DE3504432C2

DE3504432C2 - Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargraphit

Info

Publication number: DE3504432C2
Application number: DE3504432A
Authority: DE
Inventors: Urs Dipl.-Ing. Dachsen Brandenberger; Werner Dipl.-Ing. Schaffhausen Menk
Original assignee: Georg Fischer AG
Current assignee: Georg Fischer AG
Priority date: 1984-04-13
Filing date: 1985-02-09
Publication date: 1986-10-02
Also published as: IL74651A0; DE3504432A1; ES542218A0; IT1185080B; BE902116A; PL252524A1; KR850007804A; IT8519954A0; GB8506924D0; SE8501814L; US4900509A; FR2562910B1; FI851450L; SE462621B; RO92247A; NL8500811A; ES8705045A1; RO92247B; SE8501814D0; JPS60234910A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit Vermiculargraphit vorgeschlagen, bei dem als Ausgangsschmelze eine GGG-Schmelze verwendet wird, die auf treffsichere Art reproduzierbar in einem Konverter hergestellt werden kann, wobei konstante Schwefel- und Sauerstoffgehalte vorliegen. Ausgehend von diesen Kennwerten der GGG-Schmelze wird zusätzlich Schwefel der Schmelze beigemischt, wobei die Zugabemenge entsprechend der Formel $A S = A · Mg - B $A bestimmt wird. Dabei bedeuten: S = Zugabemenge des schwefelhaltigen Stoffes bezogen auf Reinschwefel in Gew.-%, Mg = Magnesiumgehalt der Ausgangsschmelze in Gew.-%, A = Magnesiumfaktor: 0,9 ≦ A ≦ 1,2, B = Schwefelkonstante: - 0,02 ≦ B ≦ + 0,05. Die Treffsicherheit und Reproduzierbarkeit des vorgeschlagenen Verfahrens beruht hauptsächlich darauf, daß bereits in der ersten Verfahrensstufe Unsicherheitsfaktoren ausgeschaltet werden können, weil die Herstellung einer GGG-Schmelze insbesondere von der Anmelderin sicher beherrscht wird. Zudem ist es das einzige bisher bekannte Verfahren, das für automatische Anlagen zum wahlweisen Vergießen von GGG oder GGV geeignet ist.

Description

S = A · Mg - B,

wobei
S =
Mg =

A =
B =

Zugabemenge des schwefelhaltigen Stoffes bezogen auf Reinschwefel in Gew.-%,

Magnesiumgehalt der Ausgangsschmelze in Gew.-°/o,

Magnesiumfaktor: 0,9 < A < 1,2,

Schwefelkonstante:—0,02 < B < +0,05.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schwefelhaltige Stoff ein Gemisch aus elementarem und/oder gebundenem Schwefel ist, wobei das Gemisch zusätzlich einen oder mehrere andere Stoffe enthält, z. B. Cer, Cer-MM, Titan, Ca, Al, Zr, Bi.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem schwefelhaltigen Stoff Impfmittel, z. B. FeSi, der Schmelze zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schwefelhaltige Stoff in den Gießstrahl und/oder in die Form eingebracht wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zugabe des schwefelhaltigen Stoffes erzeugten Reaktionsprodukte durch Einsetzen von Filtern ins Gießsystem vom Eindringen ins Gußstück abgehalten werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schwefelhaltige Stoff einerseits reiner Schwefel ist, andererseits chemisch an andere Elemente gebunden oder in Gemisch vorliegt, z. B. Schwefelkies, sulfidisches Erz, Eisensulfid oder Magnetkies,

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsschmelze konverterbehandeltes Gußeisen mit Kugelgraphit verwendet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit Vermiculargraphit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gußeisen mit Vermiculargraphit (GGV) ist als Werkstoff zwischen Gußeisen mit Lamellengraphit (GGL) und Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG) anzusiedeln. Wegen seiner besonderen mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Zähigkeit und Elastizitätsmodul ist dieser Werkstoff dem Werkstoff GGL überlegen. Gegenüber dem Werkstoff GGG weist Gußeisen mit Vermiculargraphit eine höhere Wärmeleitfähigkeit und günstigeres Verzugsverhalten bei Temperaturbeanspruchung auf und zeichnet sich besonders durch bessere gießtechnische Eigenschaften aus.

Die Nachfrage nach dem Werkstoff GGV ist den letzten Jahren stark angestiegen. Mit diesem Anstieg konnte jedoch die Beherrschung eines treffsicheren, reproduzierbaren Herstellungsverfahrens nicht schritthalten, so daß in vielen Betrieben auf die Herstellung von GGV verzichtet wird. Man ist nicht gewillt, eine große Streuung in der Herstellung in Kauf zu nehmen.

Aus der DE-OS 24 58 033 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Ausgangsschmelze Tiit Magnesium vorbehandelt wird, bis der Schwefelgehalt auf 0,01% S sinkt und bei dem die Zeit zwischen der Mg-Behandlung und dem Zusatz von Seltenerdmetallen so bemessen ist, daß keine Kugelgraphitbildung stattfindet.

Weiter ist aus der DE-OS 24 58 033 ein Verfahren bekannt, bei dem das Ausgangseiser. vor der Behandlung mit Seltenerdmetallen (z. B. Ce-Mischmetall) einer Magnesium-Behandlung zu unterziehen, wobei die Mg-Zugabemenge so bemessen ist, daß der Schwefel bis auf Werte von höchstens 0,01% entfernt wird, aber nur eine so geringe Mg-Menge im Eisen gelöst bleibt, die nicht ausreicht, um zur Ausscheidung von kugelförmigem Graphit zu führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verfahren dahingehend zu verbessern, daß auf schnelle, treffsichere und reproduzierbare Art Gußeisen mit Vermiculargraphit herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches gelöst. Vorteilhafte Weitergestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den bisher angewendeten Verfahren insbesondere dadurch, daß die Herstellung nicht auf dem direkten Weg erfolgt, sondern vielmehr indirekt sozusagen in zwei Stufen.

Zunächst wird eine Ausgangsschmelze hergestellt, nämlich eine GGG-Schmelze. Dieses Herstellungsverfahren wird von der Anmelderin mit einer perfekten Treffsicherheit beherrscht, nicht zuletzt, weil der Pioniervorschlag für die Herstellung einer GGG-Schmelze von der Anmelderin stammt. Diese GGG-Schmelze wird durch Entschwefeln, Desoxidieren und Magnesiumlegieren der Schmelze hergestellt. Erfolgt die Herstellung der GGG-Schmelze in einem von der Anmelderin entwickelten Konverter, so kann mit nahezu konstantem Schwefel- und Sauerstoffgehalt gerechnet werden. Darin ist ein besonderer Vorteil zu erblicken, weil bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Gußeisens mit Vermiculargraphit auf diese Weise in der ersten Stufe des Herstellungsverfahrens bereits ein Streuungsbereich erheblich reduziert bzw. ausgeschaltet wird, der auf die Reproduzierbarkeit der Endschmelze einen wesentlichen Einfluß hat. Selbstverständlich kann GGG auch über andere Verfahren hergestellt werden.
In der zweiten Verfahrensstufe wird dann zur GGG-

Schmelze ein schwefelhaltiger Stoff entsprechend der Gleichung

S = A · Mg - B.
zugegeben. Dabei bedeuten:

S = Zugabemenge des schwefelhaltigen Stoffes bezogen auf Reinschwefel in Gew.-%,

Mg = Magnesiumgehalt der Ausgangsschmelze in Gew.-%,

A = Magnesiumfaktor: 0,9 < A < 1,2,

B = Schwefelkonstante:—0,02 < B < +0,05.

Die Zugabe des schwefelhaltigen Stoffes kann in elementarer Form oder in gebundener Form erfolgen, z. B. als sulfidisches Erz oder als Eisensulfid. Ebenso kann der Schwefel als Gemisch elementaren u.id/oder gebundenen Schwefels mit einem oder mehreren anderen Stoffen zugegeben werden. Durch die Zugabe von zusätzlichen Schwefelmengen wird die späfolithische Form des Graphits verändert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Einer nach dem NiMg-Verfahren hergestellten GGG-Schmelze der Zusammensetzung

3,54 Gew.-%	C
2,27 Gew.-%	Si
0,12Gew.-%	Mn
0,02 Gew.-%	Cu
0,01 Gew.-%	P
0,92 Gew.-%	Ni
0,006 Gew.-%	3
0,079 Gew.-%	Mg

gegossene Lunkerprobe mit Wandstärken von 15—18 mm wies 70% Graphitform 111, Rest V + Vl auf (nach VDG-Merkblatt P 441) und zwar lunkerfrei, zeigte also ein dem Grauguß gleichwei iiges Lunkerverhal- o ten.

Beispiel 3

Einer nach dem +GF+-Konverterverfahren hergestellten GGG-Schmelze der Zusammensetzung

wurden entsprechend der Gleichung
S = A · Mg - B

0,050 Gew.-% S in Form von Schwefelkies (40% S) zugegeben und mit 0,3 Gew.-% FeSi 75 geimpft. Die Gußstücke wiesen unabhängig von der Wandstärke 50% (5 mm) bis 80% (40 mm) Graphitform III,-Rest jeweils V + VI auf (nach VDG-Merkblatt P 441).

Beispiel 2

Einer ebenfalls nach dem NiMg-Verfahren hergestellten GGG-Schmelze der Zusammensetzung

3,52 Gew.-%	C
2,32 Gew.-%	Si
0,12 Gew.-%	Mn
0,02 Gew.-%	Cu
0,71 Gew.-%	Ni
0,005 Gew.-%	S
0,052 Gew.-%	Mg
wurden entsprechend der Gleichung
S = A · Mg - B

3,50 Gew.-%	C
2,03 Gew.-%	Si
0,10Gew.-%	Mn
0,006 Gew.-%	S
0.G55 Gew.-%	Mg

wurden entsprechend der Gleichung
S = A - Mg — B

0,041 Gew.-% S in Form eines 18 Gew.-% S enthaltenden Gemisches zusammen mit 0,3 Gew.-% FeSi 75 vermengt zugegeben. Die Gußstücke wiesen abhängig von der Wandstärke 80% (6 mm) bis 95% (30 mm) Graphitform III, Rest V + VI auf (nach VDG-Merkblatt P441).

Beispiel 4

Einer nach dem +GF + 'Konverterverfahren hergestellten GGG-Schmelze der Zusammensetzung

65

0,020 Gew.-% S in Form von Schwefeleisen (40% S) zugegeben und mit 0,3 Gew.-% FeSi 75 geimpft. Die

3,57 Gew.-%	C
2,06 Gew.-%	Si
0,41 Gew.-%	Mn
0,11 Gew.-%	Cu
0,05 Gew.-%	P
0,006 Gew.-%	S
0,045 Gew.-%	Mg

wurden entsprechend der Gleichung
S = A · Mg - B

0,035 Gew.-% S in Form von Magnetkies (36% S) zugegeben. Im Gießsystem war ein schaumkeramischer Filter eingesetzt worden, vor den ein Brocken Formimpfmittel gelegt wurde. Die Gußstücke wiesen je nach Wandstärke 50% (5 mm) bis 80% (40 mm) Graphitform III, Rest V + VI auf (nach VDG-Merkblatt P 441).

Beispiel 5

Als Ausgangsschmelze wurde eine GGG-Schmelze nach dem NiMg-Verfahren mit folgender Zusammensetzunghergestellt:

60

3,5 Gew.-%	C
2,5 Gew.-%	Si
0,15 Gew.-%	Mn
0,05 Gew.-%	Cu
0,05 Gew.-%	P
0,005 Gew.-%	S
0,06 Gew.-%	Mg
Rest Eisen.

Durch Zugabe von 0,2 Gew.-% FeS und einem Impfmittel, vorzugsweise FeSi 75 wurde ein Mg-S-Verhält-

nis von 1,27 in der Endschmelze eingestellt. Eine Gefüge-Analyse ergab, daß S0°/o des Graphitanteiles eine Graphitausbildung Ii! nach VDG-Merkblatt P 441 aufwies. Die restlichen 10% konnten den Gruppen V und VI zugeordnet werden.

Mit der Endschmelze wurden Gußstücke mit Modul 0,3—2,5 cm abgegossen.

Der besondere Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß zunächst eine GGG-Schmelze hergestellt wird, deren Kenndaten genau vorliegen. Danach wi-\i zusätzlich Schwefel beigemischt, wobei die zuzugebende Menge einfach aus den genau bekannten Kennwerten der GGG-Schmelze ermittelt werden kann. Daraus resuUiert die treffsichere und reproduzierbare Herstellung des Gußeisens mit Vermiculargraphit. Außerdem kann mit dem gleichen Eisen auf automatischen Anlagen wahlweise GGG oder GGV hergestellt werden, da die jeweils pro Kasten benötigte Eisenmenge durch Zugabe von Schwefel im Gießpfännchen erzeugt wird.

Falls erforderlich, kann mit der Zugabe von schwefelhaltigen Stoffen gleichzeitig auch ein Impfmittel zugegeben werden. Das Impfmittel kann jedoch erst in den Gießstrahl oder sogar in die Form eingebracht werden.

Als Mittel für die Durchführung des Verfahrens eignet sich in besonderer Weise eine Gießpfanne oder auch ein Transportkessel.

30

35

40

50

55

60

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit Vermiculargraphit, wobei ein M g/S-Verhältnis im Bereich 2:1 bis 1:1 eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsschmelze eine Schmelze von Gußeisen mit Kugelgraphit verwendet wird, deren Magnesium-Schwefel-Verhältnis durch Zugabe eines schwefelhaltigen Stoffes verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsschmelze eine Gußeisenschmelze verwendet wird, deren chemische Zusammensetzung so eingestellt wird, daß das so erstarrte Gußstück im wesentlichen kugelige Graphitformen aufweist, wobei mindestens 60% der Form V + VI nach VDG-Merkblatt P 441 entsprechen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausgangsschmelze ein schwefelhaltiger Stoff zugegeben wird, wobei die auf Reinschwefel bezogene Zugabemenge der folgenden Formel entspricht: