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Verfahren zur Schmiedbarmachung von weißem Gußeisen durch Glühbehandlung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmiedbarmachung von weißem Gußeisen,
das aus Zementit und aus Ferrit besteht. Früher wurde das weiße Gußeisen stufenweise
auf eine Temperatur von 88o° allmählich erwärmt, und diese Temperatur wurde etwa
6o Stunden beibehalten; dann wurde allmählich in einem Zeitraum von 8o Stunden abgekühlt.
Zur rascheren Durchführung dieser Wärmebehandlung, die etwa i8o Stunden in Anspruch
nimmt, ist es bereits bekannt, dieTemperaturbehandlung in zwei verschiedenenTemperaturbereichenvorzunehmen,
von denen -der erste bei etwa iooo° und der zweite zwischen 675 und 750° liegt.
Man hat also vorgeschlagen, dieGußstücke bis auf eine Temperatur oberhalb .des kritischen
Punktes zu erwärmen, sie dann bis auf eine Temperatur, welche erheblich unterhalb
der kritischen Temperatur liegt, abzuschrecken, darauf wieder bis auf eine Temperatur
zu erwärmen, bei welcher Änderungen im Gefüge und in den chemischen Eigenschaften
des Werkstoffs eintreten, und danach bis auf eine Temperatur abzukühlen, die so
tief liegt, daß Änderungen irr Gefüge nicht mehr eintreten können. Dabei können
die beiden letzten Behandlungsstufen wiederholt werden. Es war durch dieses bekannte
Verfahren möglich, die Behandlungszeit erheblich herabzusetzen, so daß sie nur noch
etwa 1/4 der ursprünglichen Behandlungsdauer beträgt.
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Gemäß der Erfindung wird eine weitere Abkürzung der zur Durchführung
des Ver-,fahrens notwendigen Zeit dadurch erreicht, daß die Guß-stücke im Temperaturbereich
zwischen 675° und 750° insgesamt 8 bis 36 Stunden behandelt werden und daß die Ofentemperatur
stufenweise nach je etwa a bis q. Stunden um wenige (etwa io) Grade , tr
höht oder erniedrigt wird. Diese Regelung kann beispielsweise durch elektrische
Öfen, die mit Kühlvorrichtungen versehen sind, sprungweise erfolgen. Man erhält
die gleichen mechanischen Eigenschaften wie bei den bekannten Verfahren in einer
erheblich verkürzten Arbeitszeit, so daß die Kosten der Behandlung sich erniedrigen
und die Ausnutzung der Betriebseinrichtungen eine erheblich bessere wird. Der Erfolg
des Verfahrens ergibt sich ;aus den in der Zeichnung dargestellten Schaubildern,
die die Beziehungen zwischen Ofentemperatur und Behandlungszeit darstellen.
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Die Guß:stücke werden gemäß Abb. i bis 3 auf etwa iooo° erhitzt, und
diese Temperatur
wird etwa 4 Stunden lang aufrechterhalten; die
Zeitdauer rnufi aber so lang sein, daß der Zementit oder die Temperkohle in feste
Lösung übergeht. Danach werden die. Gußstücke, um ein Graphitisieren, d. h. eine'
Ausscheidung des Graphits und der Temperkohle, herbeizuführen, auf Temperaturen
abgekühlt, deren obere Grenze etwa 750° -und deren untere Grenze etwa 675° ist.
Die Wärmebehandlung in diesem zweiten Temperaturbereich wird so lange fortgesetzt,
bis der Graphit vollständig ausgeschieden ist. Die hierzu erforderliche Zeitdauer
beträgt mindestens etwa 4 und höchstens etwa 36 Stunden. Danach werden die Gußstücke
in bekannter Weise in Luft abgekühlt oder auch in bekannter Weise abgeschreckt.
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Wie aus Iden Schaubildern nach Abb. i bis 3 hervorgeht, wird das weiße
Gußeisen, nachdem es auf iooo° 4 Stunden lang erhitzt war, auf 675° bis 75o° abgeleiihlt,
'und in dem zweiten Temperaturbereich wird die Temperatur nicht konstant gehalten,
sondern tun wenige Grade stufenweise geändert. Dabei werden die Temperaturwechsel
plötzlich vorgenommen, so daß man stufenförmige Kurven erhält. Beispielsweise werden
gemäß Abb. i die Gußstücke nach vierstündigem Erhitzen rauf iooo° auf 7350 abgekühlt.
Diese Temperatur wird etwa 4 Stunden beibehalten;. darauf wird plötzlich eine Abkühlung=
io° vorgenommen und die so erhaltene Temperatur von 725' ebenfalls 4 Stunden
beibehalten,- und_äls@dann wfr-d eine weitere Ab= kühlurig wiederum um io°, also
auf 7i5°, vorgenommen. Nach Ablauf von weiteren 4 Stunden ist die Wärmebehandlung
beendet, ,und das erhaltene schmiedbare Gußeisen kann abgekühlt werden. Auch die
Abb. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Temperaturen bei einem derartigen Verfahren.
Der Unterschied gegenüber dem Verfahren nach Abb. i besteht im wesentlichen in der
verschiedenen Zeitdauer der einzelnen. Temperaturstufen des zweiten Temperaturbereiches:
Die gesamte Behandlungszeit, von der Temperatur von i oöo° an gerechnet, beträgt
nach Abb. i etwa i6 .Stunden. Die Gußstücke sind nach Durchführung &s Verfahrens
innerhalb dieser Zeit vollständig getempert, und ihre Zugfestigkeit beträgt 39 kg/qmm
bei einer Bruchdehnung von etwa 15 01o. . .
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Selbstverständlich braucht die Zeitdauer der einzelnen Temperaturstufen
nicht immer etwa 4 Stünden betragen wie bei dem Beispiel nach Ab-b. T, sondern es
können auch Abweichüngen hiervon vorgenommen werden; wie die Abb. 2 und 3 zeigen.
Nach Abb. 2 beträgt die Zeitdauer der ersten Stufe des zweiten Temperaturbereichs
etwa 4 Stunden, der zweiten Stufe 2112 Stunden und der dritten Stufe 3 Stunden.
Nach Abb. 3 beträgt die Behandlungszeit dieser Stufen nur etwa 2 Stunden.
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Während gemäß Abb. i und 2 die Temperaturdes zweiten Temperaturbereichs
stufenweise abnimmt, können auch, wie Abb.3 zeigt, in ähnlicher Weise und mit gleichem
Erfolg stufenförmige Temperaturerhöhungen vorgenommen werden. Hier wird die Temperatur
.der Gußstücke nach vierstündigem Erhitzen auf iooo° auf etwa 7r5° abgekühlt und
dann auf 725° und schließlich auf 735° studenweise erhöht, wobei die zeitliche Dauer
der drei Stufen je 2 Stunden beträgt. Schon nach 5 Stunden. ist das Gußeisen vollständig
schmiedbar.
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Es ist nicht erforderlich, von einer Temperatur von iooo° rauszugehen,
es sind vielmehr gewisse Abweichungen hiervon ohne weiteres möglich; jedoch ist
es nicht zweckmäßig, -TOrriperaturen unter 94o° und über iioo° anzuwenden. Bei einer
Erhitzungstemperatur von 940° sind nämlich -mindestens 8 Stunden erforderlich, um
die Lösung des Kohlenstoffes oder ' des Zementits hervorzurufen. Die gesamte Behandlungsdauer
wird also um 4 Stunden verlängert gegenüber derjenigen, die _ nach den Schaubildern
der Zeichnung bei - iooo° Anfangstemperatur erforderlich war. Bei einer Erhitzung
auf iioo° wiederum sind die Gußstücke bereits an der Oberfläche mehr entkohlt, als
wünschenswert ist, und dies bewirkt, daß die Gußstücke eine 'stahlartige' Oberfläche
erhalten. Wenn man die Oxydation verhindern würde, beispielsweise dadurch, :daß
die Erhitzung in einem Vakuumofen oder unter Schutzgas oder in einem- Salzbad erfolgt,
würde ein Ausbrennen des Kohlenstoffes an der Oberfläche .der Gußstücke nicht eintreten.
Die üblichen elektrischen Ofen sind jedoch nicht genügend gasdicht, als daß sie
für Vakuumbehandlung in Frage kämen. Außerdem ist eine Temperatur von iioo° .schon
nahe 'am Erweichungisp.unkt des Eisens. Mit erhöhter Temperatur wird auch die Neigung
des Zernentits, in feste Lösung Überzugehen, sehr verbessert,- und damit wind die
Zeitdauer, die zur Bildung der festen Lösung notwendig isst, kürzer oder länger,
je nachdem die Temperatur über oder unter iooo° liegt.
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Wenn die Grußstücke nach der Behandlung im ersten Temperaturbereich
auf eine Temperatur unter 675° oder über 755° gebracht werden, besteht die Neigung
zur Bildung von lamellärem Perlit; und um diesen perlitischen Zustand zu überwinden-,
wären Glühbehandlungen von 36 bis 48 Stunden Dauer erforderlich. Aus diesem Grunde
liegt die Tempera= tur des zweiten_Temperäturbereichs zweckmäßig zwischeh 675 und
75o° und wird in
diesem Temperaturbereich stufenweise ein-oder zweimal
um wenige Temperaturgrade plötzlich erhöht oder erniedrigt. In den Sehaubildern
betragen die Erhöhungen oder die Erniedrigungen jedesmal etwa ro°.
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Die Kühlung der Gußstücke, die vom ersten Temperaturbereich auf den
zweiten gebracht werden, kann in Luft vorgenommen werden oder durch andere bekannte
Mittel erfolgen. Der zur Durchführung des neuen Verfahrens benutzte Ofen kann elektrisch
beheizt sein; tes ist jedoch an und für sich gleichgültig, was für eine Ofenführung
verwendet wird. Es ist auch nicht erforderlich, die Außenluft von den Gußstücken
während der Erhitzung fernzuhalten, trotzdem wird möglichst jeder Luftumlauf in
der Nähe des Glühgutes vermieden.
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Die nach dem neuen Verfahren hergestellten schmiedbaren Gußstücke
können verzinkt werden durch Feuerverziinkung oder elektrolytisch,' ohne daß sie
einem anderen Alterungs- oder Erwärmungsverfahren unterzogen werden. Versuche haben
ergeben, daß so hergestellte verzinkte, schmiedbare Gußstücke eine Zugfestigkeit
von 21 kg/qmm aufweisen. Sie besitzen auch dann keine Sprödigkeit und Brüchigkeit,
wenn sie bei Temperaturen unter o° beansprucht werden.