DE3712591A1

DE3712591A1 - Wear-resistant cast iron

Info

Publication number: DE3712591A1
Application number: DE19873712591
Authority: DE
Inventors: Nikolai Nikitievic Aleksandrov; Aleksei Ivanovic Beljakov; Leonid Petrovic Grisin; Nikolai Safonovic Guscin; Vasilij Ivanovic Kulikov; Anatolij Nikolaevic Smirnov; Igor Vladimirovic Smirnov
Original assignee: N PROIZV OB PO TECH MASCH
Current assignee: N PROIZV OB PO TECH MASCH
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1988-11-03
Also published as: DE3712591C2

Abstract

The present invention relates to the foundry industry. The constituents of the wear-resistant cast iron according to the invention are carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, aluminium, cerium, magnesium, calcium and iron, a quantity of carbon of from 0.5 to 2.0 % by mass of the total quantity being present in the form of nodular graphite inclusions in the cast iron. The invention can be used for the manufacture of components which are exposed to frictional wear and to the action of high temperatures.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gießereiindustrie und betrifft insbesondere verschleißfestes Gußeisen.The present invention relates to the foundry industry and particularly concerns wear-resistant cast iron.

Besonders erfolgreich kann die Erfindung zur Fertigung von Ma schinenteilen, die einem Schleifverschleiß ausgesetzt werden, wie Teilen von Mahlanlagen, hydraulischen Pumpen, Spülleitun gen usw. verwendet werden.The invention for the production of Ma parts of the rail that are exposed to grinding wear, such as parts of grinding systems, hydraulic pumps, flushing lines gen etc. can be used.

Außerdem kann die Erfindung zur Herstellung von Teilen verwen det werden, die während des Betriebes hohen Temperaturen ausge setzt sind, beispielsweise von Teilen für Gitterroste, Walzen und andere.The invention can also be used to manufacture parts det, the high temperatures during operation sets, for example of parts for gratings, rollers and other.

Bekannt ist verschleißfestes Gußeisen, das Kohlenstoff, Sili zium, Mangan, Chrom, Nickel und Eisen enthält (US-A 26 62 011). Das bekannte Gußeisen hat folgende Zusammensetzung (in Masse-%):Wear-resistant cast iron, carbon and sili, is known Contains zium, manganese, chromium, nickel and iron (US-A 26 62 011). The well-known cast iron has the following composition (in mass%):

Kohlenstoff3,0 bis 3,7 Silizium0,5 bis 3,0 Mangan0,2 bis 1,5 Nickel4,0 bis 8,0 Chrom6,8 bis 15,0 EisenRestCarbon 3.0 to 3.7 Silicon 0.5 to 3.0 Manganese 0.2 to 1.5 Nickel 4.0 to 8.0 Chromium 6.8 to 15.0 Iron remnant

Im Gußeisen solcher Zusammensetzung liegt der ganze Kohlen stoff in gebundenem Zustand, in Form einer Karbid- und Mar tensitphase vor, die eine hohe Verschleißfestigkeit vom Gußeisen bei Vorhandensein einer großen Menge von Restaustenit bewirken. All the coal lies in the cast iron of such a composition fabric in the bound state, in the form of a carbide and mar tensite phase, which has a high wear resistance from Cast iron in the presence of a large amount of residual austenite cause.

Wegen dieses Zustandes des Kohlenstoffes hat das Gußeisen einen hohen Elastizitätsmodul und eine hohe lineare Schwin dung, und durch das Vorhandensein einer beträchtlichen Menge an Restaustenit weist das Gußeisen eine niedrige Wärmeleit fähigkeit auf, wodurch die Größe von Schwind- und Wärme spannungen hoch ist, die die Festigkeitsgrenze des Gußeisens erreichen und eine Zerstörung von Gußstücken aus diesem Gußeisen hervorrufen können.Because of this state of carbon, the cast iron has a high modulus of elasticity and a high linear vibration dung, and by the presence of a considerable amount The cast iron has a low thermal conductivity in terms of residual austenite ability on, reducing the size of heat and shrinkage tensions is high, which is the strength limit of cast iron achieve and destruction of castings from this Cast iron can cause.

Somit hat das bekannte Gußeisen wegen der genannten Faktoren eine niedrige Rißfestigkeit.Thus, the well-known cast iron has because of the factors mentioned a low crack resistance.

Außerdem ist das bekannte Gußeisen infolge einer hohen line aren Schwindung für die Herstellung von bimetallischen Er zeugnissen nicht anwendbar, da sich der als zweite Schicht verwendbare Grauguß bei der Abkühlung durch die der Schwin dung und der Perlitstufe vorangehenden Ausdehnungen kenn zeichnet, die die Höhe von Restspannungen in bimetallischen Erzeugnissen während deren Fertigung bestimmen.In addition, the well-known cast iron is due to a high line aren shrinkage for the production of bimetallic er Certificates not applicable, as the second layer usable cast iron for cooling by the Schwin extension and the pearlite stage preceding expansions records the amount of residual stresses in bimetallic Identify products during their manufacture.

Das Vorliegen von Restaustenit in der Struktur von Gußeisen ist nicht wünschenswert, weil der Austenit die Gußeisenhärte vermindert und dadurch den Widerstand gegen Schleifverschleiß der aus diesem hergestellten Teile herabsetzt. Zur Beseiti gung von Restaustenit und Erhöhung der Verschleißfestigkeit des bekannten Gußeisens wird eine Hochtemperaturbehandlung angewendet, was als Nachteil für die Herstellung des bekann ten Gußeisens gilt, da in den technologischen Prozeß ein zusätzlicher Arbeitsgang eingeführt wird. Bei der Wärmebe handlung werden aus dem Restaustenit Sekundarkarbide ausge schieden, was zu dessen Vereinigung mit dem Kohlenstoff und somit zur Erhöhung des Martensitpunktes führt. Infolge dessen verwandelt sich der Restaustenit bei der Abkühlung in Martensit, was zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit des bekannten Gußeisens führt.The presence of residual austenite in the structure of cast iron is not desirable because austenite has cast iron hardness reduced and thereby the resistance to grinding wear of parts made from it. To the beseiti of residual austenite and increase wear resistance the known cast iron is a high temperature treatment applied, which could be a disadvantage for the manufacture of the ten cast iron applies because in the technological process additional work step is introduced. With heat action are made from the residual austenite secondary carbides divorced, resulting in its union with the carbon and thus leads to an increase in the martensite point. As a result this changes the residual austenite during cooling in martensite, which increases wear resistance of the known cast iron leads.

Die Hauptkenndaten des bekannten Gußeisens in gegossenem Zustand liegen in folgendem Bereich: Rockwell-Härte von 48 bis 55 HRC; Biegefestigkeit von 450 bis 600 MPa; Biege pfeil von 1,0 bis 2,5 mm; lineare Schwindung von 2,2 bis 2,4%; Elastizitätsmodul von 20,0 bis 21,5 hPa; Restspannungen von 300 bis 500 mPa. Nach der Durchführung einer Hochtempera turbehandlung hat das bekannte Gußeisen die Hauptkenndaten, die in folgendem Bereich liegen: Rockwell-Härte von 58 bis 65 HRC; Biegefestigkeit von 500 bis 700 MPa; Biegepfeil von 2,0 bis 3,5 mm; Elastizitätsmodul von 20,0 bis 22,0 hPa; Restspannungen von 80 bis 200 MPa.The main characteristics of the known cast iron in cast Condition is in the following range: Rockwell hardness of 48 to 55 HRC; Bending strength from 450 to 600 MPa; Bend arrow from 1.0 to 2.5 mm; linear shrinkage from 2.2 to 2.4%; Young's modulus from 20.0 to 21.5 hPa; Residual stresses from 300 to 500 mPa. After performing a high temperature The well-known cast iron has the main characteristics, which are in the following range: Rockwell hardness from 58 to 65 HRC; Bending strength from 500 to 700 MPa; Bending arrow from 2.0 to 3.5 mm; Young's modulus from 20.0 to 22.0 hPa; Residual stresses from 80 to 200 MPa.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verschleißfestes Gußeisen zu entwickeln, bei dem Kohlenstoff zustand und chemische Zusammensetzung der Bestandteile Elastizitätsmodul und lineare Schwindung vermindern, Festig keit und Wärmeleitfähigkeit des Gußeisens aber erhöhen lassen, was es ermöglicht, die Rißfestigkeit von Gußeisen unter Erhaltung seiner Verschleißfestigkeit ohne Anwendung einer Hochtemperaturbehandlung zu erhöhen.The present invention is based on the object to develop wear-resistant cast iron where carbon Condition and chemical composition of the components Reduce modulus of elasticity and linear shrinkage, strength However, increase the cast iron's thermal conductivity leave what enables the crack resistance of cast iron while maintaining its wear resistance without application a high temperature treatment.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß verschleißfestes Gußeisen, das Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Nickel und Eisen enthält, erfindungsgemäß weiter Aluminium, Zer, Magnesium und Kalzium enthält, wobei der Kohlenstoff in einer Menge von 0,5 bis 2,0 Masse-% von dessen Gesamtmenge in Form von Kugelgraphiteinschlüssen im Gußeisen vorhanden ist.This object is achieved in that wear-resistant Cast iron, the carbon, silicon, manganese, chrome, nickel and iron, according to the invention also contains aluminum, cerium, Contains magnesium and calcium, the carbon in an amount of 0.5 to 2.0 mass% of the total amount in the form of spheroidal graphite inclusions in cast iron is.

Das Vorhandensein im Gußeisen von Kohlenstoff in einer Menge von 0,5 bis 2,0 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmenge, in Form von Kugelgraphiteinschlüssen und die Anwesenheit von Aluminium, Kalzium, Magnesium und Zer im Gußeisen sichern eine Herabsetzung von Elastizitätsmodul und linearer Schwin dung sowie eine Erhöhung von Festigkeitseigenschaften und der Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Rißfestigkeit von Guß eisen ansteigt. Außerdem gewährleisten die genannte Mischung und der Kohlenstoffzustand die Erzeugung einer Primärstruktur von Gußeisen, die einen Restaustenitgehalt von höchstens 10 Masse-% aufweist, was bei Gußstücken aus diesem Gußeisen die Erreichung der erforderlichen physikalisch-mechanischen Gieß- und Betriebseigenschaften in gegossenem Zustand, d. h. ohne Anwendung einer Hochtemperaturbehandlung, ermöglicht.The presence in the cast iron of carbon in a lot from 0.5 to 2.0% by mass, based on the total amount, in Shape of spheroidal graphite inclusions and the presence of Secure aluminum, calcium, magnesium and cerium in cast iron a reduction in modulus of elasticity and linear vibration as well as an increase in strength properties and the thermal conductivity, which increases the crack resistance of cast iron rises. In addition, ensure the mixture mentioned and the carbon state the creation of a primary structure cast iron with a maximum austenite content 10 mass% has, what with castings from this cast iron achieving the required physical-mechanical Casting and operating properties in the cast state, d. H. without the use of high temperature treatment.

Allgemein bekannt ist, daß die Karbidphase von Gußeisen Elastizitätsmodul und lineare Schwindung vergrößert, die Festigkeitseigenschaften aber durch die schwächende Wirkung der metallischen Grundlage von Gußeisen vermindert; bekannt ist es auch, daß Austenit- und Karbidphase eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen.It is well known that the carbide phase of cast iron Modulus of elasticity and linear shrinkage increased that Strength properties but through the debilitating effect diminished the metallic base of cast iron; known it is also that austenite and carbide phases are low Have thermal conductivity.

Zugleich beeinflußt der freie Kugelgraphit diese Charakte ristiken im Sinne der Verminderung der Karbidphase und des Restaustenits im Gußeisen, wodurch gerade das Ziel der Er findung erreicht wird.At the same time, the free nodular graphite influences these characters risks in terms of reducing the carbide phase and the Residual austenite in cast iron, which is precisely the goal of the Er finding is achieved.

Die Verminderung der Menge der Karbidphase im Gußeisen im Vergleich zum Prototyp wird dadurch verursacht, daß sich die Menge des Kohlenstoffs vermindert, der für die Bildung der Karbidphase verbraucht wird, und die Verminderung der Menge des Restaustenits wird dadurch hervorgerufen, daß bei teilweiser Graphitisierung des Kohlenstoffes in der Art von freiem Graphit eine Verarmung des Austensit an Koh lenstoff erfolgt, wodurch sich der obere Martensitpunkt erhöht und der Austenit sich bei der Kühlung in Martensit verwandelt, der höhere Kennziffern für die Verschleißfestig keit, Festigkeit und Härte aufweist, wodurch die Durchfüh rung einer Wärmebehandlung nicht erforderlich ist.The reduction in the amount of carbide phase in the cast iron in Comparison to the prototype is caused by the fact that decreases the amount of carbon required for formation the carbide phase is consumed, and the reduction in The amount of residual austenite is caused by the fact that with partial graphitization of the carbon in the Kind of free graphite a depletion of austenite at Koh lenstoff occurs, which is the upper martensite point increases and the austenite cools in martensite transformed, the higher indicators for the wear resistant speed, strength and hardness, which makes the implementation heat treatment is not required.

Es wurde festgestellt, daß die Verminderung der Menge des graphitisierten Kohlenstoffes in Form von Kugelgraphitein schlüssen unter die untere Grenze, die 0,5 Masse-% beträgt, zu keiner Herabsetzung von Elastizitätsmodul, linearer Schwindung und zu keiner Verbesserung der Festigkeitseigen schaften von Gußeisen, und daß die Überschreitung der oberen Grenze, die 2,0 Masse-% entspricht, zu einer starken Abnahme der Verschleißfestigkeit von Gußeisen führt.It has been found that the reduction in the amount of graphitized carbon in the form of spheroidal graphite conclude below the lower limit, which is 0.5% by mass no reduction in modulus of elasticity, more linear Shrinkage and no improvement in strength properties cast iron, and that exceeding the upper Limit, which corresponds to 2.0 mass%, to a sharp decrease the wear resistance of cast iron.

Zweckmäßig hat verschleißfestes Gußeisen das folgende Ver hältnis der Bestandteile (in Masse-%):Suitably, wear-resistant cast iron has the following ver Ratio of the components (in mass%):

Kohlenstoff (einschließlich der Kugelgraphiteinschlüsse) 3,2 bis 4,0 Silizium 1,4 bis 3,5 Mangan 0,4 bis 1,2 Chrom 7,0 bis 10,0 Nickel 2,5 bis 5,5 Aluminium0,05 bis 0,3 Zer und Magnesium, insgesamt0,03 bis 0,25 Kalzium0,05 bis 0,3 EisenRestCarbon (including the Spheroidal graphite inclusions) 3.2 to 4.0 Silicon 1.4 to 3.5 Manganese 0.4 to 1.2 Chromium 7.0 to 10.0 Nickel 2.5 to 5.5 Aluminum 0.05 to 0.3 Zer and magnesium, a total of 0.03 to 0.25 Calcium 0.05 to 0.3 Iron remnant

Allgemein bekannt ist, daß Silizium die Löslichkeit von Koh lenstoff im Austenit niedriger macht; darum trägt das Silizium genommen in einer Menge von 1,4 bis 3,5 Masse-%, zur Aus scheidung von freiem Kohlenstoff in der Gußeisenstruktur in Form von Graphit bei. Zur Erleichterung der Erfüllung dieser Aufgabe bei der Zugabe von Silizium soll das Gußeisen einen erhöhten Kohlenstoffgehalt bis 4,0 Masse-% unter Vor handensein folgender Komponenten: Nickel, Aluminium und Kalzium haben.It is generally known that silicon improves the solubility of Koh lowers the austenite; that's why the silicon wears taken in an amount of 1.4 to 3.5 mass%, Aus Separation of free carbon in the cast iron structure in the form of graphite. To facilitate fulfillment The cast iron is said to perform this task when adding silicon an increased carbon content up to 4.0% by mass below the following components: nickel, aluminum and Have calcium.

Allgemein bekannt ist es auch, daß Gußeisen mit Kugelgraphit hohe Festigkeitscharakteristiken aufweist und daß dem Graphit Magnesium und Zer eine sphärische Form verleihen.It is also generally known that spheroidal graphite cast iron has high strength characteristics and that the graphite Give magnesium and cerium a spherical shape.

Allgemein bekannt ist, daß zur Hemmung eines Hochtemperatur abbaus von Austenit, zwecks Erhaltung einer metallischen Martensit-Austenit-Grundlage, das Gußeisen in einer hin reichenden Menge Mangan und Nickel und zur Bildung der Kar bildphase, die hochverschleißfest ist, Kohlenstoff und Chrom enthalten muß.It is generally known that to inhibit a high temperature Austenite mining to preserve a metallic Martensite-austenite base, the cast iron in one sufficient amount of manganese and nickel and to form the kar image phase, which is highly wear-resistant, carbon and chrome must contain.

Es ist festgestellt worden, daß ein Siliziumgehalt im Guß eisen von unter 1,4 Masse-% in keiner Weise zur Ausscheidung freien Kohlenstoffes in der Gußeisenstruktur beiträgt. Die obere Grenze des Siliziumgehaltes im Gußeisen ist bei 3,5 Masse-%, und bei höheren Siliziumgehalt wird in der Gußeisenstruktur die Bildung der Produkte eines Hochtempera turabbaus von Austenit nachgewiesen, die die Festigkeits eigenschaften und die Verschleißfestigkeit von Gußeisen herabsetzen.It has been found that silicon content in the casting iron of less than 1.4 mass% in no way for excretion free carbon in the cast iron structure. The the upper limit of the silicon content in cast iron is at 3.5 mass%, and at higher silicon content is in the Cast iron structure the formation of the products of a high temperature Austenite demonstrated that the strength properties and wear resistance of cast iron belittle.

Der Kohlenstoff spielt im Gußeisen eine Doppelrolle. In erster Linie wird er für die Bildung der festen Karbidphase und dann zur Ausscheidung von Graphit verbraucht. Carbon plays a double role in cast iron. In primarily it is used for the formation of the solid carbide phase and then used to excrete graphite.

Bei einem Gehalt des Gußeisens an Kohlenstoff von unter 3,2 Masse-% wird also der letztere unter den Bedingungen eines verminderten Siliziumgehaltes und beim Nichtvorhandensein von Aluminium völlig für die Bildung einer Karbidphase ver braucht, d. h., daß keine Ausscheidung des freien Kohlenstoffs stattfindet.If the cast iron contains less than 3.2 carbon The latter becomes mass% under the conditions of a reduced silicon content and in the absence of aluminum completely ver for the formation of a carbide phase needs, d. that is, no free carbon excretion takes place.

Ein übermäßig großer Kohlenstoffgehalt, d. h. über 4,0 Masse-%, führt jedoch dazu, daß in der Gußeisenstruktur Produkte eines Hochtemperaturabbaus von Austenit erscheinen. Und darüber hinaus verschlechtert, wie festgestellt wurde, die Menge des freien Kohlenstoffs im Gußeisen, die 2,0 Masse-% übersteigt, die Verschleißfestigkeit des Gußeisens. Dadurch ist die obere Grenze des Kohlenstoffgehaltes mit 4,0 Masse-% gegeben.An excessively large carbon content, i.e. H. over 4.0 mass%, however, leads to products in the cast iron structure of high temperature degradation of austenite appear. And moreover, it has been found that the Amount of free carbon in cast iron, the 2.0 mass% exceeds the wear resistance of the cast iron. Thereby is the upper limit of the carbon content with 4.0 mass% given.

Die Anwesenheit von Aluminium im Gußeisen, wie auch von Silizium, trägt zur Ausscheidung eines Teils vom Kohlenstoff in freier Form aus dem Austenit bei. Außerdem wird ein Teil Sauerstoff durch desoxydierende Wirkung von Aluminium ge bunden, einerseits wird somit die Anzahl von Kristallisa tionszentren vergrößert, andererseits wird die Bildung der Oxyde von Zer und Magnesium verhindert, was es ermöglicht, deren Verbrauch zu vermindern, der für die Erzeugung der Kugelgraphiteinschlüsse erforderlich ist.The presence of aluminum in cast iron, as well as of Silicon, helps to remove part of the carbon in free form from austenite. It also becomes a part Oxygen due to the deoxidizing effect of aluminum bound, on the one hand, the number of crystallisa centers, on the other hand, the formation of Prevents oxides of cerium and magnesium, which enables reduce their consumption, which is necessary for the production of Ductile inclusions are required.

Bei einem Aluminiumgehalt unter der unteren Grenze, die 0,05 Masse-% entspricht, erschwert sich der Ausscheidungs prozeß von Kohlenstoff in freier Form und vergrößert sich der Verbrauch an Zer und Magnesium. Die Überschreitung der oberen Grenze des Gehaltes an Aluminium im Gußeisen, die 0,3 Masse-% beträgt, führt zu Auftreten nicht erwünschter Produkte des Hochtemperaturabbaus von Austenit in der Guß eisenstruktur, die eine niedrige Verschleißfestigkeit auf weisen.If the aluminum content is below the lower limit, the Corresponds to 0.05 mass%, the excretion becomes more difficult process of carbon in free form and increases the consumption of cerium and magnesium. Exceeding the upper limit of the aluminum content in cast iron, the 0.3 mass%, leads to the occurrence of undesirable Products of high temperature mining of austenite in the cast iron structure, which has a low wear resistance point.

Kalzium, wie auch Aluminium, erleichtert die Ausscheidung eines Teils von Kohlenstoff in freier Form durch die Bildung von Kalziumsulfiden, die als zusätzliche Zentren der Kri stallisation von Graphit auftreten. Die Entschwefelung des Gußeisens, d. h. die Bindung des freien Schwefels in Form von Sulfiden, führt zur Verminderung des Verbrauchs an Mag nesium und Zer.Calcium, like aluminum, makes excretion easier part of carbon in free form through formation of calcium sulfides, which are additional centers of the Kri stall of graphite occur. The desulfurization of the Cast iron, d. H. the binding of free sulfur in the form of sulfides, leads to a reduction in the consumption of mag nesium and cer.

Bei einem Gehalt an Kalzium im Gußeisen unter der unteren Grenze, die 0,05 Masse-% beträgt, ist dessen Wirkung analog der des Aluminiums, und ein Gehalt von mehr als dem oberen Grenzwert, der 0,3 Masse-% entspricht, führt zur Vergrößerung nicht metallischer Einschlüsse, die die Festigkeitseigen schaften von Gußeisen verringern.With calcium in the cast iron below the lower one The limit, which is 0.05% by mass, is analogous to its effect that of aluminum, and a content of more than the above Limit value, which corresponds to 0.3% by mass, leads to an increase non-metallic inclusions that give the strength its own Reduce cast iron properties.

Zwecks Erhaltung von Kugelgraphit muß das Gußeisen als Be standteile Magnesium und Zer aufweisen, deren Summe, wie festgestellt wurde, in einem Bereich von 0,03 bis 0,25 Masse-% liegen soll.In order to preserve spheroidal graphite, the cast iron must be Components have magnesium and cerium, the sum of which, such as was found to be in the range of 0.03 to 0.25 Mass% should be.

Ein Gesamtgehalt an Magnesium und Zer im Gußeisen von weniger als dem unteren Grenzwert, der 0,03 Masse-% beträgt, führt zum Entstehen nicht nur von Kugelgraphit, sondern auch von lamellarem und vermicularem Graphit in der Gußeisenstruktur, was die Festigkeitseigenschaften des Materials stark herab setzt. Eine überschüssige Menge an Magnesium und Zer führt zur Nachmodifizierung von Gußeisen, wodurch derselbe negative Effekt wie bei unzureichendem Gehalt im Gußeisen entsteht; infolgedessen soll der Gehalt an Magnesium und Zer die obere Grenze von 0,25 Masse-% nicht überschreiten.A total content of magnesium and cerium in cast iron of less than the lower limit, which is 0.03 mass% not only of spheroidal graphite, but also of lamellar and vermicular graphite in the cast iron structure, which greatly lowers the strength properties of the material puts. An excess amount of magnesium and zer leads for the post-modification of cast iron, whereby the same negative Effect as if there is insufficient content in cast iron; consequently the magnesium and cerium content is said to be the upper one Do not exceed the limit of 0.25% by mass.

Die Anwesenheit von Nickel im Gußeisen trägt zur Verwandlung von Austenit in Martensit bei, und die Verminderung dessen Gehaltes unter die untere Grenze, die 2,5 Masse-% entspricht, führt zur Entstehung von Produkten eines Hochtemperaturabbaus von Austenit und erschwert die Graphitisierung von Kohlen stoff in der Gußeisenstruktur. Ein Nickelgehalt von mehr als dem oberen Grenzwert, der 5,5 Masse-% beträgt, erhöht die Stabilität des Austenits, wodurch die metallische Grund lage von Gußeisen zu einer vollständig austenitischen werden kann. In diesem Falle ist es erforderlich, zur Erzeugung einer Martensitstruktur das Gußeisen einer Wärmbehandlung zu unterwerfen, was einen zusätzlichen Arbeitsgang darstellt, der den technologischen Prozeß verlängert.The presence of nickel in the cast iron contributes to the transformation of austenite in martensite, and the reduction thereof Content below the lower limit, which corresponds to 2.5% by mass, leads to the creation of high temperature degradation products of austenite and complicates the graphitization of coal fabric in the cast iron structure. A nickel content of more than the upper limit, which is 5.5 mass% the stability of the austenite, which makes the metallic base cast iron to become a completely austenitic can. In this case, it is necessary to generate a martensite structure the cast iron of a heat treatment to submit, which is an additional operation, which extends the technological process.

Die Einwirkung von Mangan auf die Strukturbildung von Guß eisen ist teilweise der Wirkung von Nickel ähnlich, d. h. bei dem Gehalt an Mangan im Gußeisen, der von seinem Bereich von 0,3 bis 1,2 Masse-% abweicht, werden dieselben negativen Erscheinungen beobachtet, wie es beim Nickel der Fall ist.The effect of manganese on the structure formation of cast iron Iron is partly similar to the action of nickel, i. H. at the content of manganese in the cast iron, that of its range deviates from 0.3 to 1.2 mass%, the same becomes negative Phenomena observed, as is the case with nickel.

Zur Erhaltung einer hochverschleißfesten Karbidphase, die unterbrochen in der Metallgrundlage verteilt ist, muß das Gußeisen Chrom aufweisen. Bei einem Gehalt unter der unteren Grenze, die 7,0 Masse-% beträgt, bildet sich in der Gußeisen struktur eine ununterbrochene Karbidphase vom Typ Zementit, was die Festigkeitseigenschaften des Gußeisens verschlech tert. Ein Gehalt an Chrom im Gußeisen von mehr als dem oberen Grenzwert - 10,0 Masse-% -, hemmt die Ausscheidung von Kohlen stoff in freiem Zustand, d. h., daß der ganze Kohlenstoff in gebundenem Zustand vorliegt, und es bedeutet, daß der Zweck der Erfindung nicht erzielt wird.To maintain a highly wear-resistant carbide phase, the interrupted in the metal base, it must Have cast iron chrome. If the salary is below the lower one Limit, which is 7.0 mass%, is formed in the cast iron structure a continuous cementite carbide phase, which deteriorates the strength properties of the cast iron tert. A cast iron content of chromium of more than the above Limit value - 10.0% by mass - inhibits the excretion of coal fabric in free condition, d. that is, all of the carbon is in a bound state and it means that the Purpose of the invention is not achieved.

Nachstehend wird die Erfindung durch eingehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will hereinafter be described in detail of an embodiment explained in more detail.

Es wird verschleißfestes Gußeisen gebildet, das Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Nickel und Eisen enthält, und das erfindungsgemäß noch Aluminium, Zer, Magnesium und Kalzium aufweist. Dabei ist Kohlenstoff im Gußeisen in einer Menge von 0,5 bis 2,0 Masse-%, der Gesamtmenge vom Kohlenstoff in Form von Kugelgraphit vorhanden.Wear-resistant cast iron is formed, the carbon, Contains silicon, manganese, chromium, nickel and iron, and that according to the invention, aluminum, cerium, magnesium and calcium having. There is a lot of carbon in cast iron from 0.5 to 2.0 mass% of the total amount of carbon available in the form of spheroidal graphite.

Das Vorhandensein teilweise graphitisierten Kohlenstoffs im Gußeisen in einer Menge von 0,5 bis 2,0 Masse-% in Form von Kugelgraphiteinschlüssen und die Anwesenheit von Alumi nium, Kalzium, Magnesium und Zer im Gußeisen gewährleisten eine Abnahme von Elastizitätsmodul und linearer Schwindung sowie eine Erhöhung der Festigkeitseigenschaften und der Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Rißfestigkeit des Gußeisens erhöht wird.The presence of partially graphitized carbon in cast iron in an amount of 0.5 to 2.0 mass% in the form of spheroidal graphite inclusions and the presence of alumi Ensure nium, calcium, magnesium and cerium in cast iron a decrease in modulus of elasticity and linear shrinkage as well as an increase in strength properties and Thermal conductivity, which increases the crack resistance of the cast iron is increased.

Eine Senkung der Menge von graphitisiertem Kohlenstoff in Form von Kugelgraphiteinschlüssen auf unter die untere Grenze, die 0,5 Masse-% beträgt, führt zu keiner Herabsetzung des Elastizitätsmoduls und der linearen Schwindung sowie zu keiner Erhöhung der Festigkeitseigenschaften von Gußeisen, und die Überschreitung der oberen Grenze, die 2,0 Masse-% beträgt, führt zu einer starken Abnahme der Verschleiß festigkeit vom Gußeisen. A decrease in the amount of graphitized carbon in Shape of spheroidal graphite inclusions below the lower limit, which is 0.5% by mass does not lead to a reduction in the Modulus of elasticity and linear shrinkage as well no increase in the strength properties of cast iron, and exceeding the upper limit, the 2.0 mass% amounts to a sharp decrease in wear strength of cast iron.

Das Gußeisen weist folgendes Verhältnis der Bestandteile in Masse-% auf:The cast iron has the following ratio of components in mass% on:

Kohlenstoff, der im Gußeisen in gebundenem
und in freiem Zustand, in Form von
Kugelgraphiteinschlüssen vorhanden ist 3,2 bis 4,0 Silizium 1,4 bis 3,5 Mangan 0,4 bis 1,2 Chrom 7,0 bis 10,0 Nickel 2,5 bis 5,5 Aluminium0,05 bis 0,3 Zer und Magnesium, deren Gesamtmenge beträgt:0,03 bis 0,25 Kalzium0,05 bis 0,3 EisenRestCarbon bound in cast iron
and in the free state, in the form of
Spheroidal graphite inclusions are present 3.2 to 4.0 silicon 1.4 to 3.5 manganese 0.4 to 1.2 chromium 7.0 to 10.0 nickel 2.5 to 5.5 aluminum 0.05 to 0.3 cerium and magnesium, the total amount of which is: 0.03 to 0.25 calcium 0.05 to 0.3 iron residue

Bei einem Siliziumgehalt im Gußeisen von weniger als 1,4 Masse-% wird keine Ausscheidung freien Kohlenstoffs im Gußeisen stimuliert. Die obere Grenze ist für den Siliziumgehalt im Gußeisen 3,5 Masse-%, denn bei einem höheren Gehalt an Silizium wird eine Bildung der Produkte eines Hochtemperatur abbaus von Austenit in der Gußeisenstruktur beobachtet, die die Festigkeitseigenschaften und die Verschleißfestigkeit vom Gußeisen mindern.With a cast iron silicon content of less than 1.4% by mass there will be no free carbon excretion in cast iron stimulates. The upper limit is for the silicon content in cast iron 3.5% by mass, because with a higher content of Silicon becomes a formation of high temperature products degradation of austenite observed in the cast iron structure, which the strength properties and wear resistance reduce from cast iron.

Bei einem Kohlenstoffgehalt im Gußeisen von weniger als 3,2 Masse-% unter den Bedingungen eines verminderten Sili ziumgehaltes und bei Nichtvorhandensein von Aluminium wird Kohlenstoff völlig für die Bildung der Karbidphase ver braucht, d. h. die Ausscheidung von freiem Kohlenstoff erfolgt nicht.When the cast iron carbon content is less than 3.2% by mass under the conditions of a reduced sili zium content and in the absence of aluminum Carbon completely ver for the formation of the carbide phase needs, d. H. free carbon is eliminated Not.

Ein übermäßig großer Kohlenstoffgehalt, d. h. mehr als 4,0 Masse-%, führt dazu, daß in der Gußeisenstruktur Produkte eines Hochtemperaturabbaus von Austenit entstehen. Außerdem verschlechtert eine Menge an freiem Kohlenstoff im Gußeisen von mehr als 2,0 Masse-% die Verschleißfestigkeit vom Guß eisen. Dadurch wird die obere Grenze des Kohlenstoffgehaltes als 4,0 Masse-% bestimmt.An excessively large carbon content, i.e. H. more than 4.0 Mass% leads to products in the cast iron structure of high temperature quenching of austenite. Furthermore deteriorates a lot of free carbon in cast iron of more than 2.0% by mass, the wear resistance of the cast iron. This will make the upper limit of the carbon content determined as 4.0% by mass.

Bei einem Aluminiumgehalt von weniger als dem unteren Grenz wert - 0,05 Masse-% -, wird die Ausscheidung von Kohlenstoff in freiem Zustand erschwert und der Verbrauch an Zer und Magnesium erhöht. Die Überschreitung der oberen Grenze des Aluminiumgehaltes im Gußeisen, die 0,3 Masse-% beträgt, führt zur Erscheinung nicht erwünschter Produkte eines Hoch temperaturabbaus von Austenit in der Gußeisenstruktur, die eine niedrige Verschleißfestigkeit aufweisen.With an aluminum content of less than the lower limit value - 0.05 mass% -, the excretion of carbon in the free state difficult and the consumption of Zer and Magnesium increases. Exceeding the upper limit of the Aluminum content in cast iron, which is 0.3% by mass, leads to the appearance of unwanted products of a high temperature reduction of austenite in the cast iron structure, the have a low wear resistance.

Bei einem Kalziumgehalt im Gußeisen von weniger als dem unteren Grenzwert - 0,05 Masse-% -, ist die Wirkung analog zum Aluminium, und bei Gehalten über dem oberen Grenzwert - 0,3 Masse-% - werden die nichtmetallischen Einschlüsse ver größert, die die Festigkeitseigenschaften des Gußeisens herabsetzen.With a cast iron calcium level of less than that lower limit - 0.05 mass% -, the effect is analog to aluminum, and at levels above the upper limit - 0.3 mass% - the non-metallic inclusions are ver which increases the strength properties of cast iron belittle.

Bei einem Gesamtgehalt an Magnesium und Zer im Gußeisen von unter dem unteren Grenzwert - 0,03 Masse-% - entsteht in der Gußeisenstruktur nicht nur Kugel- sondern auch la mellarer und vermicularer Graphit, was die Festigkeitsei genschaften des Materials stark herabsetzt. Ein Überschuß des Gesamtgehalts an Magnesium und Zer führt zu Nachmodi fizierung, wodurch derselbe negative Effekt entsteht wie es bei ungenügendem Gehalt im Gußeisen der Fall ist, deshalb soll der Magnesium- und Zergehalt in Summe die obere Grenze - 0,25 Masse-% - nicht überschreiten.With a total content of magnesium and cerium in cast iron below the lower limit - 0.03 mass% - arises in the cast iron structure not only spherical but also la mellar and vermicular graphite, which is the strength properties of the material. An excess of the total content of magnesium and cerium leads to post-modes fication, which creates the same negative effect as it is the case when the cast iron content is insufficient, therefore The total magnesium and content should be the upper limit - Do not exceed 0.25% by mass.

Ein Gehalt an Nickel im Gußeisen von weniger als dem unteren Grenzwert - 2,5 Masse-% - führt zur Entstehung von Produkten eines Hochtemperaturabbaus von Austenit in der Gußeisen struktur und erschwert die Graphitisierung des Kohlenstoffs.A cast iron nickel content of less than the lower one Limit value - 2.5% by mass - leads to the creation of products a high temperature mining of austenite in cast iron structure and complicates the graphitization of carbon.

Bei einem Nickelgehalt über dem oberen Grenzwert - 5,5 Masse-% - vergrößert sich die Stabilität von Austenit, wodurch die metalli sche Grundlage vom Gußeisen zu einer vollständigen austeniti schen werden kann.If the nickel content is above the upper limit - 5.5% by mass - The stability of austenite increases, whereby the metalli base from cast iron to a complete austeniti can be

Bei einem Mangangehalt im Gußeisen außerhalb des Bereichs von 0,3 bis 1,2 Masse-% werden dieselben negativen Erschei nungen beobachtet werden, wie es beim Nickel der Fall ist.If the manganese content in the cast iron is out of range from 0.3 to 1.2 mass%, the same negative appearances can be observed, as is the case with nickel.

Bei einem Chromgehalt im Gußeisen unterhalb der unteren Grenze - 7,0 Masse-% - bildet sich in der Gußeisenstruktur eine kontinuierliche Karbidphase vom Typ des Zementits, was die Festigkeitseigenschaften des Gußeisens verschlech tert, und ein Chromgehalt oberhalb der oberen Grenze - 10,0 Masse-% - unterdrückt die Ausscheidung von Kohlenstoff in freiem Zustand, d. h., der ganze Kohlenstoff liegt in gebunde nem Zustand vor.With a chromium content in the cast iron below the lower one Limit - 7.0 mass% - forms in the cast iron structure a continuous carbide phase of the cementite type, which deteriorates the strength properties of the cast iron tert, and a chromium content above the upper limit - 10.0 % By mass - suppresses the excretion of carbon in free state, d. that is, all of the carbon is bound condition.

Dank dem erfindungsgemäßen Kohlenstoffzustand und der Zu sammensetzung der Bestandteile weist das Gußeisen im Gießzu stand die erforderlichen physikalisch-mechanischen, Gieß- und Betriebseigenschaften auf, ohne daß die Erzeugnisse aus diesem Gußeisen einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen werden müssen. Außerdem weist das Gußeisen durch die Abnahme von Elastizitätsmodul und linearer Schwindung sowie die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit eine hohe Rißfestigkeit auf, und das Fehlen der Schwindung und der Martensitstufe vorangehender Ausdehnungen ermöglicht es, es für die Her stellung von bimetallischen Erzeugnissen, gepaart mit Grauguß anzuwenden.Thanks to the carbon state according to the invention and the Zu The composition of the components is assigned to the cast iron in the casting the necessary physical-mechanical, casting and operating characteristics without the products subjected to a high temperature treatment from this cast iron Need to become. In addition, the cast iron shows through the decrease of modulus of elasticity and linear shrinkage as well as the Increased thermal conductivity a high crack resistance on, and the lack of shrinkage and martensite level previous extents makes it possible for her Provision of bimetallic products, paired with gray cast iron to apply.

Nachstehend werden konkrete Beispiele für die Zusammensetzung des verschleißfesten Gußeisens in der Tabelle angeführt.Below are concrete examples of the composition of wear-resistant cast iron listed in the table.

Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, ermöglichen die erfind dungsgemäßen Zusammensetzungen von Gußeisen, bei Gußstücken die erforderlichen physikalisch-mechanischen, Gieß- und Be triebseigenschaften im Gießzustand zu erhalten, d. h. ohne die Anwendung einer Hochtemperaturbehandlung. Insbesondere wurde festgestellt, daß die Hauptkenndaten von Gußeisen im Gießzustand in folgendem Bereich liegen: Rockwell-Härte 57-61 HRC; Biegefestigkeit 750-950 MPa; Biegepfeil 3,0- 4,5 mm; lineare Schwindung 1,5-1,8%; Restspannungen 150- 200 MPa; Elastizitätsmodul 15,5-17,5 hPa.As can be seen from the table, the invent compositions of cast iron according to the invention, for castings the necessary physical-mechanical, casting and loading to maintain driving properties in the as-cast state, d. H. without the application of a high temperature treatment. In particular it was found that the main characteristics of cast iron in the cast state are in the following range: Rockwell hardness 57-61 HRC; Flexural strength 750-950 MPa; Bending arrow 3.0- 4.5 mm; linear shrinkage 1.5-1.8%; Residual voltages 150- 200 MPa; Modulus of elasticity 15.5-17.5 hPa.

Die erste Gruppe der Zusammensetzungen von Gußeisen (I-III) wird für die Produktion von Gußstücken mit einer Masse von 0,6 bis 10 t in einmaligen Sandformen empfohlen. The first group of cast iron compositions (I-III) is used for the production of castings with a mass of 0.6 to 10 t in unique sand molds recommended.

Die zweite Gruppe der Zusammensetzungen von Gußeisen (IV-VI) wird für die Produktion von bimetallischen Gußstücken mit einer Masse bis 2 t nach einem Fliehkraftverfahren empfohlen. Als Material für die zweite Schicht der bimetallischen Guß stücke wird billiger Grauguß verwendet. Die Höhe der Rest spannungen in bimetallischen Erzeugnissen beträgt, wie fest gestellt wurde, höchstens 200 MPa.The second group of cast iron compositions (IV-VI) is used for the production of bimetallic castings a mass of up to 2 t recommended using a centrifugal force process. As a material for the second layer of bimetallic casting cheap cast iron is used. The amount of the rest tensions in bimetallic products is how firm was placed, at most 200 MPa.

Die dritte Gruppe der Zusammensetzungen von Gußeisen (VII- VIII) wird für die Produktion in einer stationären Kokille sowohl mono- als auch bimetallischer Gußstücke von bis 1 t Masse empfohlen.The third group of cast iron compositions (VII- VIII) is used for production in a stationary mold both mono and bimetallic castings of up to 1 t Recommended mass.

Aus der Beschreibung und den angeführten Beispielen ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Zusammensetzung von Gußeisen eine stabile Erhaltung sowohl mono- als auch bi metallischer Erzeugnisse mit den erforderlichen pyhsikalisch- mechanischen, Gieß- und Betriebseigenschaften in gegossenem Zustand sichert, d. h. ohne Anwendung einer Hochtemperaturbe handlung und mit einer Höhe von Restspannungen, die 200 MPa nicht übersteigt, d. h. Erzeugnisse, die eine hohe Riß festigkeit aufweisen.From the description and the examples given is it can be seen that the composition according to the invention of Cast iron a stable preservation both mono- and bi metallic products with the necessary physical mechanical, casting and operating properties in cast Backs up condition, d. H. without using a high temperature action and with a level of residual stresses that are 200 MPa does not exceed d. H. Products that have a high crack have strength.

Claims

1. Wear-resistant cast iron that contains carbon, silicon, man gan, chromium, nickel and iron, characterized in that it contains aluminum, cerium, magnesium and calcium in addition to the components mentioned and the carbon in the cast iron in an amount of 0, 5 to 2.0% by mass of its total amount is in the form of spheroidal graphite inclusions.

2. Wear-resistant cast iron according to claim 1, characterized indicates that the following ratio of the components (in Mass%) has: Carbon (including Spheroidal graphite inclusions) 3.2 to 4.0 Silicon 1.4 to 3.5 Manganese 0.4 to 1.2 Chromium 7.0 to 10.0 Nickel 2.5 to 5.5 Aluminum 0.05 to 0.3 Zer and magnesium, a total of 0.03 to 0.25 Calcium 0.05 to 0.3 Iron remnant