EP0029539A1 - Verfahren zur Herstellung von Chromgusseisen und daraus hergestellte Gussteile - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Chromgusseisen und daraus hergestellte Gussteile Download PDF

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EP0029539A1
EP0029539A1 EP80106898A EP80106898A EP0029539A1 EP 0029539 A1 EP0029539 A1 EP 0029539A1 EP 80106898 A EP80106898 A EP 80106898A EP 80106898 A EP80106898 A EP 80106898A EP 0029539 A1 EP0029539 A1 EP 0029539A1
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Ivo Henych
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Georg Fischer AG
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Georg Fischer AG
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C21D5/04—Heat treatments of cast-iron of white cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium

Definitions

  • the invention relates to cast parts with high impact strength and wear resistance made of white, at least predominantly austenitic chromium cast iron, which contains alloy components of 2.2 - 3.6% C, 8 - 30% Cr, O - 3% Mo, 0 - 6% Ni, O - 2% Mn, O - 3% Cu and O - 1.5% V.
  • the chemical analysis of the alloys mentioned in these sheets is usually within the following limits, with all percentages, as in the introduction, being percentages by weight:
  • the base consists of austenite and martensite with 10 to 50% pearlite.
  • the matrix Due to the presence of pearlite or secondary carbides, the matrix is brittle and the long-term impact strength and wear resistance are low.
  • the base material is converted into martensite by tempering and the properties are improved according to the application.
  • heat treated i.e. After hardening and single or multiple tempering and relaxation with the aim of reducing the residual austenite content, the hardness is increased and the permanent impact resistance is improved.
  • the latter is still only a fraction of that which e.g. is known from high manganese steel, and therefore the wear parts occasionally fail during operation.
  • the operational breaks of the wearing parts not only lead to a breakdown of the crusher, for example, but sometimes to damage to the machine itself.
  • such castings are characterized in that the structure is free of pearlite and secondary carbide precipitates.
  • the content of the casting mold which in this case is formed from a metallic permanent mold, is formed by suitable cooling after casting to give a predominantly austenitic or pearlite or secondary carbide-free structure.
  • the casting process takes place at a temperature of about 1400 ° C, the unpacking takes place at a temperature of over 900 ° C, predominantly above 1000 ° C, in any case above the AC3 temperature, which is called the ⁇ - ⁇ transition temperature.
  • the cooling rate must be controlled in such a way that no secondary carbide precipitations and thus destabilization of the austenite and no pearlite formation can take place.
  • the cross section of the cast parts can vary widely, so that the cooling rate also changes.
  • the ability to influence the cooling rate has certain limits (thermal conductivity, stress build-up, risk of cracking and others), so that it may be necessary to work with a lower cooling rate than would be necessary to prevent pearlite formation or secondary carbide deposits.
  • an alloy must be produced by changing the chemical composition, the time-temperature conversion curve of which allows a lower cooling rate without getting into the pearlite conversion range.
  • the castings can be relaxed afterwards up to temperatures which cannot cause any changes in the austenite, i.e. that there is no destabilization by secondary carbide precipitations, preferably at 200 - 300 ° C.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von vorwiegend austenitischem weissen Chromgusseisen mit 2,2 - 3,6 % C, 12 -30%Cr, 0-3%Mo und 0-3 % Ni, 0-2 % Mn, 0-3 % Cu sowie 0 - 1,5% V für prall- und schlagbeanspruchte Gusstükke zum Geissen in metallischen Dauerformen angegeben, wobei oberhalb der Ac3 Temeratur ausgepackt und genügend schnell abgekühlt wird, um die Perlitbildung sowie eine Sekundärkarbidausscheidung zu verhindern.

Description

  • Die Erfindung betrifft Gussteile mit hoher Schlagzähigkeit und Verschleissfestigkeit aus weissem, zumindest vorwiegend austenitischem Chromgusseisen, welches Legierungsbestandteile von 2,2 - 3,6% C, 8 - 30% Cr, O - 3% Mo, 0 - 6% Ni, O - 2% Mn, O - 3% Cu und O - 1,5% V aufweist.
  • Es ist bereits bekannt, Verschleissteile, welche hohem Abrieb-und Prallverschleiss ausgesetzt sind, aus Chromgusseisen herzustellen. Beispiele hierfür sind in der DIN 1695, BSI 4844 Part. 3, ASTM A532-a und anderen zu finden.
  • Die chemische Analyse der in diesen Blättern genannten Legierungen liegt in der Regel innerhalb folgender Grenzen, wobei alle Prozentangaben ebenso wie in der Einleitung Gewichtsprozente sind:
    Figure imgb0001
    Im Gusszustand besteht die Grundmasse aus Austenit und Martensit mit 10 bis 50 % Perlit. Die je nach der chemischen Analyse anwesenden eutektischen bzw. Primär-Karbide, welche in der Grundmasse eingebettet sind, bilden 18 bis 40 % des Gefüges.
  • Durch Anwesenheit des Perlits bzw. von Sekundärkarbiden ist die Grundmasse spröde und die Dauerschlagzähigkeit sowie die Verschleissfestigkeit gering. Durch Vergüten wird die Grundmasse in Martensit umgewandelt und die Eigenschaften dem Einsatz entsprechend verbessert. Im warmbehandelten Zustand, d.h. nach Härten und ein- oder mehrfachem Anlassen und Entspannen mit dem Ziel, den Restaustenitgehalt zu reduzieren, wird die Härte erhöht und die Dauerschlagfestigkeit verbessert. Letztere beträgt jedoch immer noch nur einen Bruchteil derjenigen, welche z.B. vom Manganhartstahl bekannt ist, und es kommt daher gelegentlich zum Versagen der Verschleissteile im Betrieb. Die Betriebsbrüche der Verschleissteile führen nicht nur zum Stillstand beispielsweise des Brechers, sondern manchmal zur Beschädigung der Maschine selbst.
  • Aus der Literatur und Laborversuchen (z.B. Kulmburg, Staska Werkstofftechnik 73/Nr. 1, S. 41-49, Diesburg, Borik - Symposium for the Mining Industry, Colorado 30.6.74, S. 15-41 usw.) ist bekannt, dass austenitische weisse Chromgusseisen bzw. kaltzähe Stähle gute Verschleisseigenschaften und hervorragende KIc (Bruchzähigkeit) Werte besitzen. Die Herstellung solcher Gefüge war jedoch bis jetzt nur durch Härtung aus Temperaturen über 1100 C möglich. Diese hohen Temperaturen sind aber mit durchschnittlichen Oefen im Betrieb nicht wirtschaftlich erreichbar.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen der eingangs genannten Art anzugeben, durch welches vorwiegend austenitisches Chromgusseisen bereits im Gusszustand eine Schlagzähigkeit und Verschleissfestigkeit erhält, welches für die Schlag- und Prallverschleiss ausgesetzten Teile beispielsweise eines Brechers ausreicht. Erfindungsgemäss sind derartige Gussteile dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge frei von Perlit und Sekundärkarbidausscheidungen ist.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kommt es darauf an, dass der Inhalt der Giessform, welche in diesem Fall aus einer metallischen Dauerform gebildet ist, durch ein geeignetes Abkühlen nach dem Giessen ein perlit-, bzw. sekundärkarbidfreies, vorwiegend austenitisches Gefüge entsteht.
  • Der Giessvorgang erfolgt hierzu bei einer Temperatur von etwa 1400° C, das Auspacken erfolgt bei einer Temperatur von über 900° C, vorwiegend über 1000° C, jedenfalls oberhalb der AC3 Temperatur, welche als α-δ Umwandlungstemperatur bezeichnet wird.
  • Die Abkühlungsgeschwindigkeit muss so gesteuert werden, dass keine Sekundärkarbidausscheidungen und dadurch Entstabilisierung des Austenits und keine Perlitausbildung stattfinden kann.
  • Der Querschnitt der Gussteile kann stark variieren, so dass sich die Abkühlgeschwindigkeit ebenfalls verändert. Die Beeinflussbarkeit der Abkühlgeschwindigkeit hat jedoch gewisse Grenzen (Wärmeleitfähigkeit, Spannungsaufbau, Rissgefahr und andere), so dass es erforderlich sein kann, mit einer kleineren Abkühlgeschwindigkeit zu arbeiten, als dies zur Verhinderung von Perlitbildung bzw. von Sekundärkarbidausscheidungen notwendig wäre. In diesem Fall muss durch Veränderung der chemischen Zusammensetzung eine Legierung erzeugt werden, deren Zeit-Temperaturumwandlungskurve eine kleinere Abkühlgeschwindigkeit zulässt, ohne dabei in den Perlitumwandlungsbereich zu kommen.
  • Die Abgüsse können nachträglich entspannt werden bis zu Temperaturen, welche noch keine Veränderungen des Austenits verursachen können, d.h. dass keine Entstabilisierung durch Sekundärkarbidausscheidungen stattfindet, vorzugsweise bei 200 - 300° C.
    • Beispiel 1
  • Legierung DIN G-X 300 CrMo 15 3 (15 % Cr, 3 % C, 2 % Mo) Giessen in eine metallische Dauerform. Sofort nach Erstarren bei einer Temperatur von 1000° C herausnehmen. Abkühlung: Luft oder bewegte Luft bis mindestens 200° C. Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen 1000 und 500° C 15° C/min. Eine Entspannung bei 250° C Luftabkühlung oder keine.
    • Beispiel 2
  • Legierung DIN G-X 260 Cr 27 (25 % Cr, 3 % C, 1 % Mo) Giessen in eine metallische Dauerform. Nach Erstarren bei einer Temperatur von ca. 1020 - 1050° C aus der Dauerform herausnehmen und kleinere Querschnitte an Luft (ca. 15° C/min.) und grössere Querschnitte gesteuert (ca. 8° C/min.) abkühlen. Eine Entspannung bei 250° C Luft oder Ofenabkühlung, oder keine.
  • Die Dauerschlagversuche haben gezeigt, dass die Verschleissteile, welche nach diesem Verfahren hergestellt worden sind, eine hervorragende Dauerschlagfestigkeit besitzen. Die Verschleissversuche mit Pin-test haben folgende Resultate gebracht:
    Figure imgb0002

Claims (11)

1. Gussteile mit hoher Schlagzähigkeit und Verschleissfestigkeit aus weissem, zumindest vorwiegend austenitischem Chromgusseisen, welches Legierungsbestandteile von 2,2 - 3,5% C, 8 - 30% Cr, O - 3% Mo, 0 - 6% Ni, O - 2% Mn, O - 3% Cu sowie O - 1,5% V aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge frei von Perlit und Sekundärkarbidausscheidungen ist.
2. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur beim Auspacken oberhalb Ac3 liegt, und dass die nachfolgende Abkühlgeschwindigkeit genügend gross ist, um die Bildung von Perlit und Sekundärkarbidausscheidungen zu verhindern.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen nach dem Auspacken an ruhender oder bewegter Luft mit einer Geschwindigkeit von 15° C pro Minute für kleinere und mit etwa 8 C pro Minute für grössere Querschnitte erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen nach dem Auspacken im Salzbad oder in Oel erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der Raumtemperatur bei einer Temperatur von 200° C - 300 C, jedenfalls unter der Sekundärkarbidausscheidungstemperatur entspannt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung der Legierung zur Anpassung an verschiedene Wandstärken der Gussteile varierbar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Variation der chemischen Zusammensetzung sowie durch Beeinflussung der Abkühlgeschwindigkeit der Martensitanteil gesteuert wird.
8. Gussteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile aus 2,4 - 3,4 % C, 0,4 - 0,9 % Si, 0,4 - 1,5 % Mn, 14 - 16 % Cr, 2 - 3 % Mo, O - 1 % V und 0 - 2 % Cu (Gewichtsprozent) bestehen.
9. Gussteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile aus 2,4 - 3,4 % C, 0,4 - 0,9 % Si, 0,4 - 1,5 % Mn, 14 - 16 % Cr, 0 - 1 % Mo,1 - 3 Ni, 0 - 1 % V und O - 2 % Cu (Gewichtsprozent) bestehen.
10. Gussteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile aus 2,4 - 3,4 % C, 0,4 - 0,9 % Si, 0,4 - 2 % Mn, 18 - 22 % Cr, 0,5 - 3,0 % Mo, 0 - 3 % Ni, O - 1% V, 0 - 2 % Cu (Gewichtsprozent) bestehen.
11.Gussteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile aus 2,4 - 3,4 % C, 0,4 - 0,9 % Si, 0,4 - 2 % Mn, 22 - 26 % Cr, O - 3,0 % Mo, O - 3 % Ni, 0 - 1 % V und O - 2 % Cu (Gewichtsprozent) bestehen.
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