EP0131091A2 - Hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoff mit einem austenitischen Grundgefüge - Google Patents
Hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoff mit einem austenitischen Grundgefüge Download PDFInfo
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C22C—ALLOYS
- C22C37/00—Cast-iron alloys
- C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite
Definitions
- the invention relates to a high-alloy iron-carbon casting material with an austenitic structure, the carbon of which is predominantly in the form of graphite.
- Such high-alloy iron-carbon cast materials are referred to as austenitic cast iron in accordance with DIN 1694, a distinction being made according to the type of graphite deposits between austenitic cast iron with lamellar graphite and austenitic cast iron with spheroidal graphite.
- austenitic cast iron with lamellar graphite the graphite precipitates are present in the cast iron as a coherent structure composed of finely divided branches and not embedded in the base material, while in the case of austenitic cast iron with spheroidal graphite, the graphite precipitates are present as individual balls which are not connected to one another.
- the basic austenitic structure of the material is achieved by adding alloying elements.
- the alloy additives used in each case influence the material properties of the finished casting, so that the type and quantity used are of considerable importance.
- the lower limit values for the nickel content are not fallen below, since otherwise the basic structure is no longer purely austenitic, whereby however, a too low nickel, manganese or nickel and copper content can lead to the occurrence of ferromagnetism, higher hardness and impaired machinability of the casting.
- the chromium content must be within certain limits, the strength, hardness, scale resistance and weldability of the casting being able to be improved with increasing chromium content, but the machinability of the casting with a lower chromium content is all the better is. It can be seen from this that the properties of the cast material can be changed considerably by the alloy additives which cause the austenitic structure, but in addition the alloy additives can also have a significant influence on the type of graphite precipitation.
- a disadvantage of the known austenitic cast iron grades is that, despite the different alloy additives, only certain strength ranges can be covered. For example, with an austenitic cast iron with lamellar graphite tensile strength of 140 to 170 N / mm2 and with an austenitic cast iron with K ugelgraphit tensile strength between 370 to 440 N / mm2 to reach, so that the castings, for example, the intermediate strength value of 250 N / mm 2 can only be represented with an austenitic cast iron with spheroidal graphite. Austentic cast iron with spheroidal graphite is extremely difficult to produce, since alloying additives can have a considerable influence on the formation of the graphite spheres.
- Another disadvantage of austenitic cast iron with nodular graphite is the defectiveness caused by throttles, blowholes, inclination and poor castability due to the high residual magnesium content, particularly in spheroidal graphite cast iron.
- the graphite is predominantly designed as a vermicular graphite precipitate.
- the intermediate strength ranges can be covered in an ideal manner, so that the achievable strength values are above the strength values of the austenitic cast iron with lamellar graphite, while the limits for austenitic cast iron with spheroidal graphite can be designed to overlap.
- the graphite precipitates are predominantly present as individual, not directly connected structures that are firmly anchored to the base material. They have an approximately worm-like, i.e. vermicular form in the austenitic structure.
- the desired strength ranges can be ideally represented by a residual magnesium content of 0.01 to 0.04% by weight in the casting material, which has the further advantage that, due to the low residual magnesium content, the material can be cast well.
- the high-alloy iron-carbon casting material according to the invention can thereby be produced according to the invention from a base iron melt, the basic structure of which is made austenitic by adding alloy additives be that a treatment additive made of pure magnesium is added to the base iron melt.
- a base iron melt the basic structure of which is made austenitic by adding alloy additives be that a treatment additive made of pure magnesium is added to the base iron melt.
- Another advantage of the pure magnesium treatment according to the invention is that the invention R estmagnesiumgehalte 0.01 to 0.04 wt .-% to simple Wrise showing the respective intermediate strength values by adding the pure magnesium treatment additive in an amount of 0.05 to 0.3 percent .-% is reached.
- the high-alloy iron-carbon casting material according to the invention from a base iron melt, the basic structure of which is made austenitic by adding alloy additives, by adding to the base iron melt a treatment additive made of a magnesium master alloy in such an amount that the high alloy casting material 0.01 to 0.04% by weight of residual magnesium is present.
- a treatment additive made of a magnesium master alloy in such an amount that the high alloy casting material 0.01 to 0.04% by weight of residual magnesium is present.
- 0.5 to 2.0% by weight of FeSiMg master alloy or 0.05 to 1.0% by weight of NiMg master alloy is preferably added to the base iron melt, which is particularly important with regard to the decay time of the melt and thus to the Avoiding the tipping over of the vermicular graphite formation into a lamellar structure has proven to be advantageous.
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Abstract
Es wird ein hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff mit einem austenitischem Grundgefüge, dessen Kohlenstoff Überwiegend aus Graphit vorliegt, vorgeschlagen, bei dem der Graphit zum überwiegenden Teil als vermiculare Graphitausscheidung ausgebildet ist und der bevorzugt einen Restmagnesiumgehalt von 0,01 bis 0,04 Gew.-% aufweist. Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes zeichnet sich dadurch aus, daß der Basiseisen-schmeize ein Behandlungszusatz aus Reinmagnesium zugegeben wird, wobei sogar schwefelreiche Basiseisenschmelzen verarbeitet werden können.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff mit einem austenitischen Grundgefüge, dessen Kohlenstoff überwiegend als Graphit vorliegt.
- Derartige hochlegierte Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffe werden nach DIN 1694 als austenitisches Gußeisen bezeichnet, wobei nach der Art der Graphitausscheidungen unterschieden wird zwischen austenitischem Gußeisen mit Lamellengraphit und austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit. Beim austenitischen Gußeisen mit Lamellengraphit liegen die Graphitausscheidungen im Gußeisen als zusammenhängendes und nicht in den Grundwerkstoff eingebettetes Gebilde aus feinverteilten Verästelungen vor, während beim austenitischen Gußeisen mit Kugelgraphit die Graphitausscheidungen als einzelne nicht miteinander in Verbindung stehende Kugeln vorliegen.
- Das austenitische Grundgefüge des Werkstoffes wird durch das Hinzufügen von Legierungselementen erreicht. Die jeweils verwendeten Legierungszusätze beeinflussen dabei die Werkstoffeigenschaften des fertigen Gußstücks, so daß diesen in Art und eingesetzter Menge erhebliche Bedeutung zukommt. So ist beispielsweise bei niedriglegierten Gußwerkstoffen zu beachten, daß die unteren Grenzwerte für den Nickelgehalt nicht unterschritten sind, da sonst das Grundgefüge nicht mehr rein austenitisch vorliegt, wobei allerdings ein zu niedriger Nickel-, Mangan- bzw. Nickel- und Kupfergehalt ein Auftreten von Ferromagnetismus, höhere Härte und beeinträchtigte Bearbeitbarkeit des Gußstückes zur Folge haben können. Weiterhin muß beispielsweise bei einem austenitischen Gußeisen beachtet werden, daß der Chromgehalt sich innerhalb bestimmter Grenzen bewegen muB, wobei mit steigendem Chromgehalt die Festigkeit, Härte, Zunderbeständigkeit und Schweißbarkeit des GuBstückes verbessert werden kann, jedoch die Bearbeitbarkeit des Gußstückes bei einem geringeren Chromgehalt um so besser ist. Hieraus ist zu ersehen, daß durch die das austenitische Grundgefüge hervorrufenden Legierungszusätze die Eigenschaften des Gußwerkstoffes in erheblicher Weise verändert werden können, darüber hinaus können aber auch die Legierungszusätze die Graphitausscheidungsart in erheblicher Weise beeinflussen.
- Als nachteilig bei den bekannten austenitischen Gußeisensorten ist anzusehen, daß trotz der verschiedenartigen Legierungszusätze nur bestimmte Festigkeitsbereiche abgedeckt werden können. So sind beispielsweise mit einem austenitischen Gußeisen mit Lamellengraphit Zugfestigkeitswerte von 140 bis 170 N/mm2 und mit austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit Zugfestigkeitswerte zwischen 370 bis 440 N/mm2 zu erreichen, so daß Gußstücke, die beispielsweise den Zwischenfestigkeitswert von 250 N/mm2 zu erfüllen haben, nur mit einer austenitischen Gußeisensorte mit Kugelgraphit dargestellt werden können. Austentisches Gußeisen mit Kugelgraphit ist aber außerordentlich schwierig herzustellen, da Legierungszusätze die Ausbildung der Graphitkugeln in erheblicher Weise beeinflussen können. Ein weiterer Nachteil des austenitischen Gußeisens mit Kugelgraphit ist die Fehlerhaftigkeit durch Dross, Lunker, RiBneigung und die schlechte Gießbarkeit, hervorgerufen durch die insbesondere bei austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit verhandenen hohen Magnesiumrestgehalte.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff herzustellen, der die Festigkeitsbereiche zwischen austenitischem Gußeisen mit Lamellengraphit und austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit abdecken kann und darüber hinaus auch noch gute Gießeigenschaften aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Graphit zum überwiegenden Teil als vermiculare Graphitausscheidung ausgebildet ist. Mit einem derartigen erfindungsgemäßen hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff können die Zwischenfestigkeitsbereiche in idealer Weise abgedeckt werden, so daß die erreichbaren Festigkeitswerte über den Festigkeitswerten des austenitischen Gußeisens mit Lamellengraphit liegen, während die Grenzen zu austenitischen Gußeisen mit Kugelgraphit überlappend gestaltet werden können. Die Graphitausscheidungen liegen überwiegend als einzelne, nicht direkt zusammenhängende Gebilde vor, die fest mit dem Grundwerkstoff verankert sind. Sie haben eine etwa würmchenartige, d.h. vermiculare Form im austenitischen Gefüge. Die angestrebten Festigkeitsbereiche lassen sich in idealer Weise durch einen Restmagnesiumgehalt von 0,01 bis 0,04 Gew.-% im Gußwerkstoff darstellen, womit der weitere Vorteil erzielt wird, daß aufgrund dieser geringen Magnesiumrestgehalte eine sehr gute Gießbarkeit des Werkstoffs erreicht wird.
- Der erfindungsgemäße hochlegierte Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff kann erfindungsgemäß aus einer Basiseisenschmelze, deren Grundgefüge durch Hinzufügen von Legierungszusätzen austenitisch ausgebildet wird, dadurch hergestellt werden, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus Reinmagnesium zugegeben wird. Hiermit ist der herausragende Vorteil verbunden, daß durch die erfindungsgemäße Reinmagnesiumbehandlung das austenitische Gußeisen mit Vermiculargraphit besonders treffsicher reproduzierbar und insbesondere gestuft nach den angestrebten Festigkeitswerten ohne Zugabe von weiteren Behandlungszusätzen herstellt werden kann. Hierbei sind Einflüsse auf die durch die Zugabe der Legierungszusätze angestrebten Werkstoffeigenschaften auszuschließen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Reinmagnesiumbehandlung besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Restmagnesiumgehalte von 0,01 bis 0,04 Gew.-% auf einfache Wrise zur Darstellung der jeweiligen Zwischenfestigkeitswerte durch Zugabe des Reinmagnesiumbehandlungszusatz in einer Menge von 0,05 bis 0,3 Gew.-% erreicht wird.
- Daneben ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff aus einer Basiseisenschmelze, deren Grundgefüge durch Hinzufügen vor Legierungszusätzen austenitisch ausgebildet wird, dadurch herzustellen, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus einer Magnesiumvorlegierung in einer derartigen Menge zugegeben wird, daß im hochlegierungen Gußwerkstoff 0,01 bis 0,04 Gew.-% Restmagnesium vorhanden ist. Hierbei wird bevorzugt der Basiseisenschmelze 0,5 bis 2,0 Gew.-% FeSiMg-Vorlegierung oder 0,05 bis 1,0 Gew.-% NiMg-Vorlegierung zugegeben, was sich insbesondere im Hinblick auf die Abklingdauer der Schmelze und somit auf die Vermeidung des Umkippens der vermicularen Graphitausbildung in ein lamellares Gefüge als vorteilhaft herausgestellt hat.
- Durch die erfindungsgemäße Herstellung des erfindungsgemäßen Gußwerkstoffs ist es in vorteilhafter Weise möglich, sogar schwefelreiche Basiseisenschmelzen treffsicher zu dem austenitischen Gußeisen mit vermicularer Graphitausbildung zu verarbeiten, so daß die hohen Anforderungen, die an die Basiseisenschmelzen von austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit insbesondere hinsichtlich Spurenelemente und Störelemente gestellt werden, weit verringert sind, was insbesondere im Hinblick auf eine großtechnische Verwendung und Anwendung einen erheblichen Kostenvorteil beinhaltet.
- Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Basiseisenschmelze vor der Zugabe des Behandlungszusatzes einer Vorentschwefelung unterzogen wird, wobei die Vorentschwefelung bevorzugt mittels Reinmagnesium erfolgt.
Claims (12)
1. Hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff mit einem austenitischen Grundgefüge, dessen Kohlenstoff überwiegend als Graphit vorliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit zum überwiegenden Teil als vermiculare Graphitausscheidung ausgebildet ist.
dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit zum überwiegenden Teil als vermiculare Graphitausscheidung ausgebildet ist.
2. Hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Restmagnesiumgehalt von 0,01 bis 0,04 Gew.-% .
3. Verfahren zur Herstellung eines hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 oder 2 aus einer Basiseisenschmelze, deren Grundgefüge durch Hinzufügen von Legierungszusätzen austenitisch ausgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus Reinmagnesium zugegeben wird.
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus Reinmagnesium zugegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine derartige Menge an Reinmagnesium der Basiseisenschmelze zugegeben wird, daß im hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff 0,01 bis 0,04 Gew.-% Restmagnesium vorhanden ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze 0,05 bis 0,3 Gew.-% Reinmagnesium zugegeben wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffs nach Anspruch 1 oder 2 aus einer Basiseisenschmelze, deren Grundgefüge durch Hinzufügen von Legierungszusätzen austenitisch ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus einer Magnesiumvorlegierung in einer derartigen Menge zugegeben wird, daß im hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff 0,01 bis 0,04 Gew.-% Restmagnesium vorhanden ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze 0,5 bis 2,0 Gew.-% FeSiMg-Vorlegierung zugegeben wird.
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze 0,5 bis 2,0 Gew.-% FeSiMg-Vorlegierung zugegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze 0,05 bis 1,0 Gew.-% NiMg-Vorlegierung zugegeben wird.
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze 0,05 bis 1,0 Gew.-% NiMg-Vorlegierung zugegeben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Basiseisenschmelze eine übliche Graugußeisenschmelze, z.B. eine schwefelreiche Kupolofeneisenschmelze, verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiseisenschmelze vor der Zugabe des Behandlungszusatzes vorentschwefelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorentschwefelung mittels Reinmagnesium erfolgt.
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorentschwefelung mittels Reinmagnesium erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Behandlungszusatz behandelte hochlegierte Basiseisenschmelze in einer mit Inertgas geschützten Warmhaltevorrichtung für den Gießvor- gang bereitgehalten wird.
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Inventor name: BEELE, GUENTER, DIPL.-ING. |