DEP0000251MA - Herstellung von hochwertigem Grauguß bzw. Schnelltemperguß mit kugelförmiger Graphitausbildung - Google Patents

Description

Bei der Herstellung des Rohgusses für schwarzen oder schwarzkernigen Temperguß wird Kohlenstoff und Silizium entsprechend der Wandstärke so eingestellt, daß der gesamte Querschnitt weiß erstarrt. Bei zu hoher Summe Kohlenstoff + Silizium kommt es zur Ausscheidung von lamellarem Graphit, der bei späteren Glühen Faulbruch verbunden mit starker Qualitätsminderung verursacht.

Versuche der Erfinder ergaben, daß Magnesium ein Karbidstabilisator ist, der in normalem Rohguß für schwarzen bzw. schwarzkernigen Temperguß mit etwa 2,4 bis 3,0% Kohlenstoff und 1,5 bis 0,7% Silizium so stark stabilisierend wirkt, daß bei einer üblichen Glühzeit von z.B. 60 bis 120 Stunden noch kein Karbidzerfall eintritt; wird jedoch untereutektisches, eutektisches oder auch übereutektisches Gußeisen, welches unter normalen Abkühlungsverhältnissen grau bis meliert oder bei größeren Abkühlungsgeschwindigkeiten meliert bis weiß erstarren würde, mit geringen Magnesiummengen behandelt, so fällt das Eisen mit meliertem oder weißsträhligem Bruch, wobei aber der eventuell noch vorhandene elementare Kohlenstoff nicht mehr in regellos lamellarer bis feineutektischer Form, sondern in Form rundlicher Knoten bis ausgesprochen kugelartig, sphärolithischer Form größerer bis keimartiger Durchmesser vorliegt.

Erfindungsgemäß gelingt es nun, dem Zementitanteil eines solchen weiß oder meliert erstarrten Eisens durch Kurzglühung von 1/4 bis 2 Stunden (je nach Menge des Zementitanteils ) bei Temperaturen oberhalb etwa 850°C zum Zerfall zu bringen und eine vorwiegend perlitisch-sorbitische Grundmasse zu erzeugen, in welcher der über den Zementitanteil des Perlits bzw. Sorbits hinausgehende elementare

Kohlenstoff in Form von rundlichen Temperkohleknoten und Sphärolithen ausgeschieden ist.

Langsame Abkühlung aus dem Glühgebiet oberhalb etwa 850° bzw. Glühen bei 725° bis 750° oder Pendeln um die vorgenannte Zerfallstemperatur des Perlits führt zu einer ferritischen Grundmasse, in welcher der Kohlenstoff des freien oder eutektoiden Zementits an die rundlichen Temperkohleknoten angelagert ist oder neue Sphärolithen bildet. Dieser Glühvorgang benötigt etwa 3 bis 5 Stunden. Zwischen beiden Glühstufen kann in bekannter Weise eine Luftabschreckung zwischengeschaltet werden.

Bei schneller Wärmeabfuhr nach dem Gießen, z.B. bei dünnwandigem Sandguß, Kokillenguß oder Guß gegen Kühlkörper, kann durch Impfen mit graphitisierenden Impfstoffen die Zerfallsneigung des Karbids gesteigert und die Glühzeit oberhalb etwa 850° noch weiter verkürzt werden.

In dicken Querschnitten und bei einseitiger Wärmeabfuhr, z.B. in Schleuderkokillen, kann die Impfbehandlung entfallen. In diesem Falle werden nach Versuchen der Erfinder die rundlichen Temperkohleknoten der perlitisch-ledeburitischen Grundmasse kleiner und zahlreicher als bei geimpften Rohguß. Es tritt ein hochdisperse, teilweise nur vorbereitende Ausscheidung ein.

Eine Beeinflussung der Grundmasse, die nach der späteren Glühung z.B. oberhalb 850° entstehen soll, ist in der Weise möglich, daß der Mangangehalt beim Arbeiten auf eine vorwiegend perlitische Grundmasse nicht unter 0,5%, besser jedoch höher, beim Arbeiten auf ferritische Grundmasse dagegen unter 0,3% gewählt wird, um kürzeste Glühzeiten im Sinne der angeführten Gefügestufen zu erreichen. Bei niedrigen Mangan-Gehalten unter 0,4% ergibt Luftabkühlung nach Glühung oberhalb 850° bereits gewisse Ferritanteile.

Während die praktisch leicht erprobbaren Magnesium-Zusätze (als Reinmagnesium oder in Form von Vorlegierungen) in der Größenordnung von etwa 0,1 bis etwa 0,4% Magnesium liegen, gelingt es auch bei höheren Schwefelgehalten des Rinneneisens als etwa 0,02 bis 0,05% S, die dargestellten Wirkungen zu erzielen, wenn bei S-Gehalten des Rinneneisens über etwa 0,04 bis 0,05% der Magnesium-

Zusatz um etwa 0,1 bis 0,2% je 0,01% zunehmendem Schwefelgehalt des Rinneneisens gesteigert wird. Die Festigkeitswerte des Materials gemäß vorliegendem Verfahren liegen je nach gewählter Behandlung und Wärmebehandlung zwischen 45 bis 100 kg/mm(exp)2 für die Zugfestigkeit, bei 20 bis 2% für die statische Dehnung.

Vorteile des Verfahrens:

1) Kurze Glühzeiten ersparen Ofenkapazität, erhöhen die Wirtschaftlichkeit, erlauben das Glühen nicht eingepackter Stücke ohne besondere Anforderungen an die Ofenatmosphäre, da in der kurzen Glühzeit nur unbedeutende Zunderbildung auftritt.

2) Durch Anpassung des Magnesium-Zusatzes an Wanddicke und Abkühlungsgeschwindigkeit kann jedes Gußeisen, welches unbehandelt unter gleichen Erstarrungsbedingungen grau fallen würde, gerade soweit stabilisiert werden, daß es durch die oben beschriebene Schnelltemperbehandlung aus dem beim Rohguß auftretenden strukturellen Aufbau: meliert bis weiß mit rundlichen Temperkohleknoten (Sphärolithen)

a) auf perlitische,

b) auf ferritische

Grundmasse gebracht werden kann.

3) Ein nur mit Magnesium bzw. Magnesium-Legierungen in einer großen Pfanne vorbehandeltes Einheitseisen kann nach dem Abguß in kleinere, z.B. Scheerpfannen, durch entsprechende Zusätze von graphitisierenden Impfstoffen jeder beliebigen Wandstärke bzw. Abkühlgeschwindigkeit angepaßt werden.

4) Im Vergleich mit einem ohne Graphitausscheidungen weiß erstarrten Temperrohguß wird durch das Auftreten von Graphit (Kugel- bzw. Sphärolithengraphit) im Rohguß die Schwindung verringert, so daß Anschnitte, Steiger und Saugmasseln kleiner gehalten werden können.

5) Gegenüber stark untereutektischem Temperrohguß mit höheren Schmelzpunkten können naheutektische Legierungen mit besseren Gießeigenschaften, geringerer Schwindung, Lunker- und Rißneigung gewählt werden.

6) Der vorstehend beschriebene Schnelltemperguß mit niedrigerem Schmelzpunkt und besseren Gießeigenschaften gestattet auch die Herstellung des Temperrohgusses in Kokillen.

7) Die dem vorliegenden Verfahren zugrunde liegenden Beziehungen sind sinngemäß für die Herstellung von Schalenhartguß, Vollhartguß und Walzenguß anzuwenden, um dort die hier aufgezeigten Vorteile zu erreichen. Beispielsweise isst es möglich, bei Walzenguß, insbesondere Walzenverbundguß, die Härte in den Randzonen zu stabilisieren, das Kernmaterial dagegen zäh und mechanisch hochfest zu machen.

8) Die stabilisierende Wirkung geeigneter Magnesium-Zusätze kann auch mit größtem Vorteil bei der plastischen Verformung von Gußeisen durch Walzen, Schmieden und Pressen ausgenutzt werden. Bisher gelang es bei unlegiertem Gußeisen im allgemeinen nur, Ausgangsblöcke von 100 bis 120 mm Seitenlänge zu verwenden, da in diesem Vorblockmaterial primärer Graphit in lamellarer Form ausgeschieden sein durfte. Gemäß vorliegender Erfindung kann man aber auch Vorblöcke für die plastische Verformung von Gußeisen herstellen mit Seitenlängen bis rund 200 mm oder sogar noch darüber. Selbst wenn diese Vorblöcke (Ausgangsblöcke) aus einem Eisen gemäß vorliegender Erfindung bei dicken Wandstärken absichtlich oder unbeabsichtigt bereits einen Teil des Kohlenstoffs in Form von elementarem Kohlenstoff enthalten, so ist die Anwesenheit dieses elementaren Kohlenstoffs nicht schädlich für eine technisch erfolgreiche plastische Weiterbehandlung des Gußeisens, da er eben in kugelförmiger Ausbildung vorliegt und erst bei sehr hohen Streckgraden zeilenförmig ausgerichtet wird.

Claims (7)

1) Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Grauguß bzw. Schnelltemperguß mit kugelförmiger Graphitausbildung, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf grau bis meliert gattiertes Gußeisen durch Magnesiumzusätze zum flüssigen Eisen soweit stabilisiert wird, daß es meliert bis weiß anfällt und durch bekannte kurzzeitige Glühverfahren je nach Bedarf in ein vorwiegend perlitisches oder vorwiegend ferritisches Endprodukt überführt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zugabe graphitisierend wirkender Impfstoffe die Zerfallsneigung<Nicht lesbar>

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Höhe des Mangan-Gehaltes im Rohguß die Treffsicherheit der angestrebten Gefügearten (Perlit, Sorbit, Ferrit) erhöht wird.

4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige mit Magnesium vorbehandelte Eisen einer Gießpfanne nach dem Teilabguß in kleinere Pfannen mit Impfstoffen derart nachbehandelt wird, daß das angestrebte Gefüge in Abhängigkeit von der Wanddicke bzw. der Abkühlungsgeschwindigkeit erhalten wird.

5) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem <Nicht lesbar> Schwefel-Gehalt etwa 0,02 bis 0,05% übersteigt, die normalerweise 0,1 bis 0,4% betragenden Magnesium-Zusätze um etwa 0,1 bis 0,02% Magnesium für je 0,01% <Nicht lesbar> Schwefelgehaltes erhöht werden.

6) Die Anwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf meliert bis weiß behandelten Eisens als Ausgangswerkstoff für <Nicht lesbar> , die durch Walzen, Schmieden oder Pressen verformt wurden.

7) Die Anwendung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf Hart- und Walzenguß.