EP0018445A1 - Verfahren zur Herstellung von Gussstücken aus Gusseisen mit Kugelgraphit - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite

Definitions

  • the invention relates to a spheroidal graphite cast iron produced by a corresponding heat treatment and cooling and having an austenitic-bainitic mixed structure and a process for the production thereof.
  • a spheroidal graphite cast iron with such basic structures and their mechanical properties is, apart from the usual areas of application, also suitable as a construction material for areas in which, until now, only tempered steels have been used, e.g. Crankshafts for motor vehicle engines, segment shafts and pistons for hydraulic steering systems, kingpins for truck fifth wheel couplings, cardan shaft heads for motor vehicle cardan shafts, coupling bodies for trailer couplings.
  • spheroidal graphite cast iron grades with a bainitic structure have long been known and used as high-strength and wear-resistant materials.
  • the castings are generally heated to an austenitizing temperature of 920 to 950 ° C. during manufacture and held there for 2 to 5 hours until the matrix has reached an approximately uniform carbon content and any leather burit present has been dissolved after casting.
  • the castings are then cooled so quickly that premature austenite conversion to pearlite is avoided before the isothermal bainite transition temperature is reached.
  • the casting is kept at this temperature until the bainite reaction has ended. Thereafter, as usual, the mixture is cooled to room temperature (Foundry 65 (1978) No. 4, pages 73 to 80).
  • From DE-OS 23 34 992 is also a weakly alloyed cast iron with spheroidal graphite with the conventional amounts of carbon, silicon, phosphorus, sulfur and magnesium and a molybdenum addition of 0.10 to 0.26% and a manganese addition of 0.3 to 1.4% known.
  • the resulting casting is heated to an austenitizing temperature of 900 ° C and after a holding time cooled for two hours in a bath of 300 ° C in 10 minutes to 4 hours.
  • an austenitic-bainitic structure can be set which has a tensile strength of 1100 N / mm 2 , an elongation at break of 10% and a hardness of 270 to 300 HB.
  • the solution to this problem consists in a spheroidal graphite cast iron which, according to the invention, in addition to the usual amounts of carbon, silicon, phosphorus, sulfur and magnesium as an additive, also> 0 to ⁇ 0.3%, but preferably 0.01 to 0.25%, Contains manganese.
  • This cast iron with spheroidal graphite is suitable for producing an austenitic-bainitic structure, wherein according to the invention the casting to an austenitizing temperature 800-860 ° C, preferably 820-830 o C, heated at this temperature for 10 to 60 minutes, preferably 10 to 25 minutes , and is then rapidly cooled to a temperature of 350 to 400 ° C, preferably 375 ° C, in less than 2 minutes and held at this temperature for about 5 to 60 minutes, preferably 20 to 25 minutes. It is then cooled to room temperature.
  • an austenitizing temperature 800-860 ° C, preferably 820-830 o C heated at this temperature for 10 to 60 minutes, preferably 10 to 25 minutes , and is then rapidly cooled to a temperature of 350 to 400 ° C, preferably 375 ° C, in less than 2 minutes and held at this temperature for about 5 to 60 minutes, preferably 20 to 25 minutes. It is then cooled to room temperature.
  • the spheroidal graphite cast iron can also be used individually or in groups of> 0 to 3% nickel, 0.2 to 0.8%, preferably 0.25 to 0.4% molybdenum and 0.1 to 1.5%, preferably 0.4 up to 0.6%, copper included.
  • the carbon content is 2.5 to 3.7%, preferably 3.0 to 3.2% and the silicon content is 2.0 to 3.0%, preferably 2.2 to 2.6%.
  • the drawing shows the photographic representation of a micrograph of the cast iron type according to the invention with spheroidal graphite with a bainitic-austenitic structure with embedded spherolites, the dark needles representing bainite and the light structural components austenite.

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Abstract

Durch entsprechende Wärmebehandlung und Abkühlung hergestellte Gußeisen mit Kugelgraphit mit austenitischbainitischem Mischgefüge weist für eine Anwendung günstige Werkstoffwerte auf.
Zur Verringerung des Aufwandes bei der Herstellung ist vorgesehen, dem Gußeisen mit Kugelgraphit neben den üblichen Mengen an Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Schwefel und Magnesium noch > 0 - 0,3 % Mangan zuzusetzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein durch eine entsprechende Wärmebehandlung und Abkühlung hergestelltes Gußeisen mit Kugelgraphit mit austenitisch-bainitischem Mischgefüge und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Ein Gußeisen mit Kugelgraphit mit solchen Grundgefügen und deren mechanische Eigenschaften ist, abgesehen von den üblichen Anwendungsbereichen, auch als Konstruktionswerkstoff für Bereiche geeignet, in denen bisher ausschließlich Vergütungsstähle eingesetzt wurden, wie z.B. Kurbelwellen für Kraftfahrzeugmotoren, Segmentwellen und Kolben für Hydrolenkungen, Zugsattelzapfen für LKW-Sattelkupplungen, Gelenkwellenköpfe für Kraftfahrzeug-Gelenkwellen, Kupplungskörper für Anhängerkupplungen.
  • Unter den Gußeisen mit Kugelgraphit sind Sorten mit bainitischem Gefüge seit langem als hochfeste und verschleißbeständige Werkstoffe bekannt und im Einsatz. Dabei werden die Gußstücke bei der Herstellung im allgemeinen auf Austenitisierungstemperatur von 920 bis 950°C erhitzt und dort 2 bis 5 Stunden gehalten, bis die Matrix einen etwa gleichmäßigen Kohlenstoffgehalt angenommen hat und eventuell nach dem Gießen vorhandener Ledeburit aufgelöst ist.
  • Nach dem Austenitisieren werden die Gußstücke dann so rasch abgekühlt, daß eine vorzeitige Austenitumwandlung zu Perlit vor Erreichen der isothermen Bainit-Umwandlungstemperatur vermieden wird. Auf dieser Temperatur wird das Gußstück solange gehalten, bis die Bainitreaktion abgelaufen ist. Danach wird - wie üblich - auf Raumtemperatur abgekühlt (Gießerei 65 (1978) Nr. 4, Seiten 73 bis 80).
  • Bekannt ist ferner Gußeisen mit Kugelgraphit mit bainitischem Gefüge, bei dem von einem legierten Gußeisen ausgegangen wird und direkt im Zusammenhang mit dem dem Gießprozeß anschließenden Abkühlungsvorgang eine Bainitreaktion durch auf die Wandstärke des Gußstücks abgestellten Gehalt an Nickel, Molybdän, Kupfer, eventuell auch Chrom und Mangan erzeugt wird (DE-OS 18 08 515).
  • Aus der DE-OS 23 34 992 ist ferner ein schwach legiertes Gußeisen mit Kugelgraphit mit den herkömmlichen Mengen an Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Schwefel und Magnesium und einem Molybdänzusatz von 0,10 bis 0,26 % sowie einem Manganzusatz von 0,3 bis 1,4 % bekannt. Das daraus bestehende Gußstück wird auf eine Austenitisierungstemperatur von 900°C erwärmt und nach einer Haltezeit von zwei Stunden Dauer in einem Bad von 300°C in 10 Minuten bis 4 Stunden abgekühlt. Infolge dieser Maßnahmen läßt sich ein austenitisch-bainitisches Gefüge einstellen, das eine Zugfestigkeit von 1100 N/mm2, eine Bruchdehnung von 10 % und eine Härte von 270 bis 300 HB aufweist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung eines Gußeisens mit Kugelgraphit mit einem austenitisch-bainitischem Mischgefüge zu verbessern, ohne die für die Anwendung günstigen Werkstoffwerte zu beeinträchtigen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Gußeisen mit Kugelgraphit, das erfindungsgemäß neben den üblichen Mengen an Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Schwefel und Magnesium als Zusatz noch > 0 bis <0,3 %, vorzugsweise jedoch 0,01 bis 0,25 %, Mangan enthält.
  • Dieses Gußeisen mit Kugelgraphit eignet sich zur Herstellung eines austenitisch-bainitischen Gefüges, wobei erfindungsgemäß das Gußstück auf eine Austenitisierungstemperatur von 800 bis 860°C, vorzugsweise 820 bis 830oC, erhitzt und auf dieser Temperatur 10 bis 60 Minuten, vorzugsweise 10 bis 25 Minuten, gehalten wird und dann rasch in weniger als 2 Minuten auf eine Temperatur von 350 bis 400°C, vorzugsweise 375°C, abgekühlt und auf dieser Temperatur etwa 5 bis 60 Minuten, vorzugsweise 20 bis 25 Minuten, gehalten wird. Anschließend erfolgt die Abkühlung auf Raumtemperatur.
  • Das Gußeisen mit Kugelgraphit kann noch einzeln oder zu mehreren >0 bis 3 % Nickel, 0,2 bis 0,8 %, vorzugsweise 0,25 bis 0,4 % Molybdän und 0,1 bis 1,5 %, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 %, Kupfer enthalten.
  • Der Kohlenstoffgehalt beträgt 2,5 bis 3,7 %, vorzugsweise 3,0 bis 3,2 % und der Siliziumgehalt 2,0 bis 3,0 %, vorzugsweise 2,2 bis 2,6 %.
  • Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist darin zu sehen, daß gegenüber dem Stand der Technik ein erheblich geringerer Aufwand für die Wärmebehandlung erforderlich ist, ohne daß dadurch die guten Werkstoffkennwerte der ein austenitisch-bainitisches Gefüge aufweisenden Gußeisen mit Kugelgraphit beeinträchtigt werden.
  • Die Zeichnung zeigt die photographische Darstellung eines Schliffbildes der erfindungsgemäßen Gußeisensorte mit Kugelgraphit mit bainitisch-austenitischem Gefüge mit eingelagerten Sphäroliten, wobei die dunklen Nadeln Bainit und die hellen Gefügebestandteile Austenit darstellen.

Claims (5)

1. Gußeisen mit Kugelgraphit mit austenitisch-bainitischem Mischgefüge, gekennzeichnet durch einen Mangangehalt von > 0 bis < 0,3 %, vorzugsweise 0,01 bis 0,25 %.
2. Gußeisen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Zusätze von > 0 bis 3 % Nickel, 0,2 bis 0,8 %, vorzugsweise 0,25 bis 0,4 % Molybdän und 0,1 bis 1,5 %, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 %, Kupfer.
3. Gußeisen nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch einen Siliziumgehalt von 2,0 bis 3, 0 %, vorzugsweise 2,2 bis 2,6 %.
4. Gußeisen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Kohlenstoffgehalt von 2,5 bis 3,7 %, vorzugsweise 3,0 bis 3,2 %.
5. Verfahren zur Herstellung des Gußeisens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine 10 bis 60 Minuten, vorzugsweise 10 bis 25 Minuten, dauernde austenitische Wärmebehandlung bei Temperaturen von 800 bis 860°C, vorzugsweise 820 bis 830°C, sowie einer anschließenden raschen weniger als 2 Minuten dauernden Abkühlung auf eine Temperatur von 350 bis 400°C, vorzugsweise etwa 375°C, auf der das Gußstück etwa 5 bis 60 Minuten, vorzugsweise 20 bis 25 Minuten, gehalten wird.
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