DE975234C

DE975234C - Verwendung einer weisserstarrenden Gusseisenlegierung

Info

Publication number: DE975234C
Application number: DEP36922D
Authority: DE
Inventors: Keith Dwight Millis
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1948-03-20
Filing date: 1949-03-17
Publication date: 1961-10-12
Also published as: US2516524A

Description

(WiGBl. S. 17S)

AUSGEGEBEN AM 12. OKTOBER 1961

p36922 VIaI18d D

Von Magnesiumzusätzen zu Gußeisen ist in der Literatur gesagt, daß sie keine Rückwirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Gußeisens erkennen ließen, das Eisen jedoch hart machen. Zum Stande der Technik gehört auch die Verwendung eines Gußeisens, das neben den üblichen Gehalten an Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel bis zu ι % Kupfer sowie einzeln oder zu mehreren 0,2 bis 0,5 °/o Nickel, 0,05 bis 1,5 °/o Aluminium und 0,1 bis 5"Vo Magnesium, Rest Eisen, enthält, zur Herstellung von Gegenständen, die verringerte Rostneigung in Wasser oder feuchtem Erdreich besitzen sollen.

Es wurde nun festgestellt, daß, entgegen der bisherigen Ansicht, ein mit weißem Bruch erstarrtes, bestimmte Anteile an Magnesium enthaltendes Gußeisen wesentlich bessere Festigkeitsaigenschaften, insbesondere eine größere Biegefestigkeit aufweist als ein vergleichbares magnesiumfreies Gußeisen. Auf dieser Erkenntnis beruht die Erfindung. Sie schlägt vor, als Werkstoff für Gegenstände, die mit weißem Gefüge erstarren und dabei eine höhere Biegefestigkeit und Zähigkeit aufweisen müssen als Gegenstände aus einer vergleichbaren weißerstarrenden,, aber magnesiumfreien Gußeisenlegierung, ein bekanntermaßen weißerstarrendes Gußeisen mit 2,0 bis 4,5% Kohlenstoff, 0,1 bis 3,0*/» Silizium, 0,1 bis 2,0% Mangan, 0,015 bis 0,5 °/o Magnesium, weniger als 0,02 °/o Schwefel, Rest Eisen und die üblichen Verunreinigungen, zu verwenden. Dieses

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Gußeisen kann noch bis 6%> Nickel, bis 2,5% Chrom und bis 2°/o Molybdän einzeln oder zu mehreren enthalten.

Es ist bekannt, daß die Gießbedingungen eine Rolle dabei spielen, ob ein Gußeisen gegebener Zusammensetzung weiß oder grau erstarrt. Bei Magnesiumgehalten dicht oberhalb der gekennzeichneten Mindestmenge kann das Eisen grau erstarren, wenn es z. B. in einer nicht gekühlten Kokille

to vergossen wird. Die Erfindung bezieht sich aber nur auf Gußeisen der angegebenen Zusammensetzung, das nach dem Erstarren einen weißen Bruch aufweist.

Das Magnesium wird vorzugsweise durch eine Nickellegierung in die Schmelze eingetragen. Dazu eignen sich binäre Nickellegierungen mit 4 bis 20°/o Magnesium. Es lassen sich aber auch ternäre kohlenstoffhaltige Nickellegierungen verwenden. Weil ein Teil des Magnesiums beim Legieren abbrennt und ein weiterer Teil zur Entschwefelung beiträgt und danach unwirksam wird, muß der Schmelze in jedem Falle mehr Magnesium zugeführt werden, als später im Gußeisen verbleiben soll.

Das nach der Erfindung hergestellte, waißerstarrte Gußeisen weist eine wesentlich höhere Festigkeit, insbesondere eine größere Biegefestigkeit auf als vergleichbares magnesiumfreies Eisen.

Beispiel 1

Von einer Schmelze mit 3 % Kohlenstoff, 0,75 ^fl/o Silizium, 0,2% Mangan und 0,02°/» Schwefel wurde ein Teil ohne den Zusatz und zwei weitere Teile nach Zugabe von Magnesium vergossen. Im letzteren Fall betrug dar Magnesiumgehalt der einen Teilmenge 0,04% und der anderen o,o6°/i>. Das Magnesium wurde in Form einer Nickel-Magnesium-Kohlenstoff-Legierung mit 11,9% Magnesium, 2,8% Kohlenstoff, Rest Nickel, in die Schmelze eingetragen. Alle drei Eisensorten erstarrten weiß. Ihre Eigenschaften waren folgende:

	Durchbiegung	Tabelle I	Kerb schlagwert	BH
VoMg	0,22 O,23 0,28	Bruchlast	2,2 3,4 3,8	371 375 415
0,04 0,06	1890 2420 2720

Last

Durchbiegung =

Kerbschlagwert =
BH

Querbelastung in kg, die bei einem an Enden gestützten Stab von 3 cm Durchmesser und 30 cm Länge zum Bruch führt.

Durchbiegung in cm bei Höchstbelastung bei der Probe.

Izod-Prüfwert in kgm. Brinellhärte.

Beispiel 2

Von zwei weißerstarrten Gußeisenproben enthielt eine magnesiumfreie Probe 3 ■% Kohlenstoff, 0,75% Silizium, 0,2% Mangan und 0,015% Schwefel, während die andere Probe bei sonst gleicher Zusammensetzung mit 0,13% Magnesium legiert war. An Festigkeitswerten ergaben sich:

VoMg	Durchbiegung	Bruchlast	Kerbschlagwert
O,I3	O,l8S 0,228	2060 2470	2,7 3,6

Bei diesen und allen anderen Legierungsbeispielen besteht der Rest aus Eisen mit den un- vermeidlichen Verunreinigungen, wie z. B. Schwefel und Phosphor. Auf noch nicht geklärte Weise wirken gewisse Spurenelemente dem Einfluß des Magnesiums entgegen, so daß für ihre möglichst weitgehende Beseitigung zu sorgen ist. Es handelt sich im wesentlichen um die Elemente Zinn, Blei, Antimon, Wismut, Arsen, Selen und Tellur.

Die Eigenschaften des unlegierten magnesiumhaltigen weißen Gußeisens lassen sich durch einen Zusatz von Nickel noch verbessern.

Nachstehende Tabellen veranschaulichen die Zusammensetzung und Eigenschaften von in Sand vergossenen, weißerstarrten Gußeisensorten mit etwa 2% Nickel und unterschiedlichen Gehalten an Kohlenstoff und Silizium:

Tabelle II

VoC

2,8 3,4

4.1

VoSi

2,1

1,8
1,3

VoMn

O,8

0,8 o,5

VoNi

2,0 2,0 1,8

VoS

O.OI2 O,Ol6 0,02

VoMg

0,064 0,061 O,o6

Tabelle III

Durchbiegung

0,260
0,327

Bruchlast
kg

2770
3260
2640

Kerbschlagwert

3,8

3,5

BH

444 375 418

Auffällige Eigenschaften weisen einige Gußeisensorten mit noch höherem Nickelgehalt auf, d. h. Gußeisen mit 2,5 bis 3,3⁰Zo Kohlenstoff, 0,3 bis 1,25% Silizium, 3,5 bis 5 %> Nickel, 0,4 bis 0,9% Mangan und 0,05 bis 0,1 ⁰A* Magnesium. Diese Gußeisen haben hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit sowie eine große Härte, so daß sie sich vorteilhaft zur Herstellung von Auskleidungsplatten oder Kugeln für Zerkleinerungsmaschinen oder für Walen verwenden lassen. Die Steigerung ihrer Festigkeitswerte ist dann besonders ausgeprägt, wenn die

Eisen in Sand vergossen werden. Bei der Prüfung in Sand gegossener Probestäbe von 3 cm Durchmesser und 30 cm lichter Weite ergaben sich folgende Werte:

Bruchlast, kg 2300 bis 2800

Durchbiegung, cm .... 0,22 bis 0,28

Izod-Kerbschlagwert,
kgm 2,7 bis 4,05

Brinellhärte 550 bis 715

Das Gefüge dieser Gußeisen unterscheidet sich deutlich von dem Gefüge gleichartigen Gußeisens mit gleichem Nickelgehalt, aber ohne Magnesium. Bei dem magnesiumfreien Gußeisen zeigen sich gewöhnlich massive Karbide in dendritischer oder zellenförmiger Anordnung·. In dem magnesiumhaltigen Gußeisen dagegen kennzeichnet sich das Gefüge durch Karbide in Schichten oder Platten. Die Karbidphase ist dabei unterbrochen. Der Gefügerest oder die kontinuierliche Phase besteht weitgehend aus Martensit.

Ein ungewöhnliches Kennzeichen dieses martensitischen weißen Gußeisens besteht darin, daß seine Festigkeit und Zähigkeit beim Vergießen in Sand ebensogut, vielfach sogar besser ist als beim VerTabelle IV gießen in gekühlten Kokillen. Demgegenüber sind die Festigkeitswerte magnesmmfreien weißen Gußeisens bei Kokillenguß im allgemeinen höher als bei Sandguß. Der Unterschied rührt wahrscheinlich daher, daß bei dem nach der Erfindung verwendeten magnesiumhaltigen Gußeisen die unterbrochene Karbidschichtung beim Sandguß besonders klar hervortritt.

Einige Legierungsbeispiele dieses martensitischen Gusses und seiner Eigenschaften sind in nachstehenden Tabellen aufgezeichnet:

Die Gußproben Nr. 5 und 6 sind von gleicher Zusammensetzung, doch ist die Probe Nr. 5 in Sand, die Probe Nr. 6 in einer gekühlten eisernen Kokille vergossen worden. Die Probe Nr. 7 wurde gleichfalls beim Guß abgeschreckt. Probe Nr. 8 ist ein nicht der Erfindung entsprechendes, nur zum Vergleich hinzugezogenes Gußeisen. Seine Zusammensetzung ähnelt der der anderen Eisensorten, jedoch enthält es anstatt Magnesium Chrom als Mittel zur Erzielung des weißen Bruchgefüges, so daß es auch keine zusätzliche Entschwefelung erfuhr. Die Probe Nr. 8 ist in Sand vergossen, so daß ihre Eigenschaften mit den Eigenschaften der Probe Nr. 5 zu vergleichen sind:

TabeUe V

Nr.	%>C	Vo Si	VoS	%Ni	VoMn	VoMg	Sonstige
5	3,3	0,4	0,009	4,5	0,4	0,07
6	3,3	0,4	0,009	4,5	0,4	0,07
7	3,3	0,6	0,02	4,5	0,5	0,08
8	3,3	0,5	0,1	4,5	0,5	—	1,5Cr

Nr.	Bruchlast kg	Durch biegung cm	Kerb schlagwert mkg	BH
5	2870	0,233	3,4	600
6	2350	0,192	3,1	605
7	2630	0,223	2,7	586
8	1900	0,243	3,5	538

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Die Verwendung eines bekanntermaßen weißerstarrenden Gußeisens mit 2,0 bis 4,5^/0 Kohlenstoff, 0,1 bis 3,O⁰Zo Silizium, 0,1 bis 2,0¹Vo Mangan, 0,015 bis 0,5% Magnesium, weniger als 0,02% Schwefel, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, als Werkstoff für Gegenstände, die ein weißes Gußgefüge aufweisen und eine höhere Biegefestigkeit und Zähigkeit aufweisen müssen als Gegenstände aus einem vergleichbaren, gleichfalls weißerstarrenden, aber magnesiumfreien Gußeisen.

2. Die Verwendung einer Gußeisenlegierung nach Anspruch 1, die jedoch noch bis 6^fl/o Nickel, bis 2,5% Chrom und bis 2,0% Molybdän einzeln oder zu mehreren enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Die Verwendung einer Gußeisenlegierung nach Anspruch 2 mit 2,5 bis 3,3% Kohlenstoff, In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 209914, 659485.

0,5 bis 2,0% Silizium, 0,1 bis 2,o⁰/* Mangan, 0,75 bis 2,o^fl/o Nickel, 0,04 bis 0,5 % Magnesium, weniger als 0,02% Schwefel, Rest Eisen und die üblichen Verunreinigungen, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Die Verwendung einer Gußeisenlegierung nach Anspruch 2 mit 2,5 bis 3,3¹⁰Zo Kohlenstoff, 0,3 bis 1,25"Zo Silizium, 3,5 bis 5,o^flZo Nickel, 0,4 bis 0,9⁰Zo Mangan, 0,05 bis o, 1⁰Zo Magnesium, weniger als 0,02^flZo Schwefel, Rest Eisen und die üblichen Verunreinigungen, als Werkstoff für Gegenstände, die neben den Eigenschaften nach Anspruch 1 auch noch eine große Härte und Verschleißfestigkeit aufweisen müssen, z. B. für Auskleidungsplatten oder Kugeln für Zerkleinerungsmaschinen oder für Walzen.

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