DE3639658A1 - Process for producing castings from a nodular graphite iron - Google Patents

Process for producing castings from a nodular graphite iron

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Abstract

A process for producing castings from nodular graphite iron with an austenitic-bainitic mixed microstructure is proposed. A melt with the usual quantities of silicon, carbon, phosphorus, sulphur, magnesium, if appropriate copper and if appropriate nickel as well as additional quantities of less than 0.3% of manganese and 0.2 to 0.8% of molybdenum is used in this case. The casting is heated to an austenitisation temperature of 800 to 870@C and held at this temperature up to austenitisation. It is then brought, within less than 2 minutes, from the austenitisation temperature zone into the bainitisation temperature zone, cooled therein to a bainitisation temperature of 350 to 400@C and held at this temperature for a time corresponding to the desired bainite content. In order to achieve a high elongation and toughness while also ensuring a high yield strength required for reducing the weight of components, and a hardness which is particularly appropriate for machining, it is provided that the casting is held for preferably 60 to 120 minutes at the austenitisation temperature, brought from the austenitisation temperature limit into the bainitisation temperature zone within less than one minute and held for 60 to 120 minutes at the bainitisation temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit mit austenitisch- bainitischem Mischgefüge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing Nodular cast iron castings with austenitic bainitic mixed structure according to the preamble of claim 1.

Bei einem durch die EP-B 18 445 bekanntgewordenen Ver­ fahren dieser Art werden die Gußstücke aus einer Schmelze hergestellt mit den üblichen Mengen an Silizium, Kohlen­ stoff, Phosphor, Schwefel, Magnesium, gegebenenfalls Kupfer und gegebenenfalls Nickel sowie zusätzliche Mengen von weniger als 0,3% Mangan und 0,2 bis 0,8% Molybdän, wobei das Gußstück auf eine Austenitisierungstemperatur von 800 bis 870°C erwärmt sowie bis zur Austenitisierung auf dieser Tem­ peratur gehalten, anschließend in weniger als zwei Minuten von der Austenitisierungstemperaturzone in die Bainitisierungs­ temperaturzone gebracht, dort auf eine Bainitisierungstempe­ ratur von 350 bis 400°C abgekühlt und für eine dem gewünschten Bainitanteil entsprechende Zeit auf dieser Temperatur ge­ halten wird.In a Ver. Which became known from EP-B 18 445 The castings are made from a melt made with the usual amounts of silicon, coal substance, phosphorus, sulfur, magnesium, optionally copper and optionally nickel and additional amounts of less than 0.3% manganese and 0.2-0.8% molybdenum, the Casting to an austenitizing temperature of 800 to Heated to 870 ° C and on this temp temperature, then in less than two minutes from the austenitization temperature zone to the bainitisation brought temperature zone, there to a bainitization temp cooled from 350 to 400 ° C and for a desired Time corresponding to bainite at this temperature will hold.

Nach diesem bekannten Verfahren werden Gußstücke aus Guß­ eisen mit Kugelgraphit mit anstenitisch-bainitischem Misch­ gefüge erhalten, bei denen die für die Anwendung günstigen Werkstoffe nicht beeinträchtigt, sondern sogar verbessert werden.According to this known method, castings are made from castings Spheroidal graphite iron with anstenitic-bainitic mixture Get structures in which the most favorable for the application Materials not impaired, but even improved will.

Beispielsweise ergibt sich hierdurch einerseits eine bessere maschinelle Bearbeitbarkeit der Gußteile, insbesondere im wärmebehandelten Zustand, während andererseits der materielle, zeitliche und technische Aufwand zur Herstellung der Gußstücke verringert werden kann, so daß diese sich auch gegenüber Serienteilen aus Schmiedestahl konkurrenzfähig herstellen lassen.For example, this results in a better one machinability of the castings, especially in heat-treated condition, while on the other hand the material,  time and technical effort to manufacture the castings can be reduced so that these are also opposite Competitive manufacture of serial parts from forged steel to let.

Mit der bekannten Verfahrensart lassen sich relativ kosten­ günstig - auch verhältnismäßig dickwandige - Gußstücke mit austenitisch-bainitischen Gefügen herstellen, welche mechanische Eigenschaften haben, die deutlich über denjenigen der vorher bekannten Werkstoffe aus Gußeisen mit Kugelgraphit liegen.The known type of method can be relatively expensive inexpensive - also relatively thick-walled - castings with produce austenitic-bainitic structures, which mechanical Have properties that are clearly above those of the previous ones known materials made of cast iron with nodular graphite.

Nach EP-B-00 18 445 ist daher die Möglichkeit gegeben, Gußteile dünnwandiger und damit leichter herzustellen. Vor allem für die Fahrzeughersteller (Automobile und Eisenbahnwagen) ist die mögliche Gewichtsverminderung der Bauteile von erheblicher Be­ deutung.According to EP-B-00 18 445, there is therefore the possibility of casting parts thinner-walled and therefore easier to manufacture. Especially for the vehicle manufacturer (automobiles and railroad cars) is the possible weight reduction of the components of considerable Be interpretation.

Die durch das Verfahren nach EP-B-00 18 445 herstellbaren Guß­ werkstoffe höherer Festigkeit zeichnen sich besonders dadurch aus, daß sie eine relativ große Härte besitzen, die besonders für solche Anwendungsfälle wünschenswert ist, bei denen es auch auf eine hohe Verschleißfestigkeit ankommt.The cast which can be produced by the process according to EP-B-00 18 445 materials with higher strength are particularly characterized by this from the fact that they have a relatively high hardness, particularly is desirable for those applications where it is too high wear resistance is important.

Bei einer Härte, die etwa zwischen 290 bis 310 HB liegt, ist die Verschleißfestigkeit z. B. so gut, daß daraus gefertigte Bau­ teile gegenüber entsprechenden Stahl-Teilen eine oft um ein Vielfaches höhere Lebensdauer erreichen können. So lassen sich bspw. Kurbelwellen für Dieselmotoren herstellen, bei denen eine Oberflächenbehandlung, wie sie für die entsprechen­ den Stahl-Teile im allgemeinen erforderlich ist, bspw. das Karbonitrieren oder auch das Induktionshärten, entfallen kann.With a hardness that is between 290 to 310 HB the wear resistance z. B. so good that construction made from it often divide by corresponding steel parts Can achieve many times longer lifespan. Let it be manufacture crankshafts for diesel engines, for example which a surface treatment as they correspond to the steel parts is generally required, for example Carbonitriding or induction hardening are not necessary can.

Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Gußstücken, insbeson­ dere auf mechanisierten Fertigungsstraßen ist es jedoch wichtig, eine optimale Bearbeitungsleistung sicherzustellen, ohne daß dabei das hervorragende Werkstoffverhalten der nach der EP-B-00 18 445 hergestellten Gußstücke verloren geht.When machining castings, in particular However, on mechanized production lines it is important to have one ensure optimal machining performance without  the excellent material behavior of the after EP-B-00 18 445 produced castings is lost.

Es liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit mit austenitisch-bainitischem Misch­ gefüge so weiterzuentwickeln, daß auch Gußwerkstoffe gefertigt werden können, welche bei der Sicherstellung einer für die Gewichtsverminderung von Bauteilen erforderlichen, hohen Streckgrenze zugleich auch eine hohe Dehnung und Zähigkeit aufweisen, und daß aber eine Härte erhalten, welche einer span­ abhebenden Bearbeitung besonders zuträglich ist.It is therefore the object of the invention that Generic process for the production of castings Spheroidal graphite cast iron with austenitic-bainitic mixture to develop the structure in such a way that cast materials are also manufactured can be, which in securing one for the Weight reduction of components required, high Yield point also high elongation and toughness have, and that get a hardness, which a span lifting processing is particularly beneficial.

Erreicht wird das gesteckte Ziel erfindungsgemäß, ausgehend von dem Verfahren der eingangs angegebenen Gattung, nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 in überraschender Weise dadurch, daß das Gußstück vorzugsweise 60 bis 120 Minuten auf Austeniti­ sierungstemperatur gehalten wird, in weniger als einer Minute von der Austenitisierungstemperaturzone in die Banitisierungs­ temperaturzone gebracht wird und 60 bis 120 Minuten auf Bani­ tisierungstemperatur gehalten wird.The goal set is achieved according to the invention, starting from of the method of the type specified at the beginning, according to Characteristic of claim 1, surprisingly, that the casting is preferably 60 to 120 minutes on austenite temperature is maintained in less than a minute from the austenitizing temperature zone to the banitizing zone temperature zone is brought and 60 to 120 minutes on Bani temperature is maintained.

Aufgrund dieser Verfahrensmaßnahmen wird ein Gußwerkstoff er­ halten, dessen Streckgrenze in jedem Falle über 500 N/mm2 liegt, dessen Zugfestigkeit mindestens bei 750 N/mm2 liegt, und welcher eine Dehnung von mehr als 12% aufweist. Dabei wird zugleich ein austenitisch-bainitisches Mischgefüge mit einer vergleichsweise niedrigen Härte zwischen 230 bis 280 HB er­ halten.Due to these procedural measures, a cast material will be obtained, the yield strength of which is in any case over 500 N / mm 2 , the tensile strength is at least 750 N / mm 2 , and which has an elongation of more than 12%. At the same time, an austenitic-bainitic mixed structure with a comparatively low hardness between 230 and 280 HB will be maintained.

Dieses Verfahrensergebnis ist überraschend, weil nach den bis­ her vorliegenden Erkenntnissen über die beim Austempern ab­ laufenden Reaktionen mit zunehmender Haltezeit nach der soge­ nannten "Dorazil-Kurve" an sich eine Härtesteigerung zu erwarten ist, welche auf den Zerfall von kohlenstoffübersättigtem Rest-Austenit bzw. "Retained-Austenit" in Ferrit und Karbide zurückzuführen ist.This result of the process is surprising because, according to her current knowledge about the stamping out ongoing reactions with increasing holding time after the so-called called "Dorazil curve" to expect an increase in hardness which is due to the decomposition of carbon-unsaturated residual austenite or "retained austenite" in ferrite and carbides.

Die erfindungsgemäße Verfahrensart führt nun aber gerade zu einem gegenteiligen Ergebnis, nämlich einer Verminderung der Härte, und zwar sogar gegenüber der im Ausgangszustand gegebenen Härte. Die Festigkeit, insbesondere aber die Streckgrenze, nimmt jedoch durch die verfahrensgemäße Be­ handlung der Gußstücke gegenüber den Werten im Ausgangszustand zu.The type of method according to the invention now leads straight to an opposite result, namely a reduction the hardness, even compared to that in the initial state given hardness. The strength, but especially the Yield strength, but decreases due to the procedural loading of the castings compared to the values in the initial state.

Die Gußstücke können folglich nach ihrer die Festigkeit steigernden Wärmebehandlung problemlos einer spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden, so daß alle diejenigen Nach­ teile entfallen, welche bekanntermaßen daraus resultieren, daß bei Gußstücken, die zur Erzeugung eines bainitischen oder austenitisch-bainitischen Gefüges einer Wärmebehandlung unter­ zogen werden müssen, die spanabhebende Bearbeitung vor der Wärmebehandlung durchzuführen ist.The castings can therefore, according to their strength increasing heat treatment without any problems Processing be subjected so that all those after parts are omitted which are known to result from that for castings that are used to produce a bainitic or austenitic-bainitic structure under a heat treatment must be removed, the machining before Heat treatment is to be carried out.

Einer dieser Nachteile liegt bspw. darin, daß die Herstellung und die Wärmebehandlung der Gußstücke regelmäßig in einer anderen Fertigungsstätte erfolgt als die spanabhebende Bear­ beitung. Aus diesem Umstand erwachsen dann aber nicht nur Transport- und Lagerungsprobleme, sondern es müssen auch noch weitere Nachteile in Kauf genommen werden. So ergibt sich oft bei einer der spanabhebenden Bearbeitung nachfolgenden Wär­ mebehandlung zur Erzeugung des bainitischen oder austenitisch- bainitischen Gußgefüge ein Verzug der Bauteile. Auch tritt in den meisten Fällen das sogenannte Wachsen der Gußstücke ein, welches unvermeidbar mit der durch die Wärmebehandlung herbeigeführten Gefügeumwandlung einhergeht. Weitere Bearbei­ tungsgänge der Gußstücke, bspw. ein Nachschleifen derselben, sind daher nach der Wärmebehandlung die Regel.One of these disadvantages is, for example, that the manufacture and the heat treatment of the castings regularly in one different manufacturing facility than the machining Bear processing. But this does not only result from this fact Transportation and storage problems, but it must also even more disadvantages are accepted. So it turns out often during a subsequent machining process treatment for the generation of bainitic or austenitic bainitic cast structure a distortion of the components. Also occurs in most cases the so-called waxing of the castings one which is inevitable with that due to the heat treatment induced structural change goes hand in hand. Further processing processing of the castings, e.g. regrinding them, are therefore the rule after heat treatment.

Das Ergebnis der erfindungsgemäßen Verfahrensart läßt sich da­ mit erklären, daß wegen des relativ niedrigen Mangangehaltes und der dadurch möglichen Niedrig-Temperatur-Austenitisierung ein Austenit gebildet wird, der einen niedrigeren Kohlen­ stoffgehalt hat als ein bei den üblicherweise höheren Tempe­ raturen zwischen 860 und 920°C gebildeter Austenit. Es kann daher durch die erfindungsgemäß angewendeten Haltezeiten zwar ein austenitisch-bainitisches Mischgefüge entstehen; es bilden sich jedoch beim Zerfall des kohlenstoffübersättigten "Retained- Austenits" keine Karbide, und dem überschüssigen Kohlenstoff wird genügend Zeit zur Anlagerung an die vorhandenen Graphit- Sphärolithen gegeben.The result of the type of process according to the invention can be there with explain that because of the relatively low manganese content  and the resulting low-temperature austenitization an austenite is formed which has a lower carbon substance content than that at the usually higher tempe Austenite formed between 860 and 920 ° C. It can therefore by the holding times used according to the invention an austenitic-bainitic mixed structure is created; make it up however, when the carbon-saturated "retained Austenite "no carbides, and the excess carbon there will be enough time to attach to the existing graphite Given spherulites.

Besonders gute Verfahrensergebnisse stellen sich nach der Er­ findung ein, wenn gemäß Anspruch 2 die Austenitisierungstempe­ ratur-Haltezeit 80 bis 100 Minuten beträgt.According to the Er, particularly good procedural results are obtained invention, if the austenitizing temperature according to claim 2 rature holding time is 80 to 100 minutes.

Als vorteilhaft erweist es sich auch, wenn nach Anspruch 3 das Gußstück in weniger als 10 sec. von der Austenitisierungstem­ peraturzone in die Bainitisierungstemperaturzone gebracht wird und wenn darüber hinaus gemäß Anspruch 4 die Bainitisierungs­ temperatur-Haltezeit 90 bis 110 Minuten beträgt. It also proves to be advantageous if, according to claim 3 Cast in less than 10 seconds from the austenitizing system temperature zone is brought into the bainitization temperature zone and if, in addition, according to claim 4, the bainitisation temperature holding time is 90 to 110 minutes.

Es hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäße Verfahrens­ art sich besonders gut für die Anwendung bei solchen Gußstücken eignet, die Wanddicken bis zu etwa 50 mm aufweisen, und dement­ sprechend nur geringe Gehalte an z. B. Nickel und Molybdän haben müssen.It has been found that the method according to the invention art is particularly good for use with such castings suitable, the wall thicknesses up to about 50 mm, and demented speaking only low levels of z. B. have nickel and molybdenum have to.

Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Gußeisen stellt sich keine nadelige Gefügestruktur ein, und es sind im Ge­ füge auch keine Primärkorngrenzen erkennbar.In the cast iron treated by the process according to the invention there is no needle-like structure, and it is in the Ge add no primary grain boundaries recognizable.

Das Gefüge besteht aus 20 bis 40% Austenit, 10 bis 15% Ferrit und 30 bis 40% feinkörnigem Bainit.The structure consists of 20 to 40% austenite, 10 to 15% ferrite and 30 to 40% fine grain bainite.

Das Streckgrenzenverhältnis des nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren hergestellten Gußwerkstoffes liegt bei 0,7 ± 0,2, wäh­ rend es bei dem nach dem Verfahren nach EP-B-00 18 445 hergestellten Material 0,63 ± 0,05 beträgt. The yield ratio of the Ver made cast material is 0.7 ± 0.2, wäh rend it with the method according to EP-B-00 18 445 manufactured material is 0.63 ± 0.05.  

Die Relation von Zugfestigkeit/Härte beläuft sich bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gußwerk­ stoff auf etwa 0,33, während sie nach EP-B-00 18 445 bei 0,31 liegt.The relation of tensile strength / hardness amounts to Casting unit produced by the method according to the invention fabric to about 0.33, while according to EP-B-00 18 445 0.31.

Das Kugelgraphit-Gußeisen für die Gußstücke mit einem baini­ tischen Grundgefüge oder einem bainitisch-austenitischen oder einem banitisch-austenitisch-ferritischem Mischgefüge kann folgende Legierungselemente enthalten:The spheroidal graphite cast iron for the castings with a baini basic structure or a bainitic-austenitic or a banitic-austenitic-ferritic mixed structure can contain the following alloying elements:

C2,0 bis 4,0 Gew.-% Si1,5 bis 6,0 Gew.-% Pbis 0,06 Gew.-% S0,02 Gew.-%C2.0 to 4.0% by weight Si1.5 to 6.0% by weight P up to 0.06% by weight S0.02% by weight

Mg und/oder seltene Erden Metalle in Mengen, wie sie zur sicheren Erzeugung von kugeligem Graphit erforderlich und üblich sind,Mg and / or rare earth metals in quantities as used for safe production of spherical graphite is required and are common

Mnbis 0,8 Gew.-% Nibis 6,0 Gew.-% Mobis 1,5 Gew.-% Cubis 1,5 Gew.-% Crbis 0,2 Gew.-% Vbis 0,2 Gew.-% Snbis 0,2 Gew.-%Mn up to 0.8% by weight Nibis 6.0% by weight Mobis 1.5% by weight Cubis 1.5% by weight Crbis 0.2% by weight V up to 0.2% by weight Sn to 0.2% by weight

Besonders vorteilhafte Eigenschaften zeigt dabei das Kugel­ graphit-Gußeisen, wenn es folgende Anteile enthält:The ball shows particularly advantageous properties graphite cast iron, if it contains the following parts:

C3,3 bis 3,9 Gew.-% Si2,3 bis 2,9 Gew.-% Mn0,1 bis 0,3 Gew.-% Ni0,5 bis 1,7 Gew.-% Mo0,26 bis 0,4 Gew.-% Cu0,6 bis 1,0 Gew.-% Sn0,01 bis 0,2 Gew.-%C3.3 to 3.9% by weight Si2.3 to 2.9% by weight Mn 0.1 to 0.3% by weight Ni 0.5 to 1.7% by weight Mo 0.26 to 0.4% by weight Cu0.6 to 1.0% by weight Sn 0.01 to 0.2% by weight

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit mit austenitisch-bainitischem Misch­ gefüge aus einer Schmelte mit den üblichen Mengen an Silizium, Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel, Magnesium, gegebenenfalls Kupfer und gegebenenfalls Nickel sowie zusätzlichen Mengen von weniger als 0,3% Mangan und 0,2 bis 0,8% Molybdän, bei dem das Gußstück auf eine Auste­ nitisierungstemperatur von 800 bis 870°C erwärmt sowie bis zur Austenitisierung auf dieser Temperatur gehalten, anschließend in weniger als 2 Minuten von der Austeni­ tisierungstemperaturzone in die Bainitisierungstempera­ turzone gebracht, dort auf eine Bainitisierungstempera­ tur von 350 bis 400°C abgekühlt und für eine dem gewünsch­ ten Bainitanteil entsprechende Zeit auf dieser Temperatur gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück vorzugsweise 60 bis 120 Minuten auf Auste­ nitisierungstemperatur gehalten wird, in weniger als einer Minute von der Austenitisierungstemperaturzone in die Bai­ nitisierungstemperaturzone gebracht wird und 60 bis 120 Minuten auf Bainitisierungstemperatur gehalten wird.1. Process for the production of castings from spheroidal graphite cast iron with an austenitic-bainitic mixed structure from a melt with the usual amounts of silicon, carbon, phosphorus, sulfur, magnesium, optionally copper and optionally nickel and additional amounts of less than 0.3% Manganese and 0.2 to 0.8% molybdenum, in which the casting is heated to an austenitization temperature of 800 to 870 ° C. and held at this temperature until austenitization, then in less than 2 minutes from the austenite temperature zone into the bainitization temperature zone brought there, cooled to a bainitization temperature of 350 to 400 ° C and kept at this temperature for a time corresponding to the desired amount of bainite, characterized in that the casting is preferably held for 60 to 120 minutes at the austenization temperature, in less than one Minute from the austenitization temperature zone to the bai nitization temperature zone is brought and kept at bainitization temperature for 60 to 120 minutes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austenitisierungstemperaturhaltezeit 80 bis 100 Minuten beträgt.2. The method according to claim 1, characterized, that the austenitizing temperature holding time is 80 to 100 Minutes. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück in weniger als 10 Sekunden von der Auste­ nitisierungstemperaturzone in die Bainitisierungstempera­ turzone gebracht wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the casting from the Auste in less than 10 seconds nitization temperature zone in the bainitization temperature drop zone is brought.   4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bainitisierungstemperaturhaltezeit 90 bis 110 Minuten beträgt.4. Procedure according to at least one of the Claims 1 to 3, characterized, that the bainitization temperature holding time 90 to Is 110 minutes.
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