EP0175934A1 - Impflegierung auf Basis von Ferrosilicium oder Silicium und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
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- EP0175934A1 EP0175934A1 EP85110607A EP85110607A EP0175934A1 EP 0175934 A1 EP0175934 A1 EP 0175934A1 EP 85110607 A EP85110607 A EP 85110607A EP 85110607 A EP85110607 A EP 85110607A EP 0175934 A1 EP0175934 A1 EP 0175934A1
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C35/00—Master alloys for iron or steel
- C22C35/005—Master alloys for iron or steel based on iron, e.g. ferro-alloys
Definitions
- the present invention relates to an inoculation alloy based on ferrosilicon or silicon for the production of cast iron with lamellar, compact or spheroidal graphite and a method for the production thereof.
- cast iron contains carbon in an amount of approximately 2 to 4% as the main alloying element.
- B. Magnesium succeeds in converting the carbon into compact or spherical graphite. This graphite, which is available in various forms, has a very strong effect on the strength, toughness and thermal conductivity of cast iron. To improve these properties, it is known to additionally use inoculation alloys which act as nucleating agents.
- the freely excreted intermetallic compound Fe 3 C also referred to as carbide or cementite, is preferably formed, which has an increased disadvantageous effect on the properties of the cast iron.
- the actual vaccine-active substances such.
- B. Ca, Al, Mg, Zr or Ba are contained in most known seed alloys in ferrosilicon.
- the calcium content is 1 to 3% and the aluminum content 1 to 2%, since calcium and aluminum have a positive effect on the effect of the other elements.
- the invention has for its object to provide an inoculation alloy based on ferrosilicon or silicon for the production of cast iron with lamellar, compact or spheroidal graphite, which does not have the mentioned disadvantages of the known inoculation alloys or has them to a lesser extent.
- the inoculation alloy according to the invention effectively suppresses carbide excretion, although the aluminum and calcium content is very low. This was not foreseeable because it was previously assumed that aluminum and calcium had a positive effect on the elements of barium and zirconium.
- the content of barium and / or zirconium is preferably 0.4 to 1.5%. With a content of less than 0.1% of these elements, the effect of the alloy is very low strongly after, while above 10% no further improvement is detectable. It is essential for the invention that the contents of aluminum and calcium are as low as possible.
- the aluminum content is preferably below 1.0%, while the calcium content is preferably below 1.0%.
- the alloying constituents barium and / or zirconium do not necessarily have to be present in the alloy in metallic form, but they can also be partially present in non-metallic, for example oxidic, form without negative results being ascertained with regard to the nucleating effect.
- non-metallic barium and / or zirconium compounds introduced into the ferrosilicon or silicon melt are caused by the presence of metallic reducing agents such as e.g. B. calcium and aluminum is reduced, but the majority of these compounds will still be in non-metallic form in the alloy.
- all compounds of these elements are suitable as barium or zirconium compounds.
- Have oxygenated compounds of barium and zirconium have proven to be particularly advantageous, the carbonate, oxide, hydroxide or sulfate being used in particular.
- the amount of the compounds used depends solely on the desired barium and / or zirconium content in the alloy.
- a reducing agent is preferably used in addition to the barium or zirconium compound.
- the usual carbon-containing compounds such as calcium carbide or graphite are suitable as reducing agents, as are the metallic or metal-containing alkaline earth metal compounds such as calcium, magnesium, calcium silicon or ferrosilicon magnesium.
- the weight ratio of barium and / or zirconium compound to reducing agent depends on the desired metal content of barium or zirconium in the inoculation alloy to be produced. As a rule, the reducing agent is used in a stoichiometric or sub-stoichiometric amount.
- the content of metallic barium and / or zirconium in the alloy can be set relatively high even without a reducing agent by using a master alloy consisting preferably of 5 to 40% metallic barium and / or zirconium, which the ferrosilicon or Silicon melt is added.
- the preparation of the inoculant can be done in a conventional device such as. B. an induction furnace or downhole furnace.
- the advantages of the inoculation alloy according to the invention are good nucleating properties and thus good suppression of carbide excretion and their technically simple and inexpensive production.
- the raw material was broken down to 0.8 - 10 mm and analyzed:
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Impflegierung auf Basis von Ferrosilicium bzw. Silicium zur Herstellung von Gußeisen mit Lamellen-, Kompakt- oder Kugelgraphit sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
- Gußeisen enthält neben Silicium als Hauptlegierungselement Kohlenstoff in einer Menge von ca. 2 bis 4 %. Durch Zusatz bestimmter Modifikationslegierungen wie z. B. FeSiMg, FeSiTi, FeTi oder reiner Metalle wie z. B. Magnesium gelingt es, den Kohlenstoff in kompakten oder kugeligen Graphit zu überführen. Dieser in unterschiedlicher Form vorliegende Graphit wirkt sich sehr stark auf die Festigkeit, Zähigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Gußeisens aus. Zur Verbesserung dieser Eigenschaften ist es bekannt, zusätzlich Impflegierungen anzuwenden, die als Keimbildner wirken. Bei zu geringer Anzahl von Keimbildnern und/oder entsprechend schneller Abkühlungsgeschwindigkeit des flüssigen Eisens entsteht bevorzugt die frei ausgeschiedene intermetallische Verbindung Fe3C, auch als Carbid oder Zementit bezeichnet, welche sich in erhöhtem Maße nachteilig auf die Eigenschaften des Gußeisens auswirkt. Durch Zugabe von Impflegierungen unmittelbar vor dem Abgießen des Gußeisens kann erreicht werden, daß diese Carbide nicht ausgeschieden werden.
- Die eigentlichen impfwirksamen Substanzen wie z. B. Ca, Al, Mg, Zr oder Ba sind bei den meisten bekannten Impflegierungen in Ferrosilicium enthalten. Der Calciumgehalt beträgt dabei 1 bis 3 % und der Aluminiumgehalt 1 bis 2 %, da Calcium und Aluminium die Wirkung der anderen Elemente positiv beeinflußt.
- Aus der DE-A2 14 33 429 sind Impflegierungen auf Basis von Ferrosilicium bekannt, die als impfwirksame Substanz Strontium in einer Menge von 1 bis 4 % enthalten. Nachteilig bei den bisher bekannten Impflegierungen sind die noch nicht befriedigende Unterdrückung der Carbidausscheidung sowie die meist technisch aufwendigen Verfahren zu ihrer Herstellung.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Impflegierung auf Basis von Ferrosilicium bzw. Silicium für die Herstellung von Gußeisen mit Lamellen-, Kompakt-oder Kugelgraphit zur Verfügung zu stellen, welche die genannten Nachteile der bekannten Impflegierungen nicht oder in geringerem Maße aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Impflegierung, welche gekennzeichnet ist durch einen Gehalt an
- (a) Barium und/oder Zirkonium zwischen 0,1 und 10 %
- (b) Aluminium weniger als 2,0 % und
- (c) Calcium weniger als 0,3 %.
- Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemäße Impflegierung die Carbidausscheidung in wirkungsvoller Weise unterdrückt, obwohl der Aluminium-und Calciumgehalt sehr niedrig ist. Dies war nicht vorhersehbar weil man bisher davon ausging, daß Aluminium und Calcium die Wirkung.der Elemente Barium und Zirkonium positiv beeinflußt.
- Der Gehalt an Barium und/oder Zirkonium beträgt bevorzugt 0,4 bis 1,5 %. Bei einem Gehalt von unter 0,1 % dieser Elemente läßt die Wirkung der Legierung sehr stark nach, während oberhalb von 10 % keine weitere Verbesserung mehr nachweisbar ist. Es ist für die Erfindung wesentlich, daß die Gehalte an Aluminium und Calcium möglichst niedrig sind. Der Aluminiumgehalt liegt vorzugsweise unter 1,0 %, während der Calciumgehalt vorzugsweise unter 1,0 % liegt.
- Die Legierungsbestandteile Barium und/oder Zirkonium müssen gemäß der Erfindung nicht unbedingt in metallischer Form in der Legierung vorliegen, sondern sie können auch teilweise in nichtmetallischer, beispielsweise oxidischer Form vorhanden sein, ohne daß sich bezüglich der keimbildenden Wirkung dadurch negative Ergebnisse feststellen lassen. Dies hat direkte Konsequenzen für die Herstellung der erfindungsgemäßen Legierung, die sich in technisch einfacher Weise durchführen läßt, indem man lediglich eine Barium- und/oder Zirkoniumverbindung in geschmolzenes Ferrosilicium oder Silicium einbringt. Es ist dabei nicht unbedingt erforderlich aber günstig, gleichzeitig ein Reduktionsmittel in die Schmelze einzutragen. Auf diese Weise wird das Verfahren sehr unkompliziert und folglich auch sehr kostengünstig. Es ist zwar anzunehmen, daß ein Teil der in die Ferrosilicium- oder Siliciumschmelze eingebrachten nichtmetallischen Barium- und/oder Zirkoniumverbindungen durch vorhandene metallische Reduktionsmittel wie z. B. Calcium und Aluminium reduziert wird, doch wird der überwiegende Teil dieser Verbindungen trotzdem in nichtmetallischer Form in der Legierung vorliegen.
- Als Barium- oder Zirkoniumverbindungen sind prinzipiell alle Verbindungen dieser Elemente geeignet. Sauerstoffhaltige Verbindungen von Barium und Zirkonium haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei insbesondere das Carbonat, Oxid, Hydroxid oder Sulfat eingesetzt wird. Die Menge der eingesetzten Verbindungen richtet sich allein nach dem gewünschten Barium und/oder Zirkoniumgehalt in der Legierung.
- Will man aus bestimmten Gründen den Gehalt an metallischem Barium und/oder Zirkonium in der Legierung möglichst hoch einstellen, so wird vorzugsweise zusätzlich zur Barium- oder Zirkoniumverbindung ein Reduktionsmittel eingesetzt. Als Reduktionsmittel eignen sich die üblichen kohlenstoffhaltigen Verbindungen wie Calciumcarbid oder Graphit ebenso wie die metallischen oder metallhaltigen Erdalkaliverbindungen wie Calcium, Magnesium, Calciumsilicium oder Ferrosiliciummagnesium. Das Gewichtsverhältnis von Barium- und/oder Zirkoniumverbindung zu Reduktionsmittel hängt vom gewünschten Metallgehalt an Barium bzw. Zirkonium in der herzustellenden Impflegierung ab. In der Regel setzt man das Reduktionsmittel in stöchiometrischer bzw. unterstöchiometrischer Menge ein.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch ohne Reduktionsmittel der Gehalt an metallischem Barium und/oder Zirkonium in der Legierung relativ hoch eingestellt werden durch die Verwendung einer Vorlegierung bestehend aus vorzugsweise 5 bis 40 % metallischem Barium und/oder Zirkonium, die der Ferrosilicium- bzw. Siliciumschmelze zugesetzt wird.
- Die Herstellung der Impflegierung kann in einer üblichen Vorrichtung wie z. B. einem Induktionsofen oder Niederschachtofen erfolgen.
- Die Vorteile der erfindungsgemäßen Impflegierung, die dem Gußeisen in Mengen von 0,05 bis 1 Gew.-% bezogen auf das Gußeisen zugesetzt wird, sind gute keimbildende Eigenschaften und somit gute Unterdrückung der Carbidausscheidung sowie ihre technisch einfache'und kostengünstige Herstellung.
- Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.
- Im 10 kg fassenden rinnenlosen Induktionsofen wurden 3,3 kg FeSi 75, 1,4 kg Stahlschrott und 4,7 kg Silicium eingeschmolzen. Danach wurde 240 g BaCO3, vermischt mit 80 g CaC2, dem flüssigen FeSi 75 zugegeben.
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- Vom Induktionsofen wird 1 t Gußeisen mit Lamellengraphit in die Transportpfanne gefüllt. Jeweils 250 kg kommen dann in die Gießpfanne. Wechselweise kann dann während des Füllvorganges FeSiSr oder die erfindungsgemäße FeSiBa-Legierung dem Gießstrahl zugegeben werden. Die Zugabemenge betrug 0,3 Gewichtsprozente und die Eisentemperatur lag bei 1400°C.
- Sofort nach der Zugabe wurde eine sogenannte gegen eine Kupferplatte abgegossene Abkühl- oder Abschreckprobe genommen und die Carbidausscheidung verglichen und in mm gemessen.
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- Beispiel 2:
- Im 10 kg-fassenden rinnenlosen Induktionsofen wurden vier Proben zu je 9,5 kg FeSi 75 eingeschmolzen. Dieser Schmelze wurden 500 g BaCO, und 35 g Graphit zugegeben.
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- Wie unter Beispiel 1 beschrieben, zeigten die Abkühlproben und Abkühlkurven, daß alle Schmelzen eine gute Unterdrückung der Carbidausscheidung aufwiesen, wobei die Proben 2 und 4 besonders gute Ergebnisse erzielten.
- Im 10 kg-fassenden rinnenlosen Induktionsofen wurden drei Proben a, b, c von FeSi 75-Schmelzen hergestellt.
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- Im 10 kg-fassenden rinnenlosen Induktionsofen wurden zwei Proben FeSi 75 eingeschmolzen und
- a) 400 g BaCO3 mit 27 g Graphit
- b) 1230 g BaCO, eingrührt.
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