NO121667B - - Google Patents

Description

For-legering til behandling av støpejernsmelter.

Ved innføring av magnesium i støpe-jernsmelter påvirkes grafittens form. For-uten ved tilsetning av rent magnesium til støpejernsmelter, hvilket gir et sparsomt forbruk av magnesium men krever en betydelig apparatur, innføres magnesium ved hjelp av for-legeringer. Disse tjener til å nedsette magnesiumets partialtrykk ved arbeidstemperaturen, slik at legeringsar-beidet kan foregå uten fare. De må ikke inneholde noen bestanddeler som virker uheldig på det behandlede jern, og de skal inneholde mest mulig magnesium samtidig som de er sikre å anvende, slik at man bare behøver å tilsette lite for-legering til smeiten og ikke belaster smeiten med de andre komponenter av for-legeringen. Endelig ønsker man å få et reaksjonsforløp ved hvilket det opptrer minst mulig magnesium-avbrann.

Den mest brukte for-legering for fremstilling av støpejern med kulegrafitt består av nikkel og magnesium med høyt nikkelinnhold. Den muliggjør en farefri innføring av magnesiumet og er enkel å håndtere. Da nikkel imidlertid er dyrt og et innhold av nikkel i støpejern med kulegrafitt i mange tlifelle ikke byr på noen fordel er det også blitt forsøkt å erstatte nikkel med andre elementer, som silicium og jern. Ved arbeide med disse legeringer økes reaksjonens heftighet under innføringen i jernsmelten og utbyttet av magnesium er mindre enn når det anvendes rene magnesium-nikkel-legeringer. De kan derfor enten bare ha et lavt magnesiuminnhold eller man må finne j seg i et meget heftigere reaksjonsforløp, slik at disse for-legeringer bare kan anvendes opp til en jerntemperatur på maksimalt 1400° C.

En annen gruppe av for-legeringer inneholder i stedet for nikkel enten helt eller delvis silicium, kobber, jern og kalsium.

Kobberholdige legeringer har imidlertid ved siden av de relativt lave magnesiuminnhold den ulempe at kobber virker skade-lig på dannelsen av kulegrafitt.

Det er også allerede blitt anvendt legeringer som er sammensatt av kalsium, magnesium og silicium og som dessuten kan inneholde kobber og/eller nikkel samt jern. Det er her blitt angitt enten meget vide inn-holdsgrenser fra lave opp til høye magnesium- og kalsiuminnhold eller forholdsvis høye jerninnhold på over 30%, uten at det er blitt sagt noe om det mengdemessige forhold i hvilket magnesium må stå til kalsium.

Oppfinnelsen går ut på en forlegering til behandling av støpejernsmelter, og for-legeringen er karakterisert ved at den består av 25—35% magnesium, 2,8—5% kalsium, 35—60% silicium og resten eventuelt, men dog ikke over 30% jern, idet det minst skal være så meget silicium tilstede i legeringen at magnesium, kalsium og jern foreligger bundet som silicider, og forholdet magnesium til kalsium skal ligge mellom 4:1 og 9:1.

Forlegeringen i henhold til oppfinnelsen kan også inneholde opptil 2% cerium resp. lantanider. Forsøk har vist at magnesium-jern-silicium-legeringer som normalt reagerer heftig og under betydelig magne-siumtap når de har magnesiuminnhold på 17—50% kan få nedsatt reaksjonsheftig-heten med støpejernsmelten ved at de er blitt tilsatt kalsium som står i et bestemt forhold til magnesiuminnholdet. Dette lyk-kes ved anvendelsen av kalsiuminnhold innenfor de angitte grenser, og et forhold av magnesium til kalsium på 4:1 til 9:1, fortrinnsvis 7:1 til 9:1.

Innenfor disse forhold mellom magnesium og kalsium virker de kalsiuminnhold som skal anvendes i henhold til oppfinnelsen i form av silicider, bremsende på for-legeringens oppløsningshastighet i jern. Herved forenes i vidtgående grad de tilstre-bete gunstigste egensaper som man ønsker for-legeringer til behandling av støpejern-smelter skal ha. Disse for-legeringer i henhold til oppfinnelsen har både høyt magnesiuminnhold og lite for-legeringsballast, og på grunn av det roligere reaksjonsforløp blir magnesiumavbrannen mindre sam-menlignet med kalsiumfri legeringer, selv om de ikke inneholder noe nikkel, som hit-til er blitt brukt i betydelig grad til brem-sing. Små nikkelinnhold forstyrrer ikke, men er hverken nødvendig eller fordelaktig.

Hvis betingelsen med hensyn til sili-ciuminnholdet ikke overholdes, oppnår man bare ufullkomment de fordeler som er tilsiktet ved kalsiumtilsetning. Også jerninnhold på over 30% virker i disse legeringer uheldig på utbyttet. Bare hvis det minst forefinnes så meget silicium i forlegerin-gene at kalsium, magnesium og jern er bundet som silisider og jerninnholdet ikke i noe tilfelle er over 30% forløper innfør-ingen av magnesium ved hjelp av disse legeringer på rolig, jevn måte med høyt mag-nesiumutbytte.

Anvendelse av over 50% magnesium i legeringene støter på vanskeligheter da det ved en ekstra tilstedeværelse av kalsium ikke lenger kan være tilstrekkelig silicium i legeringene til at også magnesiumet med sikkerhet er fullstendig bundet som silisid.

Øker man kalsiuminnholdet over det område som oppfinnelsen foreskriver i forhold til magnesium blir reaksjonsforløpet tregere, hvorved jernbadet taper tempera-tur. Utbyttet av magnesium synker og i dyppeklokken blir det tilbake rester av for-

legering eller ikke metalliske rester som i mange tilfelle gjør det helt umulig å anvende dyppeklokken om igjen. Fra 10% kalsium av kan slike rester påvises i stor mengde etter hver enkelt behandling. Så-ledes gir eksempelvis for-legeringer med 20-30% magnesium, 14-15% kalsium, 40-50%silicium og 4-14% jern små magnesi-umutbytter og ufullkommen utnyttelse av legeringene. Disse utbytter var bare i et enkelt tilfelle blandt flere forsøk omkring 30%, mens det i andre tilfelle kun oppnås betydelig mindre utbytter av magnesium.

Ved legeringer på ren magnesium-jern-silicium-basis, som er kalsiumfri, forløper reaksjonen ved innføringen så heftig at store deler av den dannede magnesium-damp ikke lenger kan bli oppløst og derfor brenner bort. Magnesiumutbyttet synker til verdier under 30%.

Utbyttet ved anvendelse av for-legeringer som har det i henhold til oppfinnelsen foretrukne innhold av

25—35% magnesium,

2,8—5% kalsium,

35—60% silicium,

resten jern,

steg derimot når forholdet mellom magnesium og kalsium lå innenfor de foran angitte grenser og de øvrige betingelser i henhold til oppfinnelsen ble overholdt, opp til 50% eller delvis endog mer. Disse resultater ble oppnådd under laboratoriebetingelser ved behandling av forholdsvis svovelfattig jern (S=0,01 til 0,015%) og ved en behandlingstemperatur på ca. 1520° C.

Forholdet magnesium til kalsium ligger mellom 4:1 og 9:1, i dette området er forholdet 7:1 til 9:1 særlig fordelaktig.

Forsøk har vist at ved magnesiumbehandling av svovelrikt jern (S = 0,07 til 0,12%) og en behandlingstemperatur på ca. 1450-1500° C ligger magnesiumutbyttet mellom 30 og 38% ved et magnesium-kalsium-forhold på 4:1 til 7:1, og mellom 35-44% ved et magnesium-kalsium-forhold på 7:1 til 9:1.

I den følgende tabell er det angitt noen eksempler på for-legeringer og disses mag-nesiumutbytte ved innføring i støpejern-smelter på 1420° C. Angivelsene i tabellen skriver seg fra laboratorieforsøk hvor det ble anvendt forsøksmelter på 8 kg:

I det følgende angis det dessuten resul-tatene av arbeide under driftsbetingelser hvor hver gang 800 kg charge ble behandlet med 11 kg av vedkommende forlegering, der chargen besto av et ru jern som var egnet til fremstilling av støpejern med kulegrafitt og hadde omtrent følgende sammensetning: C 3,4-3,7%, Si 2,0-2,4%, Mn 0,3-0,6%, P 0,06-0,08%, S 0,07-0,10%, Ti 0,03-0,4%, rest Fe. Til sammenligning angis nedenfor de tilsvarende data fra en del forsøkssmelter under laboratoriebetingelser med lignende sammensatte for-legeringer som ligger utenfor oppfinnelsens område:

For-legeringene i henhold til oppfinnelsen kan ytterligere inneholde cerium eller cerium-mischmetall i mengder på opp til 2%.Herved blir som bekjent den for-styrrende virkning av visse sporelementer som f .eks. titan, bly, tinn, arsen, wismuth på sfærolittdannelsen kompensert. Dette skal også forklares nærmere ved et eksempel.

Erfaringsmessig kan man i et rujern som inneholder 0,12% titan ikke oppnå noen tilstrekkelig kulegrafittdannelse ved en enkel magnesiumbehandling. Ved anvendelse av en for-legering i henhold til oppfinnelsen som inneholdt 29,4% magnesium, 5,0% kalsium, 56% silicium og som var tilsatt cerium-mischmetall slik at det i legeringen bare kunne påvises 0,20% lantan og 0,28% cerium, oppnådde man i et så-dant jern 90% kulegrafittdannelse.

Legeringene kan dessuten ved siden av jern også inneholde ledsagerelementer som eksempelvis innføres med stoffene som legeringen fremstilles av, f.eks. med ferro-silicium, kalsiumsilicium og-eller magne-siumskrot.

I alle eksemplene ble de i støpestyk-ker støpte for-legeringer innført i jernsmelten ved hjelp av en dyppeklokke. Det er imidlertid også mulig å anvende dem i form av presstykker, sinterlegemer eller i flytende form.

Claims (2)

1. For-legering til behandling av støpe-jernsmelter, karakterisert ved at den består av 25-35% magnesium 2,8-5% kalsium 35-60% silicium resten eventuelt, men dog ikke over 30% jern, hvorunder det minst skal være så meget silicium tilstede i legeringen at magnesium, kalsium og jern foreligger bundet som silicider, og forholdet magnesium til kalsium skal ligge mellom 4:1 og 9:1.

2. For-legering ifølge påstand 1, karakterisert ved at den inneholder opp til 2% cerium resp. lantanider.