DE68906489T2

DE68906489T2 - Verfahren zur herstellung von kugelgraphitgusseisen.

Info

Publication number: DE68906489T2
Application number: DE8989420304T
Authority: DE
Inventors: Charles Defrancq; Christian Dumont; Jean-Claude Percheron
Original assignee: Pechiney Electrometallurgie SAS
Current assignee: Ferroglobe France SAS
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2009-08-11
Also published as: JPH0280505A; BR8904037A; CA1337148C; EP0357521A1; FR2635534A1; DE68906489D1; KR930011403B1; FR2635534B1; ES2055140T3; EP0357521B1; KR900003382A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhalten von Kugelgraphitgußeisen durch späte Behandlung des Gußeisens mit einem einzigen kugelbildenden Zusatz, das die Vermeidung des Impfens ermöglicht.

STAND DER TECHNIK

Die Gußeisen mit Kugelgraphit werden üblicherweise durch Behandlung eines Basisgußeisens mit einem sog. 'kugelbildenden" ersten Zusatz, der die Bildung von kugelförmigem oder sphäroidalem Graphit sicherstellt und der meistens Magnesium ist, beispielsweise in Form einer Eisen-Silicium-Magnesium-Legierung mit oder ohne Seltene Erde, und anschließende Behandlung mit einem Impfmittel erhalten, das die Keimbildung des Graphits modifiziert und die Bildung von Zementit vermeidet, die das Gußeisen spröde machen würde; das Impfmittel ist meistens auf der Basis von Silicium, beispielsweise eine Eisen-Silicium-Legierung.
Es ist ebenfalls bekannt, daß die Wirkung der Behandlung zur Kugelbildung aufgrund des Nachlassens der Wirkung des Magnesiums bei der Temperatur des geschmolzenen Gußeisens von kurzer Dauer (einigen Minuten) ist. Daher ist es nötig, das Gußeisen sehr kurze Zeit nach der Zugabe der Zusätze in die Formen zu gießen. Dieses Erfordernis ist mit den Arbeitsbedingungen moderner Gießereien hoher Leistung, die weitgehend automatisiert sind, schlecht vereinbar, da es sehr schwierig ist, während einer langen Dauer (beispielsweise einer halben Stunde oder einer Stunde) in automatischen Gießpfannen oder -öfen hoher Leistung einen Vorrat an behandeltem Gußeisen aufzubewahren, wie es wünschenswert wäre. Die Lösung besteht daher darin, einen Vorrat an nichtbehandeltem, geschmolzenem Gußeisen herzustellen und zum Zeitpunkt vor dem Einführen des Gußeisens in die Formhohlräume eine "späte" Behandlung durch Kugelbildung und anschließende Beimpfung durchzuführen.
Diese "späten" Behandlungen werden im wesentlichen mit zwei Verfahrensarten durchgeführt:
- In-Mold-Verfahren, bei denen die Zusätze in zerkleinerten oder geformten Stücken in Aussparungen eingebracht werden, die im Zuführkanal des Gußeisens vorgesehen sind,
- Strahlverfahren, bei denen der Zusatz oder die Zusätze, die mehr oder weniger fein zerkleinert sind, während des Ausgießens in die Form in den Gießstrahl des Gußeisens am Ausgang der automatischen Gießpfanne oder des Gießofens eingebracht werden. Ein Verfahren und eine Vorrichtung, die sich dieses letzteren Typs bedienen, wurden in unserem französischen Patent FR 2588571 (US 4723763) beschrieben. Sie erlauben, diese Zugaben kontinuierlich und kontrolliert unter Bedingungen durchzuführen, mit denen die Vermeidung von Schlacken sichergestellt wird, die durch diesen Arbeitsgang hervorgerufen werden könnten.
Die vorliegende Erfindung kann ebensogut bei den "In- Mold"-Verfahren wie auch bei Strahlverfahren durchgeführt werden und allgemein bei allen Verfahren mit später Behandlung, d.h. zu Zeitpunkten kurz vor dem Einführen des Gußeisens in die Hohlräume im Inneren der Formen.

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Kugel- oder Vermiculargußeisen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine späte Behandlung des Basisgußeisens mit einem einzigen Zusatz durchführt, der gleichzeitig die Kugelbildung und die Beimpfung sicherstellt, wobei dieser Zusatz ein Eisen-Silicium-Magnesium ist, das einen Zusatz von Wismut und mindestens einem Metall aus der Gruppe der Seltenen Erden enthält.
Es wurde früher schon die Verwendung von Wismut bei Impfmitteln vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt das französische Patent FR 2511044 (Us 4432793) der Anmelderin ein Impfmittel, das unter dem eingetragenen Warenzeichen "Sphärix" bekannt und ein Ferrosilicium mit 70 bis 75 % Silicium ist, und das 0,005 bis 3 % von mindestens einem der Metalle Wismut, Blei oder Antimon und 0,005 bis 3 % von mindestens einem Metall der Gruppe der Seltenen Erden enthält. Diese Behandlung erfolgt aber zusätzlich zur zwingenden Kugelbildung durch Magnesium, die in einem ersten Schritt durchgeführt wird.
In der japanischen Patentanmeldung Kokai/JA-59/43843 von Kusaka wird die Einführung von Wismut und Cer in den Kugelbildner vorgeschlagen, die spätere Beimpfung mit Ferrosilicium bleibt aber notwendig, um optimale Eigenschaften des Kugelgraphitgußeisens zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, den Schritt der Beimpfung zu umgehen und direkt ein späroidales Gußeisen zu erhalten, das eine erhöhte Anzahl von Graphitkugeln bei völliger Abwesenheit von Carbiden, selbst im Fall von Stücken sehr geringer Dicke von einigen Millimetern, besitzt.
Der Zusatz, der dieses Ergebnis zu erhalten erlaubt, besitzt eine Zusammensetzung, die sich in den folgenden Grenzen bewegt (ausgedrückt in Gew.-%):
Silicium : 41 bis 65
Magnesium : 2 bis 30
Wismut : 0,1 bis 4
Seltene Erden : 0,5 bis 4
Ca, Ba, Sr : < 4 (für jedes Element)
Al : < 1,5
Eisen : auf 100.
Im folgenden wird mit "Seltenen Erden" mindestens ein Metall der Gruppe der Lanthaniden, insbesondere Cer, bezeichnet, eventuell in Verbindung mit anderen Metallen der gleichen Gruppe (wie Lanthan) in wechselnden Anteilen je nach dem Ursprung des Minerals und den Behandlungen, denen dises unterzogen wurde.
In Bezug auf den Stand der Technik unterscheidet sich das Verfahren, das Gegenstand der Erfindung ist, im wesentlichen durch die Tatsache, daß es Kugelbildung und Beimpfung in einem einzigen Arbeitsgang kombiniert, der "spät" durchgeführt wird, was eine Vereinfachung der Arbeitsgänge und des verwendeten Materials, also geringere Herstellungskosten und verbesserte Produktivität der Gießereianlage mit sich bringt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Die Erfindung wurde mit der Vorrichtung durchgeführt, die Gegenstand unserer Anmeldung FR 2588571 ist, die aufgrund ihrer besonderen Form oft "Sanduhr" genannt wird und die direkte Einführung des fein zerkleinerten Zusatzes in den Gießstrahl in kontrollierter Atmosphäre erlaubt.
Erfindungsgemäß wurde ein sphäroidales Gußeisen mit der folgenden Endzusammensetzung (in Gew.-%) hergestellt:
C: 3,7 Si: 2,5 Mn: 0,15 P: 0,043 Mg: 0,039
Hierzu wurde eine "späte" Behandlung des Basisgußeisens mit Hilfe eines einzigen Zusatzes zur Kugelbildung-Beimpfung mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) durchgeführt:
Si: 48,2 Mg: 6,1 Seltene Erden: 0,56 Bi: 0,33 Ca: 0,44 Al: 0,71, Fe: auf 100.
Seltene Erden: im wesentlichen Cer + andere Metalle der Gruppe, die Cer gewöhnlich begleiten.
Am gleichen Gußeisen wurde gemäß dem Stand der Technik ein Vergleichsversuch mit einem herkömmlichen Kugelbildner der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) durchgeführt:
Si: 44,5 Mg: 5,6 Seltene Erden: 0,6 Ca: 0,83 Al: 1,21 Mn: 0,37, Eisen: auf 100.
Wismutgehalt: 0, Seltene Erden: wie oben.
In beiden Fällen wurde der Kugelbildner in einem Anteil von 1 % des Gewichts des Gußeisens eingeführt.
Im Vergleichsversuch wurde nach der Kugelbildung eine herkömmliche Beimpfung mit einem Impfmittel auf der Basis von Ferrosilicium mit 75 % Silicium, das mit Erdalkalimetallzusätzen dotiert war, in einem Anteil von 0,2 % in Bezug auf das Gewicht des Gußeisens durchgeführt.
In beiden Fällen wurde das Gußeisen bei einer Temperatur von 1400 ºC in Form von Barren mit Durchmessern von 30, 20, 12 und 6 mm gegossen. Die Formgüsse wurden in "Beta Set"-Sand durchgeführt.
An den Barren wurden ein mikrographisches Auszählen der Graphitkugeln pro mm² Querschnitt sowie die Untersuchung des Vorliegens von Carbid (Zementit) Fe&sub3;C durchgeführt.
Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: Durchmesser der Gußeisenbarren: Kugeln/mm² und Gegenwart von Carbiden (Ja/Nein) Vergleichsversuch, Stand der Technik erfindungsgemäß
Die Tabelle zeigt, daß
- einerseits die Anzahl der Graphitkugeln im Fall der erfindungsgemäßen Behandlung merklich erhöht ist,
- andererseits der Erhalt von Stücken mit einer Dicke von 6 mm ohne Carbid, die gemäß dem Stand der Technik sehr schwierig zu erhalten sind, erfindungsgemäß unter sehr guten Bedingungen möglich ist, was die Verwendung dieses Verfahrens für alle Gußeisenstücke von mindestens bis zu 6 mm verminderter Dicke erlaubt.
Die Menge des in das Basisgußeisen zur Durchführung der Erfindung einzuführenden Zusatzes wird vom Fachmann in Abhängigkeit des angestrebten Endgehalts der beiden Elemente Magnesium und Wismut im Gußeisen festgelegt. Mittlere Gehalte von 0,025 bis 0,060 Gew.-% Magnesium und 0,005 bis 0,02 % Wismut werden im allgemeinen als zufriedenstellend betrachtet. Sie können daher unter Berücksichtigung der Flüchtigkeit der beiden Elemente mit einer Menge des Zusatzes in der Größenordnung von 1 % in Bezug auf das Gewicht des zu behandelnden Gußeisens erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugel- oder Vermiculargraphit ausgehend von einem Basisgußeisen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine späte Behandlung des Basisgußeisens mit einem einzigen Zusatz durchführt, der als Kugelbildner und Impfmittel wirkt und die folgende Zusammensetzung in Gew.-% besitzt:

Silicium 41 bis 65

Magnesium 2 bis 30

Wismut 0,1 bis 4

Seltene Erden 0,5 bis 4

Ca, Ba, Sr < 4 (für jedes Element)

Aluminium < 1,5

Eisen auf 100.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die späte Behandlung des Basisgußeisens durch Einbringen des zerkleinerten Zusatzes in den Gießstrahl des Gußeisens am Eingang der Form durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die späte Behandlung des Basisgußeisens gemäß der sog. "In-Mold"-Technik durchgeführt wird.