EP0162194A1 - Impflegierung zur Herstellung von sphärolithischem Gusseisen - Google Patents

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EP0162194A1
EP0162194A1 EP85101529A EP85101529A EP0162194A1 EP 0162194 A1 EP0162194 A1 EP 0162194A1 EP 85101529 A EP85101529 A EP 85101529A EP 85101529 A EP85101529 A EP 85101529A EP 0162194 A1 EP0162194 A1 EP 0162194A1
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EP
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alloy
inoculation
cast iron
base alloy
inoculating
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Withdrawn
Application number
EP85101529A
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English (en)
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Inventor
Hans Dr.-Ing. Heyer
Karl Dr.-Ing. Ableidinger
Dieter Dr.-Ing. Rabus
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Ingenieurbuero Dr-Ingkarl Ableidinger Dr-Inghans Heyer
Original Assignee
Ingenieurbuero Dr-Ingkarl Ableidinger Dr-Inghans Heyer
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C21C1/105—Nodularising additive agents

Definitions

  • the invention relates to a seed alloy for the production of spherulitic cast iron, - from an Fe-Si base alloy with additions of at least one metal from the rare earth group, from at least one element from the alkaline earth group, from Bi and A1.
  • Spherolithic cast irons are usually made from a near eutectic alloy.
  • the aim is to form the largest possible number of spherulites per unit area, because the properties of cast iron, in particular its ductility, are improved with an increasing number of spherulites.
  • the inoculant is e.g. melt in a ladle before pouring into e.g. granular shape.
  • a known inoculation alloy of the type described at the beginning (DE-OS 32 29 153) is added in amounts of up to 1.3 percent by weight to the melt.
  • the more seed alloy is added the greater the number of spherulites formed in the cast iron.
  • white radiation which is based on the formation of Fe 3 G
  • a special form vaccination is therefore also used, ie. one places inoculation stones from the inoculation alloy in certain places of the form.
  • the object of the invention is to provide a vaccine alloy of the type described at the outset, which results in a self-feeding Behavior of the solidifying melt and makes the use of a special mold vaccination unnecessary.
  • the inoculation alloy contains C beyond the solution equilibrium of the Fe-Si base alloy and is accordingly free of metal oxides.
  • the nucleation in the melt and thus the number of spherulites formed can be controlled much better when using an inoculation alloy according to the invention.
  • This also provides the prerequisites for achieving a self-feeding behavior of the cooling melt by adding a certain amount of the inoculant.
  • the specific effect of the carbon of the seed alloy is not known in detail. However, it is believed that the carbon in the inoculant on the one hand and in the melt on the other hand helps to suppress oxygen activity.
  • the affinity of the relatively high C content in the production of the inoculation alloy leads to deoxidation, which limits the oxygen activity of the inoculation alloy before the alloying of the microalloys, so that these are retained as metals and with their activity a reproducible and targeted vaccination treatment during the Solidification can be brought up in response to the oxygen escaping from the solidification fronts.
  • the activity of the combination of microalloys forms a reproducible number of germs that contribute to a high number of spherulites the solidification of a cast iron melt in sand and mold shapes and lead to a self-feeding characteristic of the liquid, near-eutectic cast iron during the solidification.
  • the cast iron melt can be completely inoculated before the pouring, without the need for subsequent vaccination during the pouring or pouring in the form of a mold vaccination.
  • a method for producing the inoculation alloy in which the base alloy is first melted and the additives are added shortly before or during the cooling phase, which is characterized in that the base alloy C is added in an amount which suppresses the oxygen activity of the base alloy.
  • the base alloy C is added in an amount which suppresses the oxygen activity of the base alloy.
  • the inoculating alloy can contain up to 5 percent by weight, preferably 3 percent by weight, of carbon.
  • the following directional analysis is proposed for an inoculant for pearlitic GuB quality.
  • the rest Fe is first a base alloy of Si and Fe melted at a temperature of 1400 degrees Celsius. C is added to the base alloy in an amount that on the one hand lowers the oxygen activity of the base alloy and on the other hand leads to a C content of approx. 3.0 percent by weight in the finished inoculation alloy. Shortly before the cooling phase, the additives Ca, Al, Ce, Bi are added to the base melt. The inoculation alloy is brought into granular form.
  • This inoculant is used to produce a ductile GuBei - Spherolithic casting quality from a eutectic alloy in an amount of 0.3 percent by weight of the Mg-pretreated melt contained in a pouring pan was added shortly before the casting.
  • the melt shows a self-feeding behavior when it cools down.
  • Test results are summarized under a), in which the percentage content of various additives was varied. Under b) the test results with the respective opti paint vaccine alloys specified. The test results with the vaccine alloy D from DE-OS 32 29 153 are reproduced under c). The better results are attributed, among other things, to the relatively higher Ca content.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine impflegierung zur Behandlung von sphärolithischem Gußeisen, - aus einer Fe-Si-Basislegierung mit Zusätzen von mindestens einem Metall der Gruppe seltener Erden, von mindestens einem Metall der Gruppe Erd-alkali, von Bi und Al. Um ein selbstspeisendes Verhalten der mit der Impflegierung behandelten Schmelze unter Verzicht auf eine spezielle Formimpfung zu erreichen, soll die Impflegierung über das Lösungsgleichgewicht der Fe- Si-Ba-sislegierung hinaus Kohlenstoff enthalten und im wesentlichen metalloxidfrei sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Impflegierung zur Herstellung von sphärolithischem Gußeisen, - aus einer Fe-Si-Basislegierung mit Zusätzen von mindestens einem Metall der Gruppe seltener Erden, von mindestens einem Element der Gruppe Erd-alkali, von Bi und A1.
  • Sphärolithische Gußeisen werden in der Regel aus einer naheutektischen Legierung hergestellt. Angestrebt wird die Bildung einer möglichst großen Zahl von Sphärolithen pro Flächeneinheit, weil mit steigender Zahl von Sphärolithen die Eigenschaften des Gußeisens, insbesondere seine Duktilität, verbessert werden. Die Impflegierung wird der z.B. in einem Gießpfännchen befindlichen Schmelze vor dem Abgießen in z.B. körniger Form.zugegeben.
  • Eine bekannte Impflegierung der eingangs beschriebenen Gattung (DE-OS 32 29 153) wird in Mengen von bis zu 1,3 Gewichtsprozent der Schmelze zugegeben. Je mehr Impflegierung zugegeben wird, desto größer ist die Zahl der im Gußeisen gebildeten Sphärolithen. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, daß selbst unter im wesentlichen gleichen Verhältnissen die Zahl der Sphärolithen in einem relativ großen Bereich schwanken kann. Um sicherzugehen, daß insbesondere in dünnwandigen Bereichen des Gußstückes keine sogenannte Weißeinstrahlung entsteht, die auf der Bildung von Fe3G beruht, setzt man deshalb zusätzlich eine spezielle Formimpfung ein, d.h.. man legt an bestimmte Stellen der Form Impfsteine aus der Impflegierung ein. Im Zusammenhang mit der schwankenden Zahl der gebildeten Sphärolithe steht auch ein anderes Problem, nämlich die unterschiedliche Schrumpfung der erstarrenden Schmelze, weil die metallische Schrumpfung jeweils in Abhängigkeit vom Volumen der gebildeten Spherolithe durch die Expansion des Graphits ausgeglichen wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Impflegierung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die zu einem selbstspeisenden Verhalten der erstarrenden Schmelze führt und den Einsatz einer speziellen Formimpfung überflüssig macht.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Impflegierung über das Lösungsgleichgewicht der Fe-Si-Basislegierung hinaus C enthält und entsprechend metalloxidfrei ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Impflegierung die Keimbildung in der Schmelze und damit die Zahl der entstehenden Sphärolithe wesentlich besser beherrscht werden können. Damit sind auch die Voraussetzungen gegeben, durch Zusatz einer bestimmten Menge der Impflegierung ein selbstspeisendes Verhalten der abkühlenden Schmelze zu erreichen. Außerdem kann auf spezielle Formimpfung verzichtet werden. Die spezifische Wirkung des Kohlenstoffs der Impflegierung ist im einzelnen nicht bekannt. Man geht jedoch davon aus, daß der Kohlenstoff einerseits in der Impflegierung und andererseits in der Schmelze zur Unterdrückung der Sauerstoffaktivität beiträgt..
  • Eine Kombination der Elemente Ca, CeM und Bi als Mikrolegierungen, die durch ihre Aktivität infolge ihrer hohen Affinität zum Sauerstoff und anderen Elementen eine besonders hohe Keimbildungsbereitschaft hat, führt beim Vorliegen einer Rest-Sauerstoffaktivität in einer Mg-behandelten Gußeisenschmelze zur Vermeidung der Unterkühlung während der Erstarrung und damit zur Vermeidung der Erstarrung im metastabilen System der Eisen-Legierung auch bei hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten bzw. in dünnen Querschnitten (Vermeidung der Karbidbildung, Weißeinstrahlung etc.). Des weiteren führt die Affinität des relativ hohen C-Gehaltes bei der Erzeugung der Impflegierung zu einer Desoxydation, die die Sauerstoffaktivität der Impflegierung vor dem Zulegieren der Mikrolegierungen begrenzt, so daß diese als Metalle erhalten bleiben und mit ihrer Aktivität eine reproduzierbare und gezielte Impfbehandlung während der Erstarrung in Reaktion mit dem an den Erstarrungsfronten ausseigernden Sauerstoff erzieht werden kann. Die Aktivität der Kombination der Mikrolegierungen bildet eine reproduzierbare Anzahl von Keimen, die zu einer-hohen Anzahl an Sphärolithen bei der Erstarrung einer Gußeisenschmelze in Sand-und Kokillenformen und zu einer selbstspeisenden Charakteristik des flüssigen, naheutektischen Gußeisens während der Erstarrung führen. Die Gußeisenschmelze kann vor dem Vergießen vollständig geimpft werden, ohne daß eine Nachimpfung während des Umgießens oder Vergießens in Form einer Formimpfung erfolgen muß.
  • Durch die selbstspeisende Charakteristik des Gußeisens ist es nurmehr notwendig, die liquide Schrumpfung im Temperaturbereich oberhalb Liquidustemperatur durch eine Nachspeisung auszugleichen. Im Temperaturbereich zwischen Liquidus- und Solidustemperatur ist durch die gezielte Keimbildungsbereitschaft der Schmelze, die optimale Graphitausscheidung und die damit verbundene hohe Anzahl von Sphärolithen und deren Expansion während der Erstarrung eine Nachspeisung nicht erforderlich. Das bedeutet ein wesentlich höheres Ausbringen als Verhältnis vergossenes Flüssigeisen zu gutem Guß sowie geringere Form- und Putzarbeiten. Nicht zuletzt führt die dichte Erstarrungsstruktur zu besseren mechanisch-technologischen Eigenschaften und damit zu einer höheren Konstruktionssicherheit.
  • In diesem Zusammenhang wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen der Impflegierung vorgeschlagen, wobei zunächst die Basislegierung erschmolzen und kurz vor oder während der Abkühlungsphase die Zusätze beigegeben werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Basislegierung C in einer die Sauerstoffaktivität der Basislegierung unterdrückenden Menge zugegeben wird. Wenn Kohlenstoff bereits der Basislegierung zugegeben wird, dann stellt sich in der Schmelzphase der Basislegierung eine Gleichgewichtsreaktion Si-C-0 ein, die hauptsäch- lich zur Bildung/CO führt, welches als Gasphase entweicht. Die später zugegebenen Zusätze, insbesondere diejenigen, die eine große Sauerstoffaktivität aufweisen, können dann in der abkühlenden Basisschmelze keine Metalloxide bilden und liegen in der fertigen Impflegierung in metallischer Form vor. Die metallische Form der Zusätze bleibt auch erhalten, wenn die Impflegierung in die Schmelze gegeben wird, weil der Kohlenstoff- überschuß die Sauerstoffaktivität der Schmelze zumindest reduziert oder ganz unterdrückt.
  • Die Impflegierung kann bis zu 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 3 Gewichtsprozent, Kohlenstoff enthalten. Bei einer Impflegierung für perlitische GuBqualität wird die folgende Richtanalyse vorgeschlagen.
    Figure imgb0001
  • Bei einer Impflegierung für ferritische GuBqualität wird die folgende Richtanalyse vorgeschlagen:
    Figure imgb0002
  • Im folgenden wird ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung beschrieben:
  • Zur Herstellung einer Impflegierung der Richtanalyse Ca = 2,5 Gewichtsprozent, Al= 0,5 Gewichtsprozent, CeM = 1,0 Gewichtsprozent, Bi = 2,0 Gewichtsprozent, C = 3,0 Gewichtsprozent, Si = 75 Gewichtsprozent, Rest Fe wird zunächst eine Basislegierung aus Si und Fe bei einer Temperatur von 1400 Grad Celsius erschmolzen. Der Basislegierung wird C in einer Menge beigegeben, die einerseits die Sauerstoffaktivität der Basislegierung senkt und andererseits zu einem C-Gehalt von ca. 3,0 Gewichtsprozent in der fertigen Impflegierung führt. Kurz vor der Abkühlungsphase werden die Zusätze Ca, Al, Ce, Bi der Basisschmelze zugegeben. Die Impflegierung wird in körnige Form gebracht.
  • Diese Impflegierung wird zur Herstellung eines duktilen GuBei - senssphärolithischer Gußqualität aus einer eutektischen Legierung in einer Menge von 0,3 Gewichtsprozent der in einem Gießpfännchen befindlichen Mg-vorbehandelten Schmelze kurz vor dem Abguß zugegeben. Bei der Abkühlung zeigt die Schmelze ein selbstspeisendes Verhalten. Die folgenden Tabellen geben die Ergebnisse von Vergleichsversuchen wieder; Tabelle I Versuchsergebnisse mit einer Impflegierung für ferritisches duktiles Gußeisen und Tabelle II mit einer Impflegierung für perlitisches Gußeisen:
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
  • Unter a) sind jeweils Versuchsergebnisse zusammengefaßt, bei denen der prozentuale Gehalt verschiedener Zusätze variiert wurde. Unter b) sind die Versuchsergebnisse mit den jeweils optimalen Impflegierungen angegeben. Unter c) sind die Versuchsergebnisse mit der Impflegierung D aus der DE-OS 32 29 153 wiedergegeben. Die demgegenüber besseren Ergebnisse werden u.a. auf den relativ höheren Ca-Gehalt zurückgeführt.

Claims (6)

1. Impflegierung zur Herstellung von sphärolithischem Gußeisen, - aus einer Fe-Si-Basislegierung mit Zusätzen von mindestens einem Metall der Gruppe seltener Erden, von mindestens einem Element aus der Gruppe Erdalkali,von Bi und Al,dadurch gekennzeichnet , daß die Impflegierung über das Lösungsgleichgewicht der Fe-Si-Basislegierung hinaus C enthält und entsprechend metalloxidfrei ist.
2. Impflegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie bis zu 5 Gewichtsprozent C enthält.
3. Impflegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie 3 Gewichtsprozent C enthält.
4. Impflegierung nach einem der Ansprüche 1 - 3 für perlitische Gußqualität, gekennzeichnet durch die Richtanalyse
Figure imgb0005
Figure imgb0006
5. Impflegierung nach einem der Ansprüche 1 - 3 für ferritische Gußqualität, gekennzeichnet durch die Richtanalyse
Figure imgb0007
6. Verfahren zum Herstellen einer Impflegierung nach einem der An. sprüche 1 - 5, wobei zunächst die Basislegierung erschmolzen und kurz vor oder während der Abkühlungsphase die Zusätze beigegeben werden, dadurch gekennzeichnet , daß der Basislegierung C in einer die Sauerstoffaktivität der Basislegierung unterdrückenden Menge zugegeben wird.
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Inventor name: RABUS, DIETER, DR.-ING.

Inventor name: HEYER, HANS, DR.-ING.