DE3726272A1 - Verfahren zum impfen von gusseisen - Google Patents
Verfahren zum impfen von gusseisenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
- B22D1/007—Treatment of the fused masses in the supply runners
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
- C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Impfen
von Gußeisen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, Metallschmelzen in der Form mit
Zusatzmitteln zu behandeln. Aus DE-OS-19 36 153 ist ein
Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit in
der Form bekannt. Die im vorbekannten Verfahren verwendete
Vorrichtung besteht aus einem horizontal verlaufenden
Gießkanal, an den sich eine nach unten abgesetzte,
rechteckförmige Kammer anschließt. Die Kammer ist mit
vertikal verlaufenden Trennwänden ausgerüstet, die mit
Abstand zueinander angeordnet sind und eine
Durchlaßöffnung bilden. Die Trennwände sorgen dafür, daß
das in die Kammer einschießende Gußeisen sich gut mit dem
Impfmittel vermischt, um somit eine große Kontaktfläche
zwischen Gußeisen und dem Impfmittel zu bilden.
Aus FR-PS-20 34 907 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Behandeln von geschmolzenem Metall bekannt, die mit
einem vertikal verlaufenden Einlaufteil einen sich an
diesen anschließenden, horizontal verlaufenden,
einteiligen Gießkanal versehen ist, der mit einer den
Querschnitt des Gießkanals erweiternden, das Impfmittel
aufnehmenden Reaktionskammer versehen ist.
Bei der aus DE-PS-24 10 109 bekannten Vorrichtung zur
Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit mit einem
Einlaufteil, einem sich an diesen anschließenden
horizontal verlaufenden Gießkanal ist das Impfmittel im
Boden des Gießkanals in eine flache, die laminare Strömung
nicht unterbrechende Aussparung eingebracht.
Gemäß der aus DE-OS-19 01 366 bekannten Einrichtung zum
Impfen, Legieren oder Behandeln von Metallguß wird im
Einlauf für die Schmelze und/oder in dem von der Schmelze
auszufüllenden Raum ein Impfmittelgranulat und/oder
Legierungselemente enthaltender, durch die Schmelze
auflösbarer Körper angeordnet. Beispielsweise ist der
Körper aus mit Impfmittel angereichertem Schaumpolystyrol
hergestellt.
Ein aus DE-AS-12 48 239 bekanntes weiteres Verfahren zur
Impfung von Gußeisen besteht darin, daß die
Gußeisenschmelze beim Durchströmen des Anguß- bzw.
Anschnittsystems mit einem darin eingeformten Impfmittel
in Berührung gebracht wird. Das Impfmittel kann in Gestalt
eines Formkörpers oder eines Rohrstückes verwendet werden.
Mit den vorbekannten Verfahren bzw. Einrichtungen hat man
nicht in allen Fällen zufriedenstellende Ergebnisse
erzielen können; sei es, daß die Formkörper der
einströmenden Schmelze zu kleine Flächen zur Auflösung
anbieten, unerwünschte Turbulenzen auftreten, aus ihrer
Verankerung gerissene ungelöste Teile des
Behandlungsmittels als Einschlüsse im Gußstück auftreten
oder zu viel ungelöstes Behandlungsmittel in
unwirtschaftlicher Weise im Angußsystem der Form verbleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Impfen von Gußeisenschmelzen bereitzustellen, bei dem
die Gußeisenschmelze weitgehend turbulenzfrei und in
möglichst laminarer Strömung ausreichende Impfmittelmengen
abträgt.
Ausgehend von einem Verfahren zum Impfen von
Gußeisenschmelzen in der Form, wobei die Gußeisenschmelze
in der Form beim Durchströmen des Anguß- bzw.
Anschnittsystems der Form mit dem darin angeordneten
Impfmittelformkörper in Berührung gebracht wird, besteht
in Lösung der Aufgabe das Verfahren gemäß der Erfindung
darin, daß der Formkörper an beiden Enden in
gegenüberliegenden Ausnehmungen (Kernmarken) der Wandung
des Anguß- bzw. Anschnittsystems gelagert ist.
Mit der beidseitigen Lagerung bzw. Stützung des
Impfmittelkörpers in Aussparungen der Wandung bzw. in
sogenannten "Kernmarken" wird, auch bei relativ geringer
Tiefe der Aussparung, ein sicherer Sitz des Formkörpers
gewährleistet, wozu ggf. noch eine Verankerung mittels
eines Klebers beiträgt. Die Aussparungen bzw. Kernmarken
werden vorteilhaft der Form des Impfmittelkörpers in
solcher Weise angepaßt, daß sich eine Art Voll-Lagerschale
für die einzulegenden Enden des Impfmittelkörpers ergibt.
Auf diese Weise kann praktisch keine Schmelze in die Fuge
zwischen Form und Impfmittelkörper eindringen.
Zweckmäßig liegen die in der Wandung vorgesehenen
lagerartigen Aussparungen für den Impfmittelkörper in der
Teilungsebene des Formkastens. Dabei kann die Form
vertikal oder horizontal geschnitten sein.
Die neue Lagerungsart gemäß dem Verfahren der Erfindung
erfordert einen Impfmittelkörper, dessen Längsachse länger
als die Querachse ist. Beispielsweise eignen sich als
Formkörper Massivstäbe von rundem oder kantigem
Querschnitt, wobei diese Stäbe in der Mitte zweckmäßig
noch elliptische oder kugelförmige Verdickungen aufweisen
können. Ferner kann der Impfmittelkörper die Form eines
schmalen Konus aufweisen. Insbesondere eignen sich
Impfmittelkörper in Form eines Doppelkonus oder einer
Doppelpyramide. Nach einer weiteren Ausgestaltung der
Impfmittelkörper des Verfahrens der Erfindung ist es nicht
erforderlich, daß diese rotationssymmetrisch ausgebildet
sind; vielmehr können diese auch quaderförmig ausgebildet
sein und mit ihrer Schmalseite in der Strömungsrichtung
der Gußeisenschmelze stehen. Zwecks weitgehender
Vermeidung von Turbulenzen ist eine Anpassung der Form im
Angußteil an die Gestalt des Impfmittelkörpers zweckmäßig,
so daß ein strömungsgünstiger Fluß der Gußeisenschmelze
herbeigeführt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die
Ausbildung eines Staus der Gußeisenschmelze im Bereich des
Impfmittelkörpers vorgesehen, so daß dieser quasi in der
im Einguß stehenden Schmelze liegt und reagiert. Hierzu
wird unmittelbar unterhalb des Impfmittelkörpers eine
Verengung des kreisförmigen Querschnitts des Eingußkanals
auf einen schlitzförmigen Querschnitt vorgenommen, der
sich nachfolgend wiederum auf den ursprünglichen
kreisförmigen Querschnitt erweitert.
Das Verfahren der Erfindung weist Vorteile auf. In dem
erfindungsgemäßen Impfverfahren wird der Impfmittelkörper
von der Metallschmelze praktisch vollständig umströmt und
nur ein relativ kleiner Teil der jeweiligen Enden ist in
der Wandung gelagert und von keramischem Material
abgedeckt. Aufgrund der beidseitigen Lagerung kann die
Lagerschale auch kleiner sein. Hierdurch steht mehr
Impfmitteloberfläche pro Gewichtseinheit strömender
Schmelze zur Verfügung. Darüber hinaus braucht die
Mantelfläche des Impfmittelkörpers in der Kernmarke
(Sackloch) nicht auf Pressung zu sitzen. Die beidseitige
Lagerung gibt, gegenüber einer einseitigen Lagerung, einen
sicheren Schutz des Körpers gegen Ausbruch, da keine
Drehmomentwirkung eintreten kann, die durch den
Strömungsdruck der Gußeisenschmelze verursacht wird. Mit
besonderem Vorteil kann das Impfverfahren der Erfindung
auf das Formmaskenverfahren angewendet werden, weil in die
relativ dünnen Wandungen der (Halb-)Masken die
Lagerschalen gut einzuformen sind und außerdem in die
Kernmarken der druckempfindlichen Masken der
Impfmittelkörper nur lose eingelegt und nicht eingepreßt
zu werden braucht, wodurch unnötiger Ausschuß durch
Zerstörung vermieden wird.
Das Verfahren der Erfindung wird anhand der Abbildungen
und des Beispiels näher und beispielhaft erläutert.
In Fig. 1a ist ein Schnitt durch den Einlauf (2) eines
Formkastens (1) mit vertikaler Kastenteilung (5) (Linie
A-B) schematisch dargestellt. In der Wandung des Einlaufs
(2) befinden sich Kernmarken (3), in denen der
konusförmige Impfmittelkörper (4) mit seinen beiden Enden
gelagert ist.
Fig. 1b ist ein Schnitt entlang der Linie A-B
(Teilungsebene) der Fig. 1a.
Fig. 2a zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Dabei ist in den Kernmarken (3) des Einlaufs (2) ein
Impfmittelkörper in Form eines Doppelkonus (4) an beiden
Enden gelagert.
Fig. 2b ist ein Schnitt entlang der Linie C-D
(Teilungsebene) der Fig. 2a.
Es wurden Kurbelwellen aus Gußeisen mit Kugelgraphit der
Zusammensetzung 3,75% C, 0,32% Mn, 0,6% Cu, 2,1% Si,
0,009% S und 0,042% Mg in eine vertikal geteilte Form
vergossen. Die übliche sogenannte Nachimpfung erfolgte im
Angußtrichter der Form unter Verwendung eines
kegelstumpfförmigen Impfmittelkörpers der Zusammensetzung
75% Si, 0,6% Ca, 1,8% Al, Rest Fe bei einer
Gießtemperatur von 1395°C. Das Gießgewicht einschließlich
Speiser und Angußsystem betrug 56 kg, der Impfmittelkörper
wog 63 g. Der Impfmittelkörper wurde in eine Kernmarke im
Angußtrichter zu etwa 1/3 seiner Höhe eingelassen und
fixiert. Der Einguß wurde mit einem 2,5 mm dicken
Eisenblech abgedeckt, so daß die zur Füllung des
Angußtrichters und zur Aktivierung des Impfmittelkörpers
erforderliche Verzögerung sich einstellte. Die Füllzeit
der Form betrug 11 sec. Das metallurgische Ergebnis der
Impfung wurde an Schliffproben (aus dem sog. Zapfen der
Welle) ermittelt, wobei folgende Größen der Graphitkugeln
im überwiegend perlitischen Grundgefüge ermittelt wurden:
Bei Überprüfung der chargenweise vergossenen Kurbelwellen
in Losgrößen von 40 Stück wurden in Einzelfällen im Gefüge
geringe Zementitreste festgestellt, so daß die
Kurbelwellen einer nachträglichen Normalisierungsglühung
unterworfen werden mußten, um ein einwandfreies Gefüge
sicherzustellen. Weitere Versuche, durch Veränderung der
Anordnung des Impfmittelkörpers im Angußtrichter eine
reproduzierbare Produktionssicherheit im Hinblick auf
Zementitfreiheit des Wellenzapfens der Kurbelwelle zu
erreichen, brachten keine Verbesserung.
Es wurden wiederum Kurbelwellen aus Gußeisen mit
Kugelgraphit der Zusammensetzung 3,75% C, 0,32% Mn,
0,6% Cu, 2,1% Si, 0,009% S und 0,042% Mg in eine
vertikal geteilte Form bei 1395°C vergossen. Zur
Nachimpfung wurde ein Impfmittelkörper der Zusammensetzung
gemäß Beispiel 1 verwendet. Hierzu wurden in der Wandung
des Eingusses in kleinem Abstand unterhalb des
Eingußtrichters Aussparungen nach Art einer Kernmarke
vorgesehen. In diesen Aussparungen wurde der
Impfmittelkörper in Form eines Kegelstumpfes bzw. eines
Doppelkegelstumpfes (s. Fig. 1 u. 2) mit seinen beiden
Enden zapfenartig gelagert. Die in den gegenüberliegenden
Aussparungen gelagerten beiden Körperabschnitte hatten
eine Länge von jeweils etwa 1/8 der Gesamtkörperlänge.
Unterhalb des Impfmittelkörpers wurde durch Verengung des
kreisförmigen Eingußquerschnitts auf einem schlitzförmigen
Querschnitt, mit nachfolgender Öffnung auf den
Ausgangsquerschnitt, ein Stau der Eisenschmelze erreicht,
so daß der Impfmittelkörper quasi in der gestauten
Schmelze lag und sich etwa proportional zur
durchströmenden Eisenmenge auflösen konnte.
Unter Verwendung von Impfmittelkörpern gemäß Fig. 1 und
Fig. 2 war die Füllzeit der Form mit 12-13 sec. nur
unwesentlich länger als in Beispiel 1. Das Gewicht des
Kegelstumpfes betrug 63,8 g, das des Doppelkegelstumpfes
66,2 g. Beide Impfmittelkörper wiesen die chemische
Zusammensetzung des Impfmittelkörpers des Beispiels 1 auf.
Unter Verwendung des als Doppelkegelstumpf ausgebildeten,
an beiden Enden in Aussparungen der Eingußwand gelagerten
Impfmittelkörpers wurde unmittelbar das zementitfreie
Gefüge erzielt mit einer Graphitkugel-Verteilung gemäß
nachstehender Tabelle. Das metallurgische Ergebnis der
Impfung wurde an einer Charge von 40 Kurbelwellen geprüft.
Hierzu wurden Proben aus den sogenannten Wellenzapfen
entnommen und hiervon Schliffe angefertigt und die
Gefügeausbildung überprüft. Zusätzlich wurde der Schliff
auf Zementit hin geätzt.
Der Tabelle ist zu entnehmen, daß die Sphärolithen des
Bereichs mit größtem Durchmesser nunmehr fehlen, und daß
der mittlere Kugeldurchmesser kleiner geworden ist. Diese
deutliche Verbesserung der Impfmittelbehandlung führt zu
einer erhöhten Biegewechselfestigkeit des Gußstücks bzw.
der Kurbelwelle.
Neben der in den Beispielen genannten Impflegierung wurden
mit ähnlichem Ergebnis auch Impfkörper aus Impflegierungen
auf Basis FeSi 45, FeSi 60 und FeSi 90, die mit
impfwirksamen Elementen wie Strontium, Kalzium, Zirkonium,
Barium, Wismut und Seltene Erdmetalle wie Ce, La u.a.
legiert waren, verwendet.
Claims (6)
1. Verfahren zum Impfen von Gußeisenschmelzen in der
Form, wobei die Gußeisenschmelze in der Form beim
Durchströmen des Anguß- bzw. Anschnittsystems der Form
mit dem darin angeordneten Impfmittelformkörper in
Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
der Formkörper an beiden Enden in gegenüberliegenden
Ausnehmungen (Kernmarken) der Wandung des Anguß- bzw.
Anschnittsystems gelagert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Formkörper in, in der Teilungsebene der Form
befindlichen Ausnehmungen der Wandung gelagert ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Formkörper verwendet wird,
dessen Längsachse länger als die Querachse ist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Körper in Form eines Konus
verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Körper in Form eines
Doppelkonus verwendet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß unmittelbar unterhalb des
Impfmittelkörpers eine Verengung des
Durchströmungsquerschnitts vorgenommen wird.
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