, unter Beigabe von 1,1% derselben Ni- und Mg-Legierung ohne seltene Erden, wie die in der ersten Versuchsfolge verwendete. Die Gesamtzufuhr an Impfstoff beträgt 1%,wovon die Hälfte bei der Umfüllung des Roheisens aus dem Ofen in die Gießpfanne und die andere ganz knapp vor dem Vergießen der ersten Platte zugegeben wurde. In diesem Augenblick betrug die Temperatur des Roheisens 1.440-1,445⁰C. Die erfindungsgemäße Legierung B wurde mit einer Ferrolegierung E zu 0,57% Ca, 0,2% Al, 0,42% seltene Erden und 71% Si, Rest: Fe verglichen. Die endgültige chemische Zusammensetzung des Roheisens unterschiedet sich von derjenigen der beiden ersten Versuchsserien nur durch ein höheres Kohlenstoff äqui valent . Diese endgültige Zusammensetzung des Roheisens ist in der untenstehenden Tabelle III gegeben.

TABELLE III

Nr. des Schmelz- Impfstoff Zusammensetzung des Vorgangs Roheisens

% C % Si % Mg % Ni

Bl Legierung E 3,80 2,85 0,051-0,045 0,93

B2 LegierungB 3,86 2,92 0,952-0,045 0,91

Die Versuchsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle angegeben, wo N die durchschnittliche Anzahl von Sphäro-

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iden pro Quadratmi11imeter in 6mm dicken Platten darstellt, P den prozentualen Perlitgehalt in diesen Platten, t die Schmelzdauer nach der Impfung, in Minuten, und T die in der Gießpfanne gemessene Schmelztemperatur in ⁰C.

TABELLE IV

Nr. des Schmelzvorgangs

Platten-Nr.

B Τ Impfstoff Legi erung	V N : P :	1	2	3	4	9	5	6	7
E	T :	0 401 12,9	1 230 43,8	3 207 44,6	5 210 46,	2	7 230 46,9	9 231 46,7	Π 247 46,5
B 2	t_r:	1444	1436	1424	141		1396	1384	1370
Impfstoff	N : P :	0	1	3	5	1	8	11
Legi erung	T :	1275 0,5	523 22,5	433 29,2	354 30,	0	344 32,3	330 31,2
B		1445	1435	1425	141		1390	1372

In der Abbildung 2 zeigen die Kurven Ρ« und seits und N_R und

einer-

P andererseits jeweils die Veränderung der Anzahl der Sphäroiden N und des Perlitgehalts P im Falle der erfindungsgenäßen Legierung B und der Legierung E herkömmlicher Zusammensetzung.

Die Tabelle IV und die Abbildung 2 veranschaulichen die günstigere Auswirkung des Impfstoffes B auf das Gefüge in den Formgüssen mit schwacher Massigkeit: in der Tat werden während der ganzen Schmelzdauer bedeutendere Men-

Dipl.-lng. Otto Flügel, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Palcnlan walte, Cosimaslr. 81, D-8 München 81

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gen von Sphäroiden und viel niedrigere Perlitquoten erzielt.

Claims

Dipl.-lng. Otto Hügel, Dipl.-Ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimastr. 8), D-S München SI SOCIETE ANONYME NOBEL BOZEL 3 Avenue du General de Gaulle 92800 Puteaux France 12.044 Ferrolegierung für die vorangehende Impfbehandlung von gegossenen und unvergiitet zu verwendenden Kugelgraphitgüssen sowie Verfahren für die Behandlung des flüssigen Roheisens mit dieser Ferrolegierung PATENTANSPRÜCHE

1. Ferrolegierung für die Impfbehandlung von Kugelgraphitgüssen, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,005 bis 3 Gewichtsprozent von mindestens einem Metall der Gruppe seltener Erden sowie Metalle oder Mischmetalle von 0,05 bis 3 Gewichtsprozent mindestens eines Elements aus der Wismut, Blei und Antimon umfassenden Gruppe enthält, wobei der Rest hauptsächlich Silizium und das normalerweise in den für die Impfung der Roheisen verwendeten Ferrolegierungen vorhandene Eisen ist.

2. Verfahren der Behandlung des flüssigen Roheisens mit einer Ferrolegierung nach Anspruch 1, als einzige Impfbehandlung, dadurch gekennzeich net, daß wohldosierte Mengen von Seltenerdmetallen mit ebenfalls wohldosierten Mengen von Wismut, Blei oder Antimon nach der Sphärolithisierungsbehandlung des Roheisens so zugeführt werden, daß die Summe der

Dipl.-Ing. Olio Flügel, Dipl.-ing. Manfred Säger, Patentanwälte, Cosimaslr. 81, D-8 München 81

Elemente von Seitenerdmetallen 0,005 und 0,1 Gewichtsprozente des Roheisens liegt, wohingegen die Summe der Metalle oder Mischmetalle aus Wismut, Blei und/oder Antimon zwischen 0,005 und 0,05 Gewichtsprozent des Roheisens ausmacht.