DE3603277C1

DE3603277C1 - Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit

Info

Publication number: DE3603277C1
Application number: DE19863603277
Authority: DE
Inventors: Heinz 4047 Dormagen Hafner; Hansjörg 4178 Kevelaer Polte
Original assignee: GESELLSCHAFT fur METALLURGIE HAFNER und POLTE MBH 4000 DUESSELDORF DE; METALLURG HAFNER und POLTE MBH; Gesellschaft Fuer Metallurgie Hafner und Polte Mbh 4000 Duesseldorf
Current assignee: Gfm Fesil Gesellschaft fur Metallurgie und Legier
Priority date: 1986-02-04
Filing date: 1986-02-04
Publication date: 1991-05-08

Description

Der Einfluß auf den Keimzustand ist dabei so groß, daß nur noch geringe Impfmittelzugaben in der Größenordnung von 0,2 bis 0,3 Gew.-% benötigt werden und daß wieder auf relativ einfache und billige Impfmittel, wie beispielsweise Ferrosilicium, zurückgegriffen werden kann. Dabei sind die Kosten insgesamt geringer als bei den bekannten Verfahren, bei denen mit teuren Impfmitteln gearbeitet wird.
In der Literatur ist zwar vereinzelt darauf hingewiesen worden, daß metallurgisches Siliciumcarbid Impfwirkung hat. Versuche haben jedoch gezeigt, daß diese Impfwirkung - wenn überhaupt - nur gering und vor allem nicht reproduzierbar ist. Deshalb hat sich Siliciumcarbid selbst als Impfmittel nicht durchsetzen können und wird in der Praxis nicht angewandt.
Zum Auffinden des hier vorgeschlagenen Verfahrens bedurfte es zunächst der Abkehr von der obengenannten Theorie, daß der Keimzustand maßgeblich vom Sauerstoffgehalt der Schmelze bestimmt wird. Untersuchungen hatten nämlich ergeben, daß die Gußeisenschmelze durch die Behandlung mit Kugelgraphitbildnern extrem desoxidiert wird - der Sauerstoffgehalt ist nach der Behandlung stets kleiner als 10 ppm - und auch bis zur Erstarrung keine zusätzliche Sauerstoffaufnahme erfolgt. Entsprechend mußte die Keimbildung auf anderen Mechanismen beruhen. Es wurde die Theorie aufgestellt, daß bei der Abkühlung Überkonzentrationen von Si und C entstehen, die die Graphitkristallisation auslösen. Die Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen die Vermutung zu, daß diese Theorie zutreffend ist.
In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß Siliciumcarbid in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Gew.-% zugegeben wird. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Siliciumcarbid in einer kleinen Körnung, also in Staubform, zuzugeben, wobei der Bereich unter 1 mm bevorzugt ist.
Damit bei der Siliciumcarbid-Zugabe keine Schlakkenbildung auftritt, sollte jungfräuliches metallurgisches Siliciumcarbid zugegeben werden, welches eine Reinheit von zumindest 85%, wobei Werte von ca. 95% vorzuziehen sind. Dies bedeutet, daß das Pulver bzw.
der Staub einen diesen Prozentzahlen entsprechenden SiC-Gehalt hat. Die Zugabemengen beziehen sich dabei immer auf das reine SiC.
Besonders bewährt hat sich die Verwendung von bei der Aufbereitung von Siliciumcarbid anfallendem Absaugmaterial erwiesen. Bei der Aufbereitung von Siliciumcarbid, insbesondere der Zerkleinerung, entsteht nämlich ein Staub, der aus Arbeitsschutzgründen abgesaugt werden muß. Er ist sehr feinkörnig und hat eine Reinheit bis zu 98%.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor allem für Schmelzen geeignet, die folgende Gehalte in Gew.-% aufweisen: 3,4 bis 4,2% Kohlenstoff, 1,0 bis 3,0% Silicium, 0,15 bis 3,0% Mangan, ca. 0,05% Kupfer, ca. 0,05% Chrom.
Eine solche Basisschmelze sollte mit einer Überhitzung bis ca. 1500"C erschmolzen werden. Anschließend wird die Schmelze in ein Behandlungsgefäß eingefüllt.
Zu Beginn des Einfüllens wird das Siliciumcarbid abgepackt der Schmelze zugegeben. Hierfür eignen sich insbesondere Papierbeutel. Dadurch wird verhindert, daß das staubförmige Material auf Grund der starken Luftbewegung verblasen wird.
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Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, bei dem der Schmelze ein Kugelgraphitbildner, beispielsweise Magnesium, und anschließend ein Impfmittel, beispielsweise Ferrosilicium, zugegeben wird, dadurch gekennzeichn e t, daß der Schmelze vor der Behandlung mit dem Kugelgraphitbildner, mindestens jedoch etwa 15 Minuten vor dem Vergießen, Siliciumcarbid mit einer Körnung bis höchstens 5 mm und in einer Menge von maximal 1 Gew.-% zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumcarbid in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Gew.-% zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumcarbid eine Körnung von maximal 1 mm hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumcarbid mit einer Reinhelt von zumindest 85%, vorzugsweise ca.

95% eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Aufbereitung von Siliciumcarbid anfallende Absaugmaterial verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze folgende Gehalte in Gew.-% aufweist: 3,4 bis 4,20/u Kohlenstoff, 1,0 bis 3% Silicium, 0,15 bis 3% Mangan, ca. 0,05% Kupfer, ca. 0,05% Chrom.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze vor dem Einfüllen in ein Behandlungsgefäß auf ca. 1500"C überhitzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Impfmittel 0,2 bis 0,3 Gew.-n/o Ferrosilicium zugegeben wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, bei dem der Schmelze ein Kugelgraphitbildner, beispielsweise Magnesium, und anschließend ein Impfmittel, beispielsweise Ferrosilicium, zugegeben wird.

Zur Einstellung der Bedingungen, die eine Kugelgraphitbildung bewirken, werden einer Gußeisenschmelze - meist in besonderen BehanUlungsgefäßen - sogenannte Kugelgraphitbildner, in der Regel Magnesium, zugegeben. Diese Behandlung erhöht die Neigung zur zementitischen (weißen) Erstarrung des Gußeisens bei der Abkühlung. Deshalb bedürfen mit Kugelgraphitbildnern behandelte Gußeisen schmelzen generell einer Impfung. Deren Wirkung besteht darin, daß die Löslich- -keit des Kohlenstoffs im Eisen herabgesetzt wird, so daß er bei der Erstarrung bereitwilliger als Graphit ausscheidet.

Ferner gibt das Impfmittel dem Kohlenstoff bei der Graphitbildung Starthilfe dadurch, daß es ihm die zum Kristallisationsbeginn nötigen Fremdteilchen »Kristalli- satoren« anbietet. Auf diese Weise kann die Graphitkristallisation gleich beim Erreichen der Erstarrungstemperatur beginnen und wird nicht verzögert. Eine Unterkühlung der Graphiterstarrung wird vermieden.

Als lmpfmittel werden in den meisten Fällen Impflegierungen, also Metallverbindungen, verwendet. Dabei werden an die Zusammensetzung, Löslichkeit und Wirkung des jeweiligen Impfmittels im Vergleich zur Impfung von Gußeisen mit Lamellengraphit besonders hohe Ansprüche gestellt, d. h., es kommen im wesentlichen nur höherwertige und damit teure Impflegierungen in Frage. Dabei sind Mengen zwischen 0,3 bis 1,2%, bezogen auf die Flüssigeisenmenge, üblich.

Das Erstarrungsverhalten von Gußeisen ist jedoch nicht allein von der Zugabemenge und der Qualität des Impfmittels abhängig, sondern mindestens im gleichen Umfang von der Kristallisationsfähigkeit, d. h., dem Keimzustand der Schmelze vor und bei der lmpfmittelzugabe. Die Wirkung eines Impfmittels hängt also stark von dem Keimzustand der Schmelze ab. In der Fachwelt ist man bisher der Auffassung, daß maßgebend für den Keimzustand der Sauerstoffgehalt in der Schmelze ist.

Man geht nämlich davon aus, daß ein bestimmter Sauerstoffgehalt in Verbindung mit verschiedenen Elementen eine Kette von Oxiden bildet, die sich temperaturabhängig aus der Schmelze ausscheiden und damit Keime für die Kristallisation bilden. Obwohl diese Theorie allgemein anerkannt ist, treten immer wieder Unterschiede im Erstarrungsverhalten auf, die sich mit dieser Theorie nicht befriedigend erklären lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dem sich das Erstarrungsverhalten von mit Kugelgraphitbildnern behandeltem Gußeisen gezielt und reproduzierbar einstellen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelze unmittelbar vor der Behandlung mit dem Kugelgraphitbildner, mindestens jedoch etwa 15 Minuten vor dem Vergießen, Siliciumcarbid mit einer Körnung bis höchstens 5 mm und in einer Menge von maximal 1 Gew % zugegeben wird.

Überraschenderweise kann der Keimzustand einer Schmelze durch die erfindungsgemäße Zugabe von Siliciumcarbid gezielt und jederzeit reproduzierbar eingestellt werden. Dies wirkt sich entsprechend auf das Erstarrungsverhalten der Gußeisenschmelze aus. Es werden Gußstücke mit einem vollständig ferritischen Grundgefüge erhalten, wobei ohne weiteres eine Graphitkugelzahl über 250 Kugeln/mm2 eingestellt werden kann. Auf die ansonsten übliche Wärmebehandlung des Gußstückes kann dabei sogar verzichtet werden.

Ferner wurde beobachtet, daß das Selbstdichtspeisungsverhalten durch das erfindungsgemäße Verfahren außerordentlich positiv beeinflußt wird. Auch die bei den vorbekannten Verfahren auftretende Microporosität wird weitestgehend vermieden, so daß mindestens 20% Dehnung im Gußzustand bei ferritischem Grundgefüge erzielt werden.

Der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt zugute, daß das Siliciumcarbid ein sehr träges Auflösungsverhalten hat, so daß es in noch ungelöstem Zustand in der Schmelze suspendiert und durch die intensive Badbewegung bei der Behandlung mit dem Kugelgraphitbildner gleichmäßig verteilt wird. Die Graphitkeimbildungsfähigkeit bleibt somit auch nach der Magnesiumbehandlung praktisch vollständig erhalten.