DE3932162A1 - Mittel zur herstellung von kugelgraphiteisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zusatzmittel zur Behandlung von Gußeisenschmelzen für die Herstellung von Kugelgraphiteisen.

Zur Herstellung von Kugelgraphiteisen ist es bekannt, die Gußeisenschmelze mit einem die Kugelgraphitbildung induzierenden Element zu behandeln, wie mit Metallen der Erdalkalien oder der Seltenen Erden. Die Kugelgraphitbildner, wie insbesondere Magnesium, werden üblicherweise in Form der Metalle oder Metallegierungen in die Gußeisenschmelze eingebracht, beispielsweise Legierungen auf Basis Ferrosilicium. Die Zugabe von Magnesium, dessen Siedepunkt von 1110°C wesentlich niedriger liegt als die Temperatur von geschmolzenem Gußeisen, hat jedoch den Nachteil, daß bei Zugabe dieses Metalls in reinem oder nahezu reinem Zustand zu dem geschmolzenen Eisen als Folge der gebildeten Metalldämpfe eine heftige Reaktion auftritt, wobei die Heftigkeit der Reaktion von der Größe der zugesetzten Magnesiummenge und der Temperatur des zu behandelnden Eisen abhängt.

Da Magnesium andererseits als Behandlungsmittel für geschmolzene Metalle und Legierungen sehr vorteilhaft ist, hat es nicht an Bemühungen gefehlt, die Probleme der heftigen Reaktion und der Flüchtigkeit zu lösen. In der Folgezeit wurden verschiedene Verfahren zur Einführung von niedrigschmelzenden und niedrigsiedenden Metallen und Legierungen in geschmolzenes Eisen bereitgestellt. So ist es beispielsweise aus GB-PS 7 28 482 bekannt, Gußeisenschmelzen mit einem porösen Trägerkörper zu behandeln, dessen Poren mit Magnesium oder Magnesiumlegierung getränkt wurden.

Das aus US-PS 33 93 996 bekannte Zusatzmittel für die Herstellung von Kugelgraphiteisen besteht aus einem porösen Trägerkörper, dessen Poren mit Magnesiumsilicid gefüllt sind. Der Tränkvorgang erfordert einerseits aufwendige apparative Maßnahmen. Andererseits enthält der verbrauchte Tränkkörper in aller Regel noch Restmengen an Magnesiumsilicid und läßt sich in der Praxis, wenn überhaupt, nur in aufwendiger Weise der Wiederverwendung zuführen. Der vorbekannte Kugelgraphitbildner entspricht in seiner stöchiometrischen Zusammensetzung der Formel Mg₂Si. Mit dem vorbekannten Mittel sollen schnelle und nicht heftige Reaktionen ermöglicht werden.

In der technischen Praxis der Gießereien hat sich nun herausgestellt, daß ein Behandlungsmittel aus Magnesiumsilicid in der stöchiometrischen Zusammensetzung der Formel Mg₂Si (63,4 Gew.-% Mg) bei der Behandlung von Gußeisenschmelzen wegen seines relativ hohen Magnesiumgehaltes einen unkontrolliert heftigen Reaktionsverlauf mit Schmelzenauswurf bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der bekannten und insbesondere vorgenannten Nachteile ein verbessertes Zusatzmittel auf Basis von Magnesiumsilicid bereitzustellen, das einen ruhigen und kontrollierten Behandlungsablauf gewährleistet und eine hohe Sphärolithenanzahl im Guß sicherstellt.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Zusatzmittel auf Basis von Magnesiumsilicid zur Behandlung von schmelzflüssigem unlegiertem oder legiertem Gußeisen zur Erzeugung von Kugelgraphiteisen, das gekennzeichnet ist durch die Zusammensetzung

55 bis 63 Gew.-% Magnesium
36 bis 45 Gew.-% Silicium
0 bis 1 Gew.-% Metalle der Seltenen Erden.

Es wurde gefunden, daß es für den ruhigen und kontrollierten Reaktionsablauf entscheidend darauf ankommt, daß der stöchiometrische Siliciumgehalt (36,6 Gew.-%) der intermetallischen Verbindung Magnesiumsilicid (Mg₂Si) nicht unterschritten wird. Das Magnesiumsilicid enthält vorzugsweise einen Überschuß an Silicium. Mit Vorteil wird daher ein Zusatzmittel verwendet der Zusammensetzung

58 bis 62 Gew.-% Magnesium
	37 bis 42 Gew.-% Silicium
	0 bis 1,
vorzugsweise	0,5 bis 0,75 Gew.-% Metalle der Seltenen Erden.

Ein Gehalt an SE-Metallen im Magnesiumsilicid verstärkt die kugelgraphitbildende Wirkung des Magnesiums sowie den ruhigen Reaktionsablauf. Ein ruhiger, kontrollierter Reaktionsablauf ist eine notwendige Voraussetzung zur sicheren Einstellung eines gewünschten Restmagnesiumgehalts der Eisenschmelze bei gleichzeitig hoher Magnesiumausbeute.

Es wurde des weiteren gefunden, daß bei Überschreiten des stöchiometrischen Siliciumgehalts das Gußgefüge des aus den Komponenten erschmolzenen Magnesiumsilicids nicht mehr dicht und porenfrei ist, sondern daß sich eine gewisse Porosität in der Vorlegierung einstellt. Diese Porosität liegt zwischen 2 und 5% und beeinflußt nicht negativ das Ergebnis.

Das Behandlungsmittel wird zweckmäßigerweise aus den Einzelkomponenten im Elektroinduktionstiegelofen unter Schutzgas erschmolzen. Als Ausgangsmaterial eignen sich Reinmagnesium (99,8%) und Silicium (98,5%), ferner auch Ferrosilicium (FeSi 90). Es ist eine Frage der Wirtschaftlichkeit, ob das Magnesiumsilicid aus den reinen Komponenten oder auf Basis von preiswerteren, weniger reinen Ausgangsstoffen hergestellt wird.

Aufgrund des ruhigen und kontrollierten Reaktionsablaufs eignet sich das Zusatzmittel der Erfindung in besonderer Weise für die üblichen Methoden zur Behandlung von Gußeisenschmelzen zwecks Herstellung von Kugelgraphiteisen, wie Tauchbehandlung und Behandlung mit drahtförmigem Zusatzmittel (mit Stahlmantel umhülltes pulvriges Zusatzmittel) .

An die Behandlung der Gußeisenschmelze mit dem Zusatzmittel der Erfindung schließt sich in an sich bekannter Weise eine Behandlung mit einem Impfmittel an, wie Legierungen auf Basis von Ferrosilicium, um den Erstarrungsablauf und damit die Eigenschaften der Gußeisenerzeugnisse günstig zu beeinflussen.

Die Vorteile des Zusatzmittels der Erfindung liegen in dem ruhigen und kontrollierten Reaktionsablauf und ferner in einer hohen Magnesiumausbeute von über 35% bei einer hohen Nodularität von mindestens 90% und großen Sphärolithenzahlen, wobei diese von der Erstarrungsgeschwindigkeit bzw. Gußstückwanddicke abhängig sind.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiel näher und beispielhaft erläutert.

Beispiel 1

Zur Herstellung des Behandlungsmittels wurden die Elemente im offenen MF-Induktionsofen in einem Tonerde-Grapit-Tiegel erschmolzen. Die Badoberfläche wurde kontinuierlich mit Argon begast, um die Schmelze weitgehend vor einer zusätzlichen Gas-Aufnahme (H₂, N₂) bzw. vor Oxidation zu schützen.

Zunächst wurde das Magnesium (Mg 99,8) stückig eingesetzt und mit frisch gebrochenem Silicium-Metall (Si 98,5) abgedeckt. Anschließend wurde der Ansatz mit einer Schmelzleistung von 15 bis 20 kW langsam aufgeschmolzen und das restliche Silicium in Portionen nachgesetzt.

Der Abguß der Schmelzen erfolgte bei 1100 bis 1150°C in vorbereitete Stahlblechmäntel (Dicke des Blechs ∼0,5 mm).

In der Tabelle I ist die chemische Zusammensetzung der hergestellten Mg₂Si-Vorlegierungsblöcke nochmals aufgeführt. Die Tabelle enthält des weiteren Angaben über das Gefüge der Vorlegierung sowie den Reaktionsverlauf bei der Gußeisembehandlung zur Herstellung von Kugelgraphiteisen.

Beispiel 2

Zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit wurde eine Gußeisenschmelze folgender Zusammensetzung in einem MF-Induktionsofen unter Verwendung eines Tonerde-Graphit-Tiegels erschmolzen: 3,6 Gew.-% C, 2,2 Gew.-% Si, 0,16 Gew.-% Mn, 0,013 Gew.-% P, 0,012 Gew.-% S.

Jeweils 30 kg der Schmelze wurden sodann mit 0,3 Gew.-% Mg₂Si der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bei 1500°C behandelt. Das Magnesiumsilicid in Blockform mit den Abmessungen d = h = 30 mm wurde mittels einer Tauchglocke in die Schmelze eingebracht. Mit dem erfindungsgemäßen Zusatzmittel (Vorlegierungsschmelzen 1, 3, 6 der Tabelle I) wurde ein ruhiger bis extrem ruhiger Reaktionsverlauf beobachtet. Demgegenüber wurde mit Magnesiumsilicid nicht erfindungsgemäßer Zusammensetzung (Vorlegierungen mit Mg-Überschuß) ein heftiger bis extrem heftiger Reaktionsverlauf mit Schmelzeauswurf und starker Rauchentwicklung beobachtet. Nach Impfung der jeweiligen Schmelzen mit 0,2 Gew.-% eines Impfmittels auf Basis von Ferrosilicium wurden die Gußeisenschmelzen zu Wanddickenproben (Platten mit 5, 10 und 30 mm Dicke) und U-Proben in Sandformen abgegossen. Aus Proben der jeweiligen Gußstücke wurden Schliffbilder angefertigt und hieran die metallographischen Befunde und die mechanischen Eigenschaften ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt. Zusammenfassend ist festzustellen, daß die genannten Vorlegierungen auf Basis von Mg₂Si bei Gußeisen eine ausgesprochen gute sphäroidisierende Wirkung zeigen, sowie eine starke Unterdrückung von Weißeinstrahlung bei mit einer Impflegierung auf Basis Ferrosilicium geimpften Gußproben mit daraus resultierenden guten mechanischen Festigkeitswerten.

Tabelle 1

Verwendete Einsatzmaterialien und chemische Zusammensetzung der hergestellten Mg₂Si-Vorlegierungsblöcke

Claims (2)

1. Zusatzmittel auf Basis von Magnesiumsilicid zur Behandlung von schmelzflüssigem unlegiertem oder legiertem Gußeisen zur Erzeugung von Kugelgraphiteisen, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung 55 bis 63 Gew.-% Magnesium
36 bis 45 Gew.-% Silicium
0 bis 1 Gew.-% Metalle der Seltenen Erden.

2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung 58 bis 62 Gew.-% Magnesium 37 bis 42 Gew.-% Silicium 0 bis 1, vorzugsweise 0 bis 0,75 Gew.-% Metalle der Seltenen Erden.