DE4341972C2 - Verfahren zum Erzeugen von primärgraphitfreiem Gußeisen und Gußeisen-Werkstück - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von primärgraphitfreiem Gußeisen hoher Festigkeit von über 400 MPa und ein danach erzeugtes Gußeisen-Werkstück.

Eine Voraussetzung für die Erzeugung von Gußeisen hoher Festigkeit ist, daß es möglichst frei ist von Primärgraphit, der sich verhältnismäßig grob ausscheidet und wegen der außerordentlich geringen Festigkeit von Graphit die Festigkeit des gesamten Gefüges erheblich mindert. Bisher gelang es jedoch nur im Hochvakuum, ansonsten eher zufällig, primärgraphitfreies Gefüge im Gußeisen zu erzeugen. Von dem gattungsgemäßen primärgraphitfreien Gußeisen unterscheidet sich das bekannte Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG), bekannt z. B. aus Gießerei-Praxis (1990) 8, S. 123-129, grundsätzlich dadurch, daß GGG zellular ist, d. h. der Graphit sammelt sich im Gefüge in Zellen (Kugeln). Normales Gußeisen, behandelt z. B. in F. Eisenkolb "Einführung in die Werkstoffkunde", Band III, Verlag Technik Berlin, S. 230, enthält lamellaren Graphit, der ebenso wie bekanntes Gußeisen mit Vermikulargraphit (GGV) nicht primärgraphitfrei ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verhältnismäßig einfach durchführbares und somit für großtechnische Anwendungen geeignetes Verfahren zur Steigerung der Festigkeit von Gußeisen mit untereutektischem, eutektischem oder übereutektischem Gefüge zu schaffen, das außerdem ein lunkerfreies Produkt ergibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Gußeisenschmelze in einer ersten Behandlungsstufe mit Magnesium entschwefelt und desoxidiert wird und danach in einer zweiten Behandlungsstufe durch Zugabe weiterer Mengen an Magnesium und Titan und/oder Mangan der Sauerstoff auf einen Endgehalt unter 0,001%, der Schefel auf einen Endgehalt unter 0,002% eingestellt wird, wobei Titan hauptsächlich in Form von Titanoxid vorliegt, und daß nach Ablauf der erforderlichen Reaktionszeit die Schmelze zu einem Gußeisen mit nicht­ zellularem Graphit vergossen wird.

Für den Fall, daß das Verhältnis von Sauerstoff zu Schwefel in der Ausgangsschmelze über 10 : 1 liegt, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor der ersten Behandlung der Schmelze mit Magnesium durch eine vorgeschaltete Desoxidation das Verhältnis von Sauerstoff zu Schwefel in der Schmelze auf max. 10 : 1 eingestellt. Dadurch wird eine Reoxidation in den nachfolgenden Behandlungsstufen vermieden.

In der ersten Behandlungsstufe sollte bevorzugt zwei Drittel der in der Gußeisenschmelze gelöst enthaltenen Sauerstoffmenge abgebunden werden und in der zweiten Behandlungsstufe dann das letzte Drittel. Hierdurch wird eine übermäßige Titanoxidbildung in der zweiten Behandlungsstufe vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die gestellte Aufgabe, denn die Behandlung der Gußeisenschmelze mit Magnesium in der ersten Behandlungsstufe und mit Magnesium und Titan und/oder Mangan in der zweiten zur Entschwefelung und Desoxidation der Gußeisenschmelze sowie das anschließende Abstehenlassen der Schmelze für die Dauer von mindestens 10 Minuten zur Durchführung der erforderlichen Reaktionen ist verhältnismäßig einfach gestaltet und bringt die erwartete starke Festigkeitssteigerung auf Werte über 400 MPa als Folge der ausschließlichen Bildung von nicht-zellularem feinstverteiltem Sekundärgraphit.

Außerdem gelingt es gleichzeitig, lunkerfreie Werkstücke herzustellen als Voraussetzung für eine Minderung des Ausschusses.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gußeisen-Werkstück weist ausschließlich nicht-zellular erstarrten feinstverteilten unterkühlten Graphit in einer ferritischen und/oder perlitischen Gußeisen-Matrix auf. Bei übereutektischem Gefüge kann sogar eine Steigerung der Wärmeleitfähigkeit auf Werte über 50 W/m·K erreicht werden, während Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG) oder Vermikulargraphit (GGV) eine Wärmeleitfähigkeit unter 50 W/m·K haben. Das erfindungsgemäß hergestellte Gußeisen erreicht in der vergleichbaren Festigkeitsklasse Wärmeleitfähigkeiten zwischen 55 und 60 W/m·K. Es eignet sich daher besonders für auf Temperaturwechsel und Thermoschock beanspruchte Bauteile.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erzeugen von primärgraphitfreiem Gußeisen hoher Festigkeit von über 400 MPa, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußeisenschmelze in einer ersten Behandlungsstufe mit Magnesium entschwefelt und desoxidiert wird und danach in einer zweiten Behandlungsstufe durch Zugabe weiterer Mengen an Magnesium und Titan und/oder Mangan der Sauerstoff auf einen Endgehalt unter 0,001%, der Schwefel auf einen Endgehalt unter 0,002% eingestellt wird, wobei Titan hauptsächlich in Form von Titanoxid vorliegt, und daß nach Ablauf der erforderlichen Reaktionszeit die Schmelze zu einem Gußeisen mit nicht-zellularem Graphit vergossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgehalte der Gußeisenschmelze an Sauerstoff und Schwefel auf ein Verhältnis von max. 10 : 1 eingestellt werden, bevor die Entschwefelung und Desoxidation der Schmelze mit Magnesium in der ersten Behandlungsstufe vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Behandlungsstufe zwei Drittel des in der Schmelze gelösten Sauerstoffs abgebunden werden und in der zweiten Behandlungsstufe das restliche Drittel.

4. Gußeisen-Werkstück mit hoher Festigkeit von über 400 MPa, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich nicht-zellular erstarrter feinstverteilter unterkühlter Graphit in einer territischen und/oder perlitischen Gußeisen-Matrix vorliegt.

5. Gußeisen-Werkstück nach Anspruch 4 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit von über 50 W/m·K, dadurch gekennzeichnet, daß ein übereutektisches Gefüge vorliegt.