DE3833325A1 - Verfahren zum stranggiessen von hochfestem magnesiumhaltigem gusseisen - Google Patents

Verfahren zum stranggiessen von hochfestem magnesiumhaltigem gusseisen

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DE3833325A1
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Igor Konstantinovic Pokhodnya
Vladimir Sergeevic Sumichin
Ivan Grigorevic Razdobarin
Anatolij Andreevic Snezko
Mecislav Vincovic Zelnis
Vladimir Fedorovic Alter
Oleg Iosifovic Sinskij
Boris Olegovic Cernjak
Nikolai Trofimovic Ovcarenko
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    • B22D11/11—Treating the molten metal
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    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gießereiwesen und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen.
Die vorliegende Erfindung kann bei der Massenpro­ duktion von Gußsträngen aus hochfestem Gußeisen auf Gußeisenstranggußanlagen verwendet werden.
Besonders wirksam kann die vorliegende Erfindung bei der Produktion von Rohlingen für Hydraulik- und Druckluftgeräteteile mit erhöhten Anforderungen an die Festigkeits- und Plastizitätseigenschaften eingesetzt werden.
Gegenwärtig werden in aller Welt bei der Massen­ produktion von Gußstücken aus hochfestem Gußeisen Magnesium und seine Legierungen für die Ausbildung des Kugelgraphits im Gußeisengefüge verwendet.
Es ist ein Verfahren zum Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen bekannt, bei dem magne­ siumhaltiges Gußeisen in das Metallaufnahmegefäß einer Gußeisenstranggußanlage unter die Schicht einer auf der Oberfläche des fettigen Gußeisens gemachten 20 bis 30% Magnesiumchlorid enthaltenden Schutzschlacke in Teilmengen zugeführt wird (SU, A, 9 44 761).
Durch das genannte Verfahren wird eine stabile Ge­ winnung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften mit einem hohen Gleichmäßigkeitsgrad im Gußstrang wäh­ rend des Stranggießvorgangs nicht gewährleistet, weil während der Haltezeit der Schmelze ein Magnesium­ abbrand stattfindet.
Außerdem wird bei diesem Verfahren die Hallen­ atmosphäre durch Schadstoffe infolge der Chlorausschei­ dung aus dem Magnesiumchlorid bei Hochtemperaturen ver­ unreinigt.
Außerdem kann dieses Verfahren nicht automatisiert werden, weil es mit derartigen Vorgängen wie Einschmel­ zen der Schutzschlacke, Zerkleinerung, Lagerung und Dosierung von Magnesiumzusätzen und Schlacke verbunden ist, die sich nicht automatisieren lassen.
Es ist ein Verfahren zum Stranggießen von hoch­ festem magnesiumhaltigem Gußeisen (Akademie der Wis­ senschaften der Ukrainischen SSR, Kiew, Lwow, 1977, X. Unionskonferenz über hochfestes Gußeisen, Kurz­ vorträge, S. 110 bis 111) gekannt, welches darin be­ steht, daß in ein Metallaufnahmegefäß flüssiges ma­ gnesiumhaltiges Gußeisen eingefüllt wird, um Kugel­ graphit im Gefüge der Gußeisenstränge ausbilden zu können.
Beim Halten des magnesiumhaltigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß führt sein Kontakt mit der Atmosphäre zum Magnesiumabbrand gemäß der Reaktion
Im Ergebnis nimmt die Magnesiummenge in der Schmelze ständig ab, wodurch die Festigkeitseigenschaf­ ten des Metalls verschlechtert werden, ihre große Ungleichmäßigkeit über die Stranglänge während des Stranggießvorganges hervorgerufen wird.
Außerdem wird durch das genannte Verfahren die Änderung des Magnesiumgehalts im Gußeisen (Magnesium­ abbrand) bei seinem Halten unter Hochtemperatur nicht berücksichtigt.
Infolge des Abbrands von Magnesium sinkt sein Gehalt und nach Erreichen einer gewissen unter gegebe­ nen Bedingungen minimal zulässigen Menge (unter 0,03%) kristallisiert sich das Graphit nicht in Kugel-, sondern in Lamellenform, d. h., es wird ein Graugußge­ füge ausgebildet.
Die Festigkeitseigenschaften eines solchen Guß­ eisens ändern sich auf der Stranglänge bedeutend (von den Eigenschaften des hochfesten Gußeisens bis zu den Graugußeigenschaften).
Außerdem erfordert dieses Verfahren, daß die Magnesiumzusätze zerkleinert, gelagert und in flüssiges Gußeisen dosiert werden, was automatisch nicht mach­ bar ist.
Es sind Verfahren zur Entschwefelung von Gußeisen durch Injektion eines Magnesiumpulvers mittels Gase (N. A. Voronova "Entschwefelung von Gußeisen mit Magne­ sium", 1980, Metallurgia", Moskau, S. 102) weitbekannt.
Bei diesen Verfahren kann pulverförmiges Magnesium in die Gußeisenschmelze zur Ausbildung von Kugelgraphit in seinem Gefüge eingeführt werden.
Jedoch sind diese Verfahren auf das Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen praktisch nicht anwendbar, weil sie große Gußeisenmassen erfor­ dern.
Um eine Havariegefahr bei der Führung des Strang­ gießvorganges vermeiden zu können, soll die Metall­ spiegelhöhe im Metallaufnahmegefäß über der Kokille in Grenzen von 300 bis 500 mm aufrechterhalten werden.
Beim Eintauchen der Blasform zur Magnesiuminjek­ tion in die Schmelze in solch eine Tiefe ist der Koef­ fizient der Magnesiumaufnahme durch die Gußeisenschmelze sehr gering (weniger als 15%).
Bei einer Stranggießleistung über 9,5 kp/s ist ein großer Magnesium- und Gasverbrauch erforderlich, wo­ durch Metallausbrüche aus dem Metallaufnahmegefäß her­ vorgerufen und die Arbeitsbedingungen für das Bedie­ nungspersonal verschlechtert werden.
Außerdem ist die Magnesiuminjektion in die Guß­ eisenschmelze mit komplizierten technologischen Arbeits­ gängen verbunden.
Es ist ebenfalls ein Verfahren zum Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen (SU, A, 5 44 063) bekannt, bei dem magnesiumhaltiges Gußeisen in ein Metallaufnahmegefäß periodisch zugeführt, ein Strang in einer Kokille ausgebildet und aus der Kokille herausgezogen wird.
Um eine stabile Qualität des Strangwerkstoffes sicherstellen zu können, wird der Magnesiumgehalt im nachzufüllenden Gußeisen um 0,01 bis 0,1 Masse-% im Ver­ gleich zum Magnesiumgehalt im Gußeisen vergrößert, das im Metallaufnahmegefäß zum Zeitpunkt des Nachfüllens bleibt. Dabei wird der Magnesiumgehalt im nachzufüllen­ den Gußeisen nach dem Verhältnis
bestimmt, worin
Mg₂ - Magnesiumgehalt im nachzufüllenden Gußeisen, Masse-%;
ΔMg - Magnesiumabbrand im Metallaufnahmegefäß pro Zeiteinheit, %;
t - Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfol­ genden Nachfüllungen;
P₁ - Masse des im Metallaufnahmegefäß zum Zeit­ punkt des Nachfüllens gebliebenen Gußeisens;
P₂ - Masse des nachzufüllenden Gußeisens;
Mg₁ - Magnesiumgehalt im Gußeisen, das im Metall­ aufnahmegefäß zum Zeitpunkt des Nachfüllens geblieben ist, Masse-% sind.
Jedoch führt der Einsatz des genannten Verfahrens bei der kontinuierlichen Herstellung von Gußsträngen aus hochfestem Gußeisen dazu, daß beim Halten des magnesiumhaltigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß das Globularisierungseffekt infolge des Magnesiumab­ brandes mit der Zeit abgeschwächt wird und im Ergebnis die Festigkeitseigenschaften der Gußstränge ver­ schlechtert werden. In Abhängigkeit vom Profil des ab­ zuziehenden Stranges und seiner Wandstärke schwankt die Gießleistung in weiten Grenzen und in Zusammenhang damit schwankt auch die Nachfüllzeit für die nachfolgen­ den Teilmengen des magnesiumhaltigen Gußeisens in einem breiten Bereich und kann 0,5 h und mehr betragen. Wäh­ rend dieser Zeit erreicht der Magnesiumabbrand einen hohen Wert. Deswegen sind die Gußeigenschaften in den vor dem Nachfüllen und gleich danach erzeugten Strängen sehr ungleichmäßig und stark unterschiedlich.
Folglich ist es praktisch unmöglich, einen Strang mit einer in hohem Grade erreichbaren Gleichmäßigkeit der Eigenschaften über die Länge der abzuziehenden Stränge während des Stranggießvorganges zu erzeugen.
Außerdem entsteht bei der Pfannenbehandlung der nachzufüllenden Gußeisenteilmengen mit Magnesium ein Pyroeffekt, wodurch die Hallenatmosphäre durch schäd­ liche Gase verunreinigt und die Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal verschlechtert werden.
Durch den Magnesiumgehalt im Strangwerkstoff werden neben den anderen Kennwerten die Festigkeitseigenschaften des Metalls bedingt. Bei einem Magnesiumgehalt im Strangwerkstoff unter 0,03 Masse-% nehmen die Festig­ keitswerte stark ab.
Außerdem ist beim Einsatz dieses Verfahrens eine operative Kontrolle der Restmasse des magnesiumhaltigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß, der Magnesiummenge darin, der Masse der nachzufüllenden Gußeisenteilmenge und der Magnesiummenge darin, der Zerkleinerung und Dosierung der Magnesiumzusätze erforderlich. Diese Arbeitsgänge lassen eine Automatisierung des Prozesses nicht zu.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zum Stranggießen von hochfestem magnesium­ haltigem Gußeisen mit einer solchen Magnesiumeinführung in die Gußeisenschmelze zu schaffen und eine solche Magnesiummenge im Werkstoff des geformten Stranges zu ge­ währleisten, durch die der abzuziehende Strang mit einer in einem höheren Grade erreichbaren Gleichmäßig­ keit der physikalisch-mechanischen Eigenschaften über die Länge während des Abzugsvorgangs hergestellt, die Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal verbes­ sert und die Magnesiumzufuhr in die Gußeisenschmelze im automatischen Regime durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß in einem Verfahren zum Stranggießen von hochfestem magnesium­ haltigem Gußeisen, welches die Zufuhr einer Gußeisen­ schmelze in ein Metallaufnahmegefäß, die Magnesiumzu­ fuhr in die Gußeisenschmelze, das Formen eines Stran­ ges in einer Kokille, den Strangabzug aus der Kokille einschließt, erfindungsgemäß Magnesium in einer Stahl­ hülle kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit zuge­ führt wird, durch die ein Magnesiumgehalt von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% im Werkstoff des geformten Stranges gewährleistet wird.
Dabei wird die Geschwindigkeit der Magnesiumzufuhr zweckmäßigerweise nach der Abhängigkeit
bestimmt, worin
V - Geschwindigkeit der Magnesiumeinführung in die Gußeisenschmelze im Metallaufnahmegefäß, m/s;
P - durchschnittliche Leistung des Strangabzugs, kp/s;
q - Magnesiummasse pro 1 m Hülle, kg/m;
T - Gußeisentemperatur im Metallaufnahmegefäß, K;
S - Schwefelgehalt im Ausgangsgußeisen, Masse-%;
2 · 10⁵ - Proportionalitätsfaktor, der die Argumentendimension berücksichtigt, sind.
Bei einer Gußeisenzufuhr in Teilmengen wird die Teilmengenmasse zweckmäßigerweise ausgehend aus der Bedingung gewählt, daß im Werkstoff des geformten Stranges von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% Magnesium enthalten sind.
Günstigerweise wird ein niedriggekohltes Stahlband mit einer Stärke von 0,25 bis 0,45 mm als Stahlhülle verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, Gußstränge aus hochfestem Gußeisen mit einer in einem höheren Grade erreichbaren Gleichmäßigkeit der Festigkeitseigenschaften während des gesamten Stranggießvorgangs zu erzeugen.
Das wird dadurch erreicht, daß Magnesium in die Gußeisenschmelze kontinuierlich und gleichzeitig mit der Zufuhr des Ausgangsgußeisens zugeführt wird, wodurch die Verluste an Magnesium ergänzt werden, die bei seinem Abbrand während der Haltezeit des flüssigen Gußeisens entstehen, sowie die erforderliche Magnesiumaufnahme durch das Gußeisen im vorgegebenen Bereich sichergestellt wird.
Der Magnesiumgehalt im Strang und die Festigkeitseigenschaften des Metalls (Härte - HB; Festigkeitsgrenze - σ B ; relative Drehung - δ, %; durchschnittliche Magnesiumaufnahme durch das Gußeisen - a) liegen praktisch in einer vorgegebenen Höhe während des gesamten Gießvorgangs.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es ermöglicht:
  • - Magnesium in die Gußeisenschmelze im Metallaufnahmegefäß automatisch nach einem vorgegebenen Programm zuzuführen;
  • - die Zerkleinerung und Dosierung von Legierungen auf der Magnesiumbasis auszuschließen;
  • - die Entmodifizierung zu verhindern;
  • - den Magnesiumgehalt im Strangwerkstoff auf einem vorgegebenen Niveau aufrechtzuerhalten,
  • - die Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal wesentlich zu verbessern;
  • - den Magnesiumaufnahmegrad durch das Gußeisen zu erhöhen.
Die Verbesserung der Arbeitsbedingungen durch das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch erreicht, daß die Zerkleinerung und die Dosierung der einzuführenden Reagenzien ausgeschlossen werden, die Magnesiumzufuhr mit der Möglichkeit eines breiten Variierens der Einführungsgeschwindigkeit automatisch vorgenommen wird.
Außerdem wird die Magnesiumreaktion mit dem Gußeisen von einer geringen Licht- und Rauchentwicklung auf Kosten dessen begleitet, weil sich die Stahlhülle des Pulverdrahtes hauptsächlich im bodennahen Bereich des Metallaufnahmegefäßes auflöst, wodurch die Magnesiumdämpfe den maximalen Weg durch die Schmelze zurücklegen sollen.
Durch die Stahlhülle wird eine Wechselwirkung der Pulverdrahtkomponenten mit dem Luftsauerstoff verhindert, wodurch die Aufnahme der modifizierenden Elemente der Hülle durch die Schmelze verbessert wird.
Die Stahlhülle kann nicht mit einem einzigen, sondern mit mehreren sorgfältig gemischten Modifizierungsmitteln gefüllt werden, wodurch eine kombinierte Wirkung bei der Behandlung des flüssigen Gußeisens erzielt wird und folglich die Möglichkeit besteht, den Werkstoff des Gußstranges mit einem vorgegebenen Gefüge und vorgegebenen Eigenschaften zu erhalten.
Im Ergebnis gestattet das erfindungsgemäße Verfahren es, ein breites Sortiment von hochqualitativen Gußsträngen zu erzeugen, die hohe Betriebseigenschaften (Zugfestigkeit ( σ B ) - 450 bis 700 MPa, Härte (HB) - 180 bis 240, relative Dehnung ( δ %) - 3 bis 10 haben.
Durch das im erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung von Kugelgraphit im Gußeisengefüge verwendete Reagens in Form von Pulvermagnesium in einer Stahlhülle wird seine kontinuierliche Zufuhr in die Gußeisenschmelze ermöglicht, bis die Magnesiumrestmenge im Metall von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% beträgt.
Die Stahlhülle dient als Behälter für Magnesium. Durch die Stahlhülle wird ein Kontakt des Magnesiums mit dem Luftsauerstoff verhindert und die maximale Magnesiumaufnahme durch das Gußeisen begünstigt.
Der Einsatz von einem anderen Werkstoff beispielsweise Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen, als Hülle für den Draht ist unwirksam, weil diese Werkstoffe und das Gußeisen einen großen Unterschied in der Schmelztemperatur aufweisen. Diese Hüllen werden in den oberen Schichten des flüssigen Gußeisens aufschmelzen, wodurch die Wechselwirkung des Magnesiums mit der Gußeisenschmelze auf ihrer Oberfläche stattfinden, ein bedeutender Magnesiumabbrand entstehen, werden eine stürmische Reaktion und Ausbrüche des flüssigen Metalls aus dem Metallaufnahmegefäß hervorgerufen werden.
Der optimale Magnesiumgehalt im Gußeisen der Stränge soll von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% (in Abhängigkeit von der Wandstärke des Stranges, der Abkühlgeschwindigkeit und anderen Faktoren) betragen.
Bei einem Magnesiumgehalt in Strängen unter 0,03 Masse-% kristallisiert sich der Graphit nicht in Kugel-, sondern in Lamellenform, d. h., es wird das Graugrußgefüge ausgebildet. Die Oberflächeneigenschaften eines derartigen Gußeisens werden stark verschlechtert.
Bei einem Magnesiumgehalt in Strängen über 0,06 Masse-% entstehen im Gußeisen Risse, was zum Ausschuß führt, und die Stränge haben eine übermäßig große Härte, was deren Wärmebehandlung erforderlich macht.
Um einen Magnesiumgehalt im Gußeisen der Stränge in einem Bereich von ca. 0,03 bis ca. 0,06% erreichen zu können, wird die Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung zweckmäßigerweise nach der Abhängigkeit
bestimmt, worin
V - Geschwindigkeit der Magnesiumeinführung in die Gußeisenschmelze, m/s;
P - durchschnittliche Leistung des Strangabzugs, kp/s;
q - Magnesiummasse pro 1 m Hülle, kg/m;
T - Gußeisentemperatur im Metallaufnahmegefäß, K;
S - Schwefelgehalt im Ausgangsgußeisen, Masse-%;
2 · 10⁵ - Proportionalitätsfaktor, der die Argumentendimensionen berücksichtigt, sind.
Diese Abhängigkeit verbindet die wichtigsten technologischen Parameter des Stranggießens von hochfestem Gußeisen, wie Geschwindigkeit der Magnesiumdrahtzufuhr (Magnesiumverbrauch), Stranggießleistung, Temperatur des zu behandelnden Metalls, seine Zusammensetzung (Schwefelgehalt) und Magnesiummasse pro Einheit der Drahtlänge. Eine Temperaturerhöhung des zu behandelnden Gußeisens sowie eine Vergrößerung des Schwefelgehalts im Gußeisen und der Gießleistung führen zu einem höheren Magnesiumverbrauch für die Kugelgraphitausbildung im Gefüge der Gußeisenstränge.
Das in das flüssige Gußeisen eingeführte Magnesium verteilt sich darin folgenderweise:
worin
q Mg - die in das flüssige Gußeisen eingeführte Magnesiummenge;
q MgS - Menge von Magnesium, das durch Schwefel gebunden und zusammen mit Schwefel aus der Schmelze entfernt wird;
- Menge von Magnesium, das in der Schmelze bleibt;
q MgO - Menge von Magnesium, das für die Gußeisendesoxydation verbraucht wird.
Um den technologischen Prozeß zur Erzeugung von Gußsträngen aus hochfestem Gußeisen mit einer in hohem Grade erreichbaren Gleichmäßigkeit der Festigkeitseigenschaften über die Stranglänge schaffen zu können, soll die Gesetzmäßigkeit der quantitativen Magnesiumverteilung in der Schmelze festgelegt werden.
Mit der Temperaturerhöhung des flüssigen Gußeisens beim Einführen von Magnesium in dieses nimmt die Aufschwimmgeschwindigkeit der Magnesiumblasen zu. Dabei vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit ihres Austrags aus der Schmelze, d. h. eines Magnesiumabbrandes.
Auf Grund vielzähliger Versuche wurde eine Abhängigkeit abgeleitet, nach der die Magnesiumzufuhr pro 1 t flüssigen Gußeisens 0,75 bis 2,5 kg betragen soll. Die Magnesiummenge reicht aus, um im Werkstoff des geformten Stranges von ca. 0,003 bis ca. 0,06 Masse-% Magnesium in Abhängigkeit von der Gießleistung, der Temperatur des flüssigen Gußeisens, dem Schwefelgehalt in diesem und der Magnesiummasse im Pulverdraht erhalten zu können.
Für eine stabile Ausbildung von Kugelgraphit im Gußeisengefüge, der dem hochfesten Gußeisen eigen ist, beträgt der optimale Magnesiumverbrauch bei in der Praxis des Gießereiwesens angewendeten Temperaturen der Gußeisenbehandlung (1500 bis 1700 K) und dem Schwefelgehalt im Metall (0,01 bis 0,08 Masse-%) von ca. 0,75 bis ca. 2,5 kg pro 1 t des zu behandelnden Gußeisens.
Die nach der angeführten Abhängigkeit zu bestimmende Geschwindigkeit der Magnesiumzufuhr gestattet es, Stränge mit einer in hohem Grade erreichbaren Gleichmäßigkeit der Festigkeitseigenschaften herzustellen.
Bei einer Gußeisenzufuhr in Teilmengen in das Metallaufnahmegefäß wird die Teilmengenmasse zweckmäßigerweise ausgehend von der Bedingung gewählt, daß der Strang von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% Magnesium enthält.
Bei einer Abweichung von dieser Bedingung wird die Stabilität des Prozesses ungünstig beeinflußt, der Gleichmäßigkeitsgrad der Festigkeitseigenschaften der Gußstränge beeinträchtigt und deren Qualität verschlechtert.
Solche eine Magnesiummenge kann in der Gußeisenschmelze erhalten werden, wenn man das Verhältnis
verwendet, worin
m - Masse des magnesiumhaltigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß zum Zeitpunkt des Nachfüllens des Ausgangsgußeisens in dieses, kg;
Mg - Magnesiummenge im magnesiumhaltigen Gußeisen, Masse-%;
m₁ - Masse des ins Metallaufnahmegefäß nachzufüllenden Graugusses, kg, sind.
Dadurch wird ein Strang aus hochfestem Gußeisen mit einer in hohem Grade erreichbaren Gleichmäßigkeit der Festigkeitseigenschaften über seine Länge während des gesamten Gießvorganges hergestellt.
Zweckmäßigerweise wird ein niedriggekohltes Stahlband mit einer Stärke von 0,25 bis 0,45 mm als Stahlhülle für den Pulverdraht verwendet.
Wie oben erwähnt, wird Magnesium durch den Einsatz der Stahlhülle bei seinem Einführen in die Gußeisenschmelze maximal ausgenutzt. Das wird dadurch erreicht, daß sich der Pulverdraht bei der nach der angeführten Abhängigkeit bestimmten Einführungsgeschwindigkeit hauptsächlich im bodennahen Bereich des Metallaufnahmegefäßes auflöst.
Beim Einsatz einer Stahlhülle für den Draht mit einer Stärke unter 0,25 mm löst sie sich in einer ungenügenden Eintauchtiefe in der Schmelze auf, wodurch der Abbrand von Magnesium vergrößert und seine Aufnahme durch das flüssige Gußeisen verschlechtert wird.
Beim Einsatz einer Stahlhülle mit einer Stärke über 0,45 mm ist für ihre Auflösung im Gußeisen erforderlich, daß die Höhe der Flüssigmetallsäule im Metallaufnahmegefäß vergrößert wird, wodurch der ferrostatische Druck auf den in der Kokille zu formenden Strang erhöht wird und die feste Strangkruste am Kokillenaustritt durchbrochen werden kann, d. h. eine Havariegefahr entstehen kann.
Um das zu vermeiden, soll die Gießleistung verringert werden, was eine unzulässige Abkühlung des Metalls zur Folge hat.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen wird wie folgt durchgeführt.
In Schmelzöfen (Elektroschmelz- oder Kupolöfen) wird Grauguß mit einer vorgegebenen Zusammensetzung erschmolzen. Dann wird das flüssige Gußeisen in eine magnetodynamische Pumpe oder eine andere Einrichtung eingefüllt, aus der die Schmelze in das Metallaufnahmegefäß einer Anlage zum Stranggießen von Gußeisen kontinuierlich oder portionsweise zugeführt wird. Die Masse des in das Metallaufnahmegefäß zugeführten Gußeisens wird in Abhängigkeit von der Stranggießleistung gewählt.
Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, indem das flüssige Gußeisen aus einem Schmelzofen ins Metallaufnahmegefäß mit einer Transportpfanne portionsweise aufgegeben wird.
Um einen Gußeisenstrang mit den Festigkeitswerten herzustellen, die für das hochfeste Gußeisen charakteristisch sind, soll im Metallgefüge Kugelgraphit ausgebildet werden.
Zur Ausbildung des Kugelgraphits im Gußeisengefüge wird pulverförmiges Magnesium in einer Stahlhülle kontinuierlich zugeführt. Die Geschwindigkeit der Magnesiumzufuhr wird so gewählt, daß der geformte Strang von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% Magnesium enthält.
Um den genannten Magnesiumgehalt im Strang erzielen zu können, wird die Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung nach der Abhängigkeit
bestimmt, worin
P - durchschnittliche Leistung des Strangabzugs, kp/m;
q - Magnesiummasse pro 1 m Hülle, kg/m;
T - Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß, K;
S - Schwefelgehalt im Ausgangsgußeisen, %;
2 · 10⁵ - Proportionalitätsfaktor, der die Argumentendimensionen berücksichtigt, sind.
Das angeführte Verhältnis gestattet es, die wichtigsten technologischen Parameter des Prozesses zur Herstellung von Gußsträngen aus hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen (Gießleistung, Temperatur des flüssigen Gußeisens, Schwefelgehalt im Gußeisen und Magnesiummasse im Pulverdraht) miteinander zu verbinden und einen Magnesiumgehalt von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% im Werkstoff des geformten Stranges zu erzielen.
Dadurch wird eine in hohem Grade erreichbare Gleichmäßigkeit der Festigkeitseigenschaften des Stranges während des gesamten Stranggießvorganges erzielt.
Bei einer portionsweisen Zufuhr des flüssigen Gußeisens in das Metallaufnahmegefäß wird die Teilmengenmasse ausgehend von der Bedingung gewählt, daß der Strang von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% Magnesium enthält.
Durch diese Bedingung wird sichergestellt, daß im Strang Kugelgraphitgefüge mit einem hohen Gleichmäßigkeitsgrad der Festigkeitseigenschaften während des gesamten Stranggießvorganges ausgebildet wird.
Die angegebene Magnesiummenge in der Gußeisenschmelze wird erreicht, wenn man das Verhältnis
verwendet, worin
m₁ - Masse des magnesiumhaltigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß zum Zeitpunkt des Nachfüllens des Ausgangsgußeisens in dieses, kg;
Mg - Magnesiummenge im magnesiumhaltigen Gußeisen, Masse-%;
m₂ - Masse des Graugusses, der in das Metallaufnahmegefäß nachgefüllt wird, kg, sind.
Als Stahlhülle für den Pulverdraht wird ein niedriggekohltes Stahlband mit einer Stärke von 0,25 bis 0,45 mm verwendet.
Dadurch wird eine Wechselwirkung des Magnesiums mit der Gußeisenschmelze im bodennahen Bereich des Metallaufnahmegefäßes bei der Drahtzufuhr ins flüssige Gußeisen gewährleistet.
Dabei ist der Weg der Magnesiumblasen durch die Schmelze maximal, deren Austritt in die Atmosphäre minimal und folglich wird der Magnesiumabbrand verringert und die Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal verbessert.
Beim Einsatz einer Stahlhülle mit einer Stärke unter 0,25 mm löst sie sich in einer ungenügenden Eintauchtiefe in der Schmelze auf, wodurch der Abbrand von Magnesium vergrößert und seine Aufnahme durch das flüssige Gußeisen verringert wird.
Beim Einsatz einer Stahlhülle mit einer Stärke über 0,45 mm ist für ihre Auflösung im Gußeisen erforderlich, die Höhe der Flüssigmetallsäule im Metallaufnahmegefäß zu vergrößern, was zu einem höheren ferrostatischen Druck auf den in der Kokille zu formenden Strang und zum Durchbruch der festen Strangkruste am Kokillenaustritt, d. h. zur Entstehung einer Havariegefahr führt. Um das zu vermeiden, soll die Gießleistung reduziert werden, was eine unzulässige Abkühlung des Metalls zur Folge hat.
Die technisch-ökonomischen Kenndaten des erfindungsgemäßen Verfahrens und des bekannten Verfahrens nach der Anmeldung 5 44 063, wie der Gleichmäßigkeitsgrad der Festigkeitseigenschaften, der Magnesiumgehalt im Strangwerkstoff der Magnesiumaufnahmegrad durch das Gußeisen, die in das Gußeisen eingeführte Magnesiummenge werden folgenderweise bestimmt.
Der Gleichmäßigkeitsgrad der Festigkeitseigenschaften wird durch die Prüfung der Strangproben bestimmt, die in bestimmten Zeitabständen während des Gießvorganges genommen werden.
Der Magnesiumaufnahmegrad durch das Gußeisen wird durch den Ausdruck
bestimmt, worin
a - Magnesiumaufnahmegrad durch das Gußeisen, %;
0,76 - Verhältnis der Atommassen von Magnesium und Schwefel zueinander;
S₁ - Schwefelgehalt im Gußeisen vor dem Einführen von Magnesium in dieses, Masse-%;
S₂ - Schwefelgehalt im Gußeisen nach dem Einführen von Magnesium in dieses, Masse-%;
Q - die in das flüssige Gußeisen eingeführte Magnesiummenge (Magnesiumverbrauch), %;
MgRest - Magnesiummenge, die in der Gußeisenschmelze bleibt, Masse-%, sind.
Die in das Gußeisen eingeführte Magnesiummenge (Magnesiumverbrauch) wird nach dem Ausdruck
bestimmt, worin
V - Geschwindigkeit der Pulverdrahtzufuhr in das flüssige Gußeisen, m/s;
q - Magnesiummasse pro 1 m Hülle, kg/m;
P - Abzugsleistung, kp/s, sind.
Der Restgehalt von Magnesium in den Strängen wird durch die chemische oder die Spektralanalyse der Strangproben bestimmt.
Auf diese Weise wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Gleichmäßigkeitsgrad der Festigkeitseigenschaften wesentlich erhöht, die Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal verbessert, die in die Schmelze eingeführte Magnesiummenge reduziert, eine automatische Prozeßführung nach einem vorgegebenen Programm ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keine großen Ausgaben für zusätzliche Ausrüstung. Werkstoffe, keine zusätzlichen Flächen, beim Einsatz dieses Verfahrens wird die Anzahl der Beschäftigten reduziert, der Energieverbrauch beim Gußeisenschmelzen verringert, weil die Überhitzung des Metalls für die Magnesiumzufuhr in dieses entfällt.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Durchführungsbeispiele angeführt.
Dabei sind die technisch-ökonomischen Kenndaten des erfindungsgemäßen Verfahrens (Gleichmäßigkeitsgrad der Festigkeitseigenschaften, Magnesiumgehalt in den Strängen, Magnesiumaufnahmegrad durch das Gußeisen, die in das Gußeisen eingeführte Magnesiummenge), die bei seiner Durchführung gemäß den Beispielen 1 bis 3 erhalten worden sind, in der auf die Beispiele folgende Tabelle angeführt. In der gleichen Tabelle sind Angaben über Festigkeit, Härte und relative Dehnung der Stränge aus hochfestem Gußeisen während des gesamten Stranggießvorgangs enthalten.
Außerdem sind in der gleichen Tabelle die ähnlichen technisch-ökonomischen Kenndaten des bekannten Verfahrens nach der Anmeldung SU, A, 5 44 063, die bei seiner Durchführung gemäß den Beispielen 14 und 15 erhalten worden sind, sowie Angaben über die Festigkeit, Härte und relative Dehnung der Stränge aus hochfestem Gußeisen zum Vergleich angeführt.
Beispiel 1
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,3, Mangan - 9,3, Schwefel - 0,05, Phosphor - 0,08, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung P - 1 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß T - 1500 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,4 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 10 g/m (0,01 kg/cm).
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,68 kg/t Gußeisen.
Parallel mit der Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4% der Gußeisenmasse eingeführt.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß aus einer magnetodynamischen Pumpe mit einem Fassungsvermögen von 3000 kg in einem kontinuierlichen Strahl in einer Menge von 1 kg/s zugeführt.
Das flüssige Gußeisen wurde in die magnetodynamische Pumpe mittels einer Transportpfanne aus einem Induktionsofen zugeführt.
Der Abzug von Strängen mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm wurde in zwei Adern vorgenommen.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des Arbeitsvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,5 bis 3,6; Silizium - 2,56 bis 2,64; Mangan - 0,28 bis 0,30; Schwefel - 0,008 bis 0,010; Phosphor - 0,076 bis 0,080; Magnesium - 0,040 bis 0,044.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen in den Proben:
Bruchfestigkeit, σ B - 520 bis 560 MPa;
Härte, HB - 185 bis 195;
relative Dehnung, δ - 4,3 bis 4,7%.
Beispiel 2
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,7; Silizium - 1,2; Mangan - 0,42; Schwefel - 0,05; Phosphor - 0,06; Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung, P - 0,5 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens, T = 1650 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,45 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 10 g/m (0,01 kg/cm).
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,84 kg/t.
Gleichzeitig mit der Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,5% der Gußeisenmasse eingeführt.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß aus einer magnetodynamischen Pumpe mit einer Fördermenge von 0,5 kg/s kontinuierlich zugeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in einer Ader abgezogen.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede Stunde während des Arbeitsvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,45 bis 3,5; Silizium - 2,50 bis 2,6; Mangan - 0,39 bis 0,41; Schwefel - 0,007 bis 0,01; Phosphor - 0,54 bis 0,058; Magnesium - 0,038 bis 0,042.
Festigkeitseigenschaften:
Bruchfestigkeit, σ B - 560 bis 600 MPa;
Härte, HB - 210 bis 220;
relative Dehnung, δ - 5,3 bis 5,6%.
Beispiel 3
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,3, Mangan - 0,3, Schwefel - 0,04, Phosphor - 0,08, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung - 1 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß,
T = 1500 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,04 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,5 kg/t Gußeisen.
Zusammen mit Magnesium wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,5 Masse-% der zu behandelnden Gußeisenmasse zugeführt.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in einem kontinuierlichen Strahl mit einer Eingießgeschwindigkeit von 1 kg/s zugeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in zwei Adern abgezogen.
Das magnesiumhaltige Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des Arbeitsvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,58 bis 3,63; Silizium - 2,6 bis 2,65; Mangan - 0,28 bis 0,3; Schwefel - 0,007 bis 0,01; Magnesium - 0,043 bis 0,046, Phosphor - 0,076 bis 0,078.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit, s B - 500 bis 540 MPa;
Härte, HB - 180 bis 190;
relative Dehnung δ - 4,1 bis 4,5%.
Beispiel 4
Ein Magnesiumdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,7, Silizium - 2,3, Mangan - 0,3, Kupfer - 0,5, Schwefel - 0,03, Phosphor - 0,06, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung - 1 kp/s.
Temperatur des Gußeisens im Metallaufnahmegefäß - 1650 K.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,42 kg/t Gußeisen.
Magnesium wurde in die Schmelze zusammen mit Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der Gußeisenmasse zugeführt.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in einem kontinuierlichen Strahl mit einer Geschwindigkeit von 1 kg/s zugeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in zwei Adern abgezogen.
Das magnesiumhaltige Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des Arbeitsvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,57 bis 3,63, Silizium - 2,58 bis 2,66, Mangan - 0,28 bis 0,3, Kupfer - 0,46 bis 0,48, Magnesium - 0,038 bis 0,042, Schwefel - 0,008 bis 0,01, Phosphor - 0,056 bis 0,06.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit, s B - 640 bis 680 MPa;
Härte, HB - 229 bis 240;
relative Dehnung, δ - 7,3 bis 7,6%.
Beispiel 5
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,9, Silizium - 2,15, Mangan - 0,5, Schwefel - 0,01, Phosphor - 0,06, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung, P - 1 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß,
T - 1500 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,25 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 0,75 kg/t Gußeisen.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in einem kontinuierlichen Strahl mit einer Eingießgeschwindigkeit von 1 kg/s zugeführt.
Parallel mit der kontinuierlichen Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der Gußeisenmasse kontinuierlich eingeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in zwei Adern abgezogen.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des gesamten Gießvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,6 bis 3,7, Silizium - 2,37 bis 2,43, Mangan - 0,47 bis 0,49, Schwefel - 0,005 bis 0,007, Magnesium - 0,030 bis 0,032, Phosphor - 0,056 bis 0,058.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit, σ B - 560 bis 600 MPa;
Härte, HB - 215 bis 225;
relative Dehnung, δ - 5,6 bis 6,0%.
Beispiel 6
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,3, Mangan - 0,3, Schwefel - 0,04, Phosphor - 0,08, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung, P - 1 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß,
T = 1600 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,45 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,6 kg/t Gußeisen.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in einem kontinuierlichen Strahl mit einer Eingießgeschwindigkeit von 1 kg/s zugeführt.
Gleichzeitig mit der kontinuierlichen Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der Gußeisenmasse kontinuierlich eingeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in zwei Adern abgezogen.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des gesamten Gießvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,5 bis 3,6, Silizium - 2,55 bis 2,63, Mangan - 0,27 bis 0,29, Schwefel - 0,006 bis 0,009, Magnesium - 0,040 bis 0,044, Phosphor - 0,074 bis 0,078.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit, σ B - 480 bis 520 MPa;
Härte, HB - 190 bis 200;
relative Dehnung, δ - 5,8 bis 6,2%.
Beispiel 7
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,3, Mangan - 0,3, Schwefel - 0,04, Phosphor - 0,08, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung, P - 1 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß - 1650 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,4 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,65 kg/t Gußeisen.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in einem kontinuierlichen Strahl mit einer Eingießgeschwindigkeit von 1 kg/s zugeführt.
Gleichzeitig mit der kontinuierlichen Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der Gußeisenmasse kontinuierlich eingeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in zwei Adern abgezogen.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des gesamten Gießvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,45 bis 3,55, Silizium - 2,52 bis 2,58, Mangan - 0,26 bis 0,28, Schwefel - 0,007 bis 0,01, Magnesium - 0,041 bis 0,045, Phosphor - 0,07 bis 0,075.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit, σ B - 460 bis 490 MPa;
Härte, HB - 180 bis 190;
relative Dehnung, δ - 5,6 bis 6,0%.
Beispiel 8
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 4,2, Silizium - 2,35, Mangan - 0,6, Chrom - 0,15, Zinn - 0,05, Schwefel - 0,04, Phosphor - 0,08, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung, P - 1 kp/s.
Temperatur des Gußeisens im Metallaufnahmegefäß - 1700 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,4 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,7 kg/t Gußeisen.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in einem kontinuierlichen Strahl mit einer Eingießgeschwindigkeit von 1 kg/s zugeführt.
Gleichzeitig mit der kontinuierlichen Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der Gußeisenmasse kontinuierlich eingeführt.
Der Abzug von Strängen erfolgte in zwei Adern.
Die Stränge hatten einen Querschnitt von 100 × 100 mm.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des gesamten Gießvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,85 bis 3,9, Silizium - 2,55 bis 2,6, Mangan - 0,52 bis 0,55, Chrom - 0,12 bis 0,14, Zinn - 0,04 bis 0,45, Schwefel - 0,007 bis 0,01, Magnesium - 0,042 bis 0,044, Phosphor - 0,07 bis 0,075.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit, σ B - 620 bis 650 MPa;
Härte, HB - 230 bis 238;
relative Dehnung, δ - 7,5 bis 8%.
Beispiel 9
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,2, Mangan - 0,4, Schwefel - 0,08, Phosphor - 0,077, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung, P - 0,4 kp/s.
Temperatur des Gußeisens im Metallaufnahmegefäß - 1600 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,4 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 2,16 kg/t Gußeisen.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in einem kontinuierlichen Strahl mit einer Eingießgeschwindigkeit von 0,4 kg/s zugeführt.
Gleichzeitig mit der kontinuierlichen Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der Gußeisenmasse kontinuierlich eingeführt.
Es wurden Stränge in einer Ader abgezogen.
Die Stränge hatten einen Querschnitt von 90 × 90 mm.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des gesamten Gießvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,55 bis 3,6, Silizium - 2,45 bis 5, Mangan - 0,37 bis 0,39, Schwefel - 0,08 bis 0,012, Magnesium - 0,034 bis 0,048, Phosphor - 0,072 bis 0,076.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit, σ B - 480 bis 520 MPa;
Härte, HB - 190 bis 200;
relative Dehnung, δ - 5,8 bis 6,2%.
Beispiel 10
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit der Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,2, Mangan - 0,4, Schwefel - 0,04, Phosphor - 0,077, Eisen - Rest, zugeführt.
Gießleistung (Abzugsleistung) - 0,5 kp/s.
Temperatur des Gußeisens im Metallaufnahmegefäß - 1600 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,4 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,005 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,6 kg/t Gußeisen.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in einem kontinuierlichen Strahl mit einer Eingießgeschwindigkeit von 0,5 kg/s zugeführt.
Gleichzeitig mit der kontinuierlichen Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der Gußeisenmasse kontinuierlich eingeführt.
Es wurden Stränge in einer Ader abgezogen.
Die Stränge hatten einen Querschnitt von 100 × 100 mm.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden jede halbe Stunde während des gesamten Gießvorgangs genommen) hatte folgende Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,54 bis 3,6, Silizium - 2,44 bis 2,5, Mangan - 0,37 bis 0,39, Schwefel - 0,08 bis 0,012, Magnesium - 0,039 bis 0,042, Phosphor - 0,072 bis 0,076.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit, σ B - 490 bis 530 MPa;
Härte, HB - 195 bis 205;
relative Dehnung, δ - 5,9 bis 6,3%.
Beispiel 11
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit 1500 kg Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,3, Mangan - 0,4, Schwefel - 0,05, Phosphor - 0,05, Eisen - Rest, zugeführt.
Gießleistung (Abzugsleistung), P - 0,5 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß - 1600 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,4 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,8 kg/t Gußeisen.
Zusammen mit Magnesium wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der zu behandelnden Gußeisenmasse eingeführt.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in Teilmengen, Teilmengenmasse 300 kg, jede 10 min mit einer Transportpfanne zugeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in einer Ader abgezogen.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden unmittelbar von dem Nachfüllen von Grauguß in das Metallaufnahmegefäß und nach dem Nachfüllen genommen) hatte folgende Zusammensetzung, bezogen auf den Magnesiumgehalt, in Masse-%:
vor dem Nachfüllen - 0,04
nach dem Nachfüllen - 0,033.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit,
σ B - 520 MPa (vor dem Nachfüllen)
σ B - 450 MPa (gleich nach dem Nachfüllen);
Härte, HB - 230 (vor dem Nachfüllen), HB - 180 (nach dem Nachfüllen);
relative Dehnung,
δ - 5,2% (vor dem Nachfüllen)
δ - 4,2% (nach dem Nachfüllen).
Beispiel 12
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit 1500 kg Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,3, Mangan - 0,4, Schwefel - 0,05, Phosphor - 0,08, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung, P - 1 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß - 1600 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,4 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 1,8 kg/t Gußeisen.
Parallel mit der Magnesiumzufuhr wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der zu behandelnden Gußeisenmasse kontinuierlich eingeführt.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in Teilmengen mit einer Teilmengenmasse von 360 kg mittels einer Transportpfanne jede 15 min zugeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in einer Ader abgezogen.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden unmittelbar vor dem Nachfüllen von Grauguß in das Metallaufnahmegefäß und nach dem Nachfüllen genommen) hatte folgende Zusammensetzung, bezogen auf den Magnesiumgehalt, in Masse-%:
vor dem Nachfüllen - 0,04
nach dem Nachfüllen - 0,032.
Festigkeitseigenschaften von Gußeisen:
Bruchfestigkeit,
s B - 520 MPa (vor dem Nachfüllen)
σ B - 470 MPa (nach dem Nachfüllen)
Härte, HB - 220 (vor dem Nachfüllen), HB - 195 (nach dem Nachfüllen)
relative Dehnung,
δ - 5,2% (vor dem Nachfüllen)
δ - 4,6% (nach dem Nachfüllen)
Beispiel 13
Ein Magnesiumpulverdraht wird in ein Metallaufnahmegefäß mit 1500 kg Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,8, Silizium - 2,3, Mangan - 0,4, Schwefel - 0,08, Phosphor - 0,08, Eisen - Rest, zugeführt.
Abzugsleistung P - 0,5 kp/s.
Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß - 1700 K.
Stärke der Pulverdrahtstahlhülle - 0,4 mm.
Magnesiummasse pro 1 m Hülle - 0,01 kg/m.
Geschwindigkeit der Pulverdrahteinführung in die Gußeisenschmelze,
oder 2,4 kg/t Gußeisen.
Zusammen mit Magnesium wurde in die Gußeisenschmelze Ferrosilizium in einer Menge von 0,4 Masse-% der zu behandelnden Gußeisenmasse kontinuierlich eingeführt.
Das Ausgangsgußeisen wurde in das Metallaufnahmegefäß in Teilmengen, Teilmengenmasse 4300 kg, mit einer Transportpfanne jede 10 min zugeführt.
Es wurden Stränge mit einem Querschnitt von 100 × 100 mm in einer Ader abgezogen.
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden unmittelbar von dem Nachfüllen von Grauguß in das Metallaufnahmegefäß und nach dem Nachfüllen genommen) hatte folgende Zusammensetzung, bezogen auf den Magnesiumgehalt, in Masse-%:
vor dem Nachfüllen - 0,056
nach dem Nachfüllen - 0,06.
Festigkeitseigenschaften des erzeugten Gußeisens:
Bruchfestigkeit, σ B - 580 bis 620 MPa;
Härte, HB - 230 bis 240;
relative Dehnung, δ - 3,2 bis 4,6%.
Beispiel 14 (als Vergleich)
Das Ausgangsgußeisen, mit der ähnlichen Zusammensetzung wie im Beispiel 2 wird gemäß SU-Urheberschein 5 54 063 behandelt. Die Behandlung des flüssigen Gußeisens mit einem magnesiumhaltigen Modifizierungsmittel wird in einer Transportpfanne mit einem Fassungsvermögen von 600 kg durchgeführt. Als magnesiumhaltiges Modifizierungsmittel wird eine Legierung mit einer Zusammensetzung, in Masse-%: Magnesium - 10, Kalzium - 1,8, Seltenerdmetalle - 0,8, Silizium - 52, Eisen - Rest, verwendet.
Verbrauch des Modifizierungsmittels - 3,0 Masse-% der zu behandelnden Gußeisenmasse.
Gußeisentemperatur vor dem Modifizieren - 1700 K.
Das modifizierte Gußeisen wird in ein Metallaufnahmegefäß eingefüllt. Gußeisenmasse im Metallaufnahmegefäß - 1200 kg. Intervall zwischen den Nachfüllungen - 30 min. Gußeisenmasse im Metallaufnahmegefäß zum Zeitpunkt des Nachfüllens - 600 kg. Masse des nachzufüllenden magnesiumhaltigen Gußeisens - 600 kg. Magnesiumgehalt im nachzufüllenden Gußeisen, Masse-% - 0,06. Magnesiumabbrand beim Halten des magnesiumhaltigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß innerhalb 30 min - 0,045%.
Magnesiumgehalt im Gußeisen vor dem Nachfüllen 0,025 Masse-%.
Magnesiumgehalt im Gußeisen gleich nach dem Nachfüllen, Masse-%:
Das modifizierte Gußeisen in den Strängen (die Proben wurden vor dem Nachfüllen des Gußeisens und gleich nach dem Nachfüllen genommen) hatte folgende Festigkeitseigenschaften:
Bruchfestigkeit vor dem Nachfüllen, σ B - 359 MPa,
Bruchfestigkeit nach dem Nachfüllen, σ B - 560 MPa;
Härte vor dem Nachfüllen, HB - 175,
Härte nach dem Nachfüllen, HB - 235;
relative Dehnung vor dem Nachfüllen, δ - 9,4%,
relative Dehnung nach dem Nachfüllen, δ - 4,4%.
Beispiel 15 (als Vergleich)
Das Ausgangsgußeisen mit der ähnlichen Zusammensetzung wie im Beispiel 4 wird gemäß dem SU-Urheberschein 5 54 063 behandelt.
Die Behandlung des flüssigen Gußeisens mit einem magnesiumhaltigen Modifizierungsmittel wird in einer Transportpfanne mit einem Fassungsvermögen von 1200 kg durchgeführt.
Als magnesiumhaltiges Modifizierungsmittel wird eine Legierung mit einer Zusammensetzung, in Masse-%: Magnesium - 10, Kalzium - 1,8, Seltenerdmetalle - 0,8, Silizium - 52, Eisen - Rest, verwendet.
Verbrauch des Modifizierungsmittels - 3,4 Masse-% der zu behandelnden Gußeisenmasse.
Gußeisentemperatur vor dem Modifizieren - 1700 K.
Das modifizierte Gußeisen wird in ein Metallaufnahmegefäß eingefüllt. Gußeisenmasse im Metallaufnahmegefäß - 1800 kg.
Intervall zwischen den Nachfüllungen - 20 min. Gußeisenmasse im Metallaufnahmegefäß zum Zeitpunkt des Nachfüllens - 600 kg. Masse des nachzufüllenden magnesiumhaltigen Gußeisens - 1200 kg. Magnesiumgehalt im nachzufüllenden Gußeisen, Masse-% - 0,07.
Magnesiumabbrand beim Halten des magnesiumhaltigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß innerhalb 20 min - 0,03%. Magnesiumgehalt im Gußeisen vor dem Nachfüllen - 0,04 Masse-%.
Magnesiumgehalt im Gußeisen gleich nach dem Nachfüllen, Masse-%:
Magnesiumgehalt nach dem nachfolgenden Halten innerhalb 20 min - 0,03 Masse-%.
Magnesiumgehalt nach dem nachfolgenden Einfüllen von 1200 kg Gußeisen mit einem Magnesiumgehalt von 0,09%, Masse-%:
Während der zwei Nachfüllungen haben sich die Festigkeitseigenschaften von Gußeisen folgenderweise geändert:
Bruchfestigkeit, s B - 620-560-520 MPa
Härte, HB - 250-240-200,
relative Dehnung, δ - 2,1-43-5,6.
Durch die in der Tabelle angeführten technisch-ökonomischen Kennwerte des erfindungsgemäßen und des bekannten Verfahrens werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
So werden beispielsweise beim Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen auf der Basis des Ausgangsgußeisens mit einer Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,7, Silizium - 2,1, Mangan - 0,42, Schwefel - 0,05, Phosphor - 0,6, Eisen - Rest, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Beispiel 2) folgende Vorteile im Vergleich zum bekannten Verfahren (Beispiel 14) erzielt.
  • 1. Eine Erhöhung des Gleichmäßigkeitsgrades der Zugfestigkeit der Stränge während des Gießvorgangs von 160 MPa auf 40 MPa, d. h. um das 4fache.
  • 2. Eine Erhöhung des Gleichmäßigkeitsgrades der Stranghärte während des Gießvorgangs von 60 HB auf 10 HB, d. h. um das 6fache.
  • 3. Eine Erhöhung des Gleichmäßigkeitsgrades der relativen Dehnung während des Gießvorgangs von 2,0% auf 0,3%, d. h. um das 6,6fache.
  • 4. Eine Erhöhung des Gleichmäßigkeitsgrades der Magnesiummenge in den Strängen von 0,021 Masse-% auf 0,004 Masse-%, d. h. um das 5fache.
  • 5. Eine Reduzierung der in die Gußeisenschmelze eingeführten Magnesiummenge von 0,30 Masse-% auf 0,184 Masse-%, d. h. um das 1,63fache.
Außer den genannten Vorteilen gestattet das erfindungsgemäße Verfahren es, Magnesium in die Gußeisenschmelze nach einem vorgegebenen Programm automatisch einzuführen, die Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal wesentlich zu verbessern, die Zerkleinerung und die Dosierung der einzuführenden Reagenzien auszuschließen.
Beim Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen auf der Basis des Ausgangsgußeisens mit einer Zusammensetzung, in Masse-%: Kohlenstoff - 3,7, Silizium - 2,3, Mangan - 0,3, Kupfer - 0,5, Schwefel - 0,03, Phosphor - 0,06, Eisen - Rest, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Beispiel 4) werden folgende Vorteile im Vergleich zum bekannten Verfahren (Beispiel 15) erzielt.
  • 1. Eine Erhöhung des Gleichmäßigkeitsgrades der Zugfestigkeit der Stränge während des gesamten Gießvorgangs von 100 MPa auf 40 MPa, d. h. um das 2,5fache.
  • 2. Eine Erhöhung des Gleichmäßigkeitsgrades der Stranghärte während des Gießvorgangs von 50 HB auf 10 HB, d. h. um das 5fache.
  • 3. Eine Erhöhung des Gleichmäßigkeitsgrades der relativen Dehnung während des Gießvorgangs von 3,5% auf 0,3%, d. h. um das 11fache.
  • 4. Eine Erhöhung des Gleichmäßigkeitsgrades der Magnesiummenge in den Strängen von 0,013 Masse-% auf 0,004 Masse-%, d. h. um das 3,25fache.
  • 5. Eine Verringerung der in die Gußeisenschmelze einzuführenden Magnesiummenge von 0,34 Masse-% auf 0,142 Masse-%, d. h. um das 2,4fache. Außer den genannten Vorteilen gestattet das erfindungsgemäße Verfahren es:
    • - Magnesium in die Gußeisenschmelze nach einem vorgegebenen Programm automatisch einzuführen;
    • - die Zerkleinerung und Dosierung der Legierungen auf der Magnesiumbasis auszuschließen;
    • - eine Entmodifizierung zu verhindern;
    • - den Magnesiumgehalt in den Strängen auf einem vorgegebenen Niveau aufrechtzuerhalten;
    • - Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal wesentlich zu verbessern;
    • - den Magnesiumaufnahmegrad durch das Gußeisen zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung kann im Gießereiwesen bei der Massenproduktion von Gießsträngen aus hochfestem Gußeisen auf Gußeisenstranggußanlagen eingesetzt werden, die als Rohlinge für Hydraulik- und Pneumatikgeräteteile mit erhöhten Anforderungen an die Festigkeits- und Plastizitätseigenschaften verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen gestattet es, die Zugfestigkeit der Stränge sowie den Gleichmäßigkeitsgrad der Stranghärte und der relativen Dehnung um ein Vielfaches zu erhöhen. Außerdem gestattet die Erfindung es, den Gleichmäßigkeitsgrad des Magnesiumgehalts in den Strängen um ein Mehrfaches zu erhöhen und die in die Gußeisenschmelze einzuführende Magnesiummenge zu reduzieren.

Claims (5)

1. Verfahren zum Stranggießen von hochfestem magnesiumhaltigem Gußeisen, welches
  • - die Zufuhr einer Gußeisenschmelze in ein Metallaufnahmegefäß;
  • - die Magnesiumzufuhr in die Gußeisenschmelze;
  • - das Formen eines Stranges in einer Kokille;
  • - den Strangabzug aus der Kokille einschließt,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - Magnesium in einer Stahlhülle kontinuierlich zugeführt wird;
  • - Magnesium mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, durch die ein Magnesiumgehalt von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% im Werkstoff des geformten Stranges gewährleistet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Magnesiumzufuhr nach der Abhängigkeit bestimmt wird, worin:
P - durchschnittliche Leistung des Strangabzugs, kp/s;
q - Magnesiummasse pro 1 m Hülle, kg/m;
T - Temperatur des flüssigen Gußeisens im Metallaufnahmegefäß, K;
S - Schwefelgehalt im Ausgangsgußeisen, Masse-%;
2 · 10⁵ - Proportionalitätsfaktor, der die Dimensionen der Variablen berücksichtigt, sind.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Gußeisenzufuhr in Teilmengen die Teilmengenmasse ausgehend von der Bedingung gewählt wird, daß im Werkstoff des geformten Stranges von ca. 0,03 bis ca. 0,06 Masse-% Magnesium enthalten sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein niedriggekohltes Stahlband mit einer Stärke von ca. 0,25 bis ca. 0,45 mm als Stahlhülle verwendet wird.
DE3833325A 1988-09-27 1988-09-30 Verfahren zum stranggiessen von hochfestem magnesiumhaltigem gusseisen Withdrawn DE3833325A1 (de)

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