NO127201B - - Google Patents

Description

Tilsetningslegering for å fremme dannelsen av

sfæroidal grafitt i.støpejern.

Denne oppfinnelse vedrorer en ny tilsetningslegering for å f remme dannelsen av sfæroidal grafitt i stopejern.

Siden Millis' oppdagelse av den virkning som magnesium har på

form og struktur til grafitt som" er utf elt i stope jern, er det •.• .. gjort betraktelige fremskritt ved fremstilling av stopejern med sfæroidal grafitt.

Det er nå.vanlig praksis å nodulariseré stopejern ved'hjelp av legeringer,: ofte basert på Fe-Si, som inneholder magnesium som nodulariserings-middel. Anvendelsen av legeringer av dette slag har den fordel: fremfor innforing av rent magnesium, at det blir en bedre fordeling av det aktive element og langt mindre kraftige reaksjoner, samme hva slags innforingsmetoder som blir anvendt.

Ved på kjent måte å justere mengden av magnesium som skal innfores, i forhold til oksygen- og,svovel-innholdet. i støpejernet, og ved å arbeide i fravær av anti-nodulære grunnstoffer (for eksempel Bi, Pb, Ti), d.v.s. på ubehandlet stopejern, blir grafitten nodularisert ganske lett i tilfeller hvor det bare kreves at det oppnås en ferritt-perlittisk struktur i matrisen i det herdede stopejern.

I motsetning til dette oppstår det problemer når det onskes å fremstille stopejern med sfæroidal grafitt som har en ferritt-matrise som er særmerket både for dens fremragende maskinerbarhet og dens sterke evne til å formes. Dette er på grunn av at tilleggs-grafittdannelsen som kreves, blant annet er en funksjon av tiden, mens den nodulariserende virkning av Mg forsvinner etter omkring 10 til 15 minutter. I henhold til et kjent forslag som i stor utstrekning er blitt antatt, blir jernet utsatt for to påfolgende behandlinger like for det blir stopt, nemlig for en nodulariserende behandling som omtalt ovenfor, etterfulgt av en innpodning med grafittdannende midler hvis hovedformål er å eliminere alle, eller noen av karbidene, og å redusere den hastighet hvormed virkningen av nodulariseringsmidlene forsvinner. De anvendte innpodhinger er vanligvis silisiumlegeringer som kan være impregnerte for eksempel med sjeldne jordarter eller med jordalkalier, og som kan gjores tunge ved inkorporering av jern.

De blir innfort på en tid som ligger.så nær den endelige stoping som mulig, for eksempel i formen selv, blant annet ved å slynges mot veggene i formen, når det er fare for en mer spesiell herding på de steder hvor stopingen omfatter tynne soner hvor det storknes til en hvit og folgelig spro struktur.

På tross av de forholdsregler som blir tatt, frembringer den konvensjonelle 2-trinnsbehandling ofte utilfredsstillende resultater. Den har fSlge-lig blitt komplettert med en varmebehandling av det faste metall, nemlig ved å glBde til over Ac^-punktet. Det vil være åpenbart for hvilken som helst fagmann at en glodning slik som dette vil forårsake overflatefeil som på sin side vil frembringe slike spenninger, at det vil foregå en varig formendring, spesielt i de tilfelle hvor stopestykkene omfatter soner med hoyst v;?.ri-r)le c<y>>_:'j1 7,

■.-. j a-;' :. f^rMli^-v-ide opofinnelse er å tilveiebringe en tilsetningslegering hvormed det med en eneste behandling sr mulig å oppnå, i den ubearbeidede stopte tilstand, et stopejern med sfæroidal giv.. Tit og ii.- ici ?. n fr^na-rvst ferritt-matrise.

Anvendelsen av legeringen i samsvar med oppfinnelsea gir således betraktelige fordeler. Den forenkler behandlingen av, og reduserer varmetapet fra det flytende råjern. Tapet av magnesium blir redusert, og dette tillater at vesentlige mengder av dette nodulariserende grunnstoff kan spares og ab det blir en mye mer noyaktig regulering av dets enc&ige innhold. Det er kjent at magnesium stabiliserer karbider, hvilket resulterer i en okning i skjorhet/ toyelighet-overgangstemperaturen i stopejernet med det resultat at dets innhold må justeres til det minimum som kan forenes med en effektiv nodularisering. På den annen side er det ikke lenger nodvendig å justere silisium-innholdet i stopejernet etter at det har blitt nodularisert med magnesium, ved å anvende de dyre legeringer basert på silisium. Dette er fordi det er mulig, ved in.-wi.rkriing a f de aye tilsetniagslegeringer, å Justere silisium-innholdet i masovnen eller i kupolovnen ved hjelp av billigere utgangsmaterialer.

Tilsétningslegeriiigen som utgjor den foreliggende oppfinnelse, er av tyoen Fe-Si-Mg og inneholder 3a-N-parét, idet nitrogen for eksempel blir innfort ved bobling. Sammensetningen er folgende :

og nitrogen i en slik mengde at vektforholdet Ba:W er fra 5:1 til 50:1, og hvor resten er jern, bortsett fra de uunngåelige forurensninger, spesielt Ca og Al, som tilfores under fremstillingen

og som har en total konsentrasjon på mindre enn 2,5%, samt at legeringen har; et vefctforhold Mg:Ba på fra 1:1 til 3:1.

De forskjellige bestanddeler i legeringen i samsvar med oppfinnelsen blir avveid for ikke bare å fremstille en ferritt-matrise, men også for å regulere storrelsen på de utfelte sfærolitter og danne et motstandsnivå overfor brysomme elementer (spesielt karbid-dannere), hvilket gjenspeiles i toleransen under fremstillingen av stopejernet, ved en tilbakeforingsgrad (innforing av skarp og tilbakelop) som kan nå 50% og mer.

Ved en foretrukket utforelsesform for tilsetningslegeringen i henhold til oppfinnelsen er sammensetningen:

og hvor resten er jern; bortsett fra de uunngåelige forurensninger som stammer fra fremstillingen cg som har en samlet konsentrasjon på mindre enn. 1,2$. For vektforholdet for komponentene Mg, Ba og N er det funnet at fortrukne vektforhold for

Det magnesium-innhold som er igjen i stopejernet etter at det har blitt behandlet med legeringene i samsvar med oppfinnelsen, bestemmes både av det'opprinnelige jern og også av den bype stopejern som oppnås.

Magnesiuminnholdet er vanligvis storre enn 0,01 vektprosent og ligger vanligvis mellom 0,03 og 0,06 vektprosent. I dette tilfelle er mengden av legering som skal anvendes slik at magnesiumet vanligvis er tilstede i en mengde på fra 0,08 til 0,3 vektprosent, i forhold til stopejernet som skal behandles.

Det er kjent (Schweizer Archiv, desember 196*f,side 367) at selv

om innforingen av nitrogen ved bobling kan frembringe merkbar innpodning i stopejern med sfæroidal grafitt, så resulterer denne teknikk ikke i dannelsen av en ferritt-matrise i den ubearbeidete stope-tilstand.

I henhold til en annen tidligere publikasjon (U.S.patent nr. 3.177.072) blir stopejern nodularisert med tilsetningslegeringer av ty.pen Fe-Si-Mg-Ca-N, i hvilke noe av nitrogenet er tilstede i form av en suspensjon av kalsiumcyanamid.

Uheldigvis frembringer kalsiumet som er forenet med ovennevnte grunnstoffer, bare et langt mer ufullstendig ferrittdannelses-nivå enn det som kan oppnås med barium ved anvendelse av legeringene som foreliggende oppfinnelse vedrorer. Dette overraskende resultat er belyst i tabell 1 og 2, i hvilke de anvendte bokstaver defineres på folgende måte:

A = Behandling med en legering i samsvar med oppfinnelsen.

B = Vesentlig identisk behandling bortsett fra at legeringen

inneholder Ca i stedet for Ba.

C = Konvensjonell behandling omfattende nodularisering etterfulgt

av innpodning.

Det ble dannet flytende stopejern i en sur kupola, fra en sats som omfatter 50$ nytt stopejern og 50$ Sdelagt stopegods, og det ble etterpå avsvovlet med CaC2 etter kjente metoder.

Stopejernet ble så overfort til en induksjonsovn av holde-type. Gjennomgangen gjennom denne varmholdovn muliggjor at silisium-innholdet i stopejernet kan justeres for behandlingen A og B, slik at det etter behandlingen oppnås et stopejern som har en sammensetning som er sammenlignbar med sammensetningen til et stopejern som har blitt utsatt for behandling av type C.

Behandlingene A og B omfatter å innfore i "sandwich"-form i stopejernet som skal behandles, en mengde på tilnærmet 1,8 vékt$, på basis av détte stopejern, av en legering som for behandling A inneholder:

Si = <1>+7,8 vekt$ ,

Mg = 9,1 vekt$ ,

Ba <l>+,6 vekt$ ,

Ca = 0,5 vekt$ ,

Al = 0,r8 vekt$ og

"N = 0,7 vekt$.

Fe utgjor resten inntil 100$.

Innhold for behandling B:

Si = 1+7,6. vekt$ ,

Mg = 9,2 vekt$ ,

Ca 5,3 vekt$ ,

Al 0,20 vekt$ og

N 0,M+ vekt$.

Behandlingen C (i samsvar med kjent teknikk) omfatter å innfore i "sandwich"-form i stopejernet som skal behandles, forst en mengde som er ekvivalent med omkring 1,8 vekt$ av dette stopejern, av en nodulariserende legering "Fe-Si-Mg med 8,10$ Mg" som inneholder:

Si = V7,5 vekt$,

Mg ■= . ■ 9,3 vekt$,

Ba = spor,

Ca 0,2 vekt$,

Al = 0,21 vekt$,

N . = spor og

Fe utgjor resten inntil 100$,

og så en mengde som er ekvivalent til tilnærmet 0,8 vekt$ av det oppnådde stopejern, av en innpodingslegering som er et ferrosilisium med et silisium-innhold på 75$.

Etter behandlingen blir det stopt stopegods og provestykker.

De tre sammenlignende behandlingene med legeringene A,B og C blir utfort på samme basis-stopejern dannet i en induksjonsovn. Tre satser på hver 600 kg blir fjernet fra ovnen for hver av de beskrevne

behandlinger..

I hvert tilfelle er :temperaturen på .stopejernet under behandlingene A,B og C mellom 11+8Q og .1 520°C.

Stopegodset og prøvestykkene blir fremstilt ved utlopet av stopeosen, og den tidsperiode som ligger mellom behandlingen og stopingen av prøvestykkene som skal undersbkes, er mellom:10 og 15 minutter.

Tabellene 1 og 2 viser henholdsvis Resultatene oppnådd fra mikrografiske struktur-undersokelser og fra mekaniske prover av det ubearbeidete stopemetall.

Tabellene viser at stopejern behandlet med legeringene i samsvar med foreliggende.oppfinnelse, fremviser egenskaper som er vesentlig forskjellige fra egenskapene til stopejern som er oppnådd i samsvar med tidligere kjent teknikk, spesielt med hensyn til ferri tt danne lses-graden og bruddfprlengelsen.

Dessuten fremgår det tydelig fra det resterende magnesium-innhold (tabell 1) at anvendelsen av legeringene i samsvar med oppfinnelsen, medforer en betraktelig okning i utbyttet av nodulariserende middel.

Folgende eksempler er ment å belyse anvendelsen av legeringene i henhold' til oppfinnelsen.

Eksempel 1 .

En mengde på 2,25 kg.av en forlegering i samsvar med oppfinnelsen som, i tillegg til jern og de vanlige forurensninger, inneholder 1+8,2 vekt$ silisium, 9,1 vekt$ magnesium, V,75 vekt$ barium og 0,1+ vekt$ nitrogen, blir; ved hjelp av et plungerstempel av kjent type, innfort i en stppeose som inneholder 75 kg av et karbon- og silisium-inneholdende stopejern som blir holdt ved en temperatur på 1<1>+80°C.

Det resulterende stopejern har folgende sammensetning:

C = 3,6$

Si = 2,75$

Mg = 0,0<1>+7$. 12 minutter etter behandlingen viste stopegodset og prøvestykkene en utfelning av perfekt sfæroidal grafitt. Det er ikke tilstede noe karbid i stopegodset, endog i de tynne soner. I prøvestykkene hadde matrisen et innhold på i90$ ferritt.

Eksempel 2.

h kg av en forlegering i samsvar med oppfinnelsen som, i tillegg til jern og vanlige forurensninger, inneholdt V7,*+$ silisium, 5)02$ magnesium, 2,70$ barium, 0, h% kalsium og 0,30$ nitrogen, ble ved hjelp av et plungerstempel innfort i en stppeose inneholdende 75 kg stopejern ved en temperatur på 1510°C.

Etter behandlingen hadde stopejernet folgende sammensetning:

C =3,5$ Si = 2,56$ Mg = 0,056$ 12 minutter etter behandlingen fremviste stopegodset en utfeining av perfekt sfæroidal grafitt. Det var ikke tilstede noe karbid i stopegodset, endog i de tynne områder. I prøvestykkene hadde matrisen et ferritt-innhold på 85 til 90$.

Eksempel 3.

13*2 kg av en forlegering i samsvar med oppfinnelsen inneholdende <1>+9,<1>+ vekt$ Si, 8,8 vekt$ Mg, l+,85 vekt$ Ba, o,32 vekt$ Ca og 0,<1>+6 vekt$ N, og hvor det resterende inntil 100$ består av jern og forurensninger, blir ved den såkalte "sandwich"-teknikk fort inn i en stopebse inneholdende 600 kg av et stopejern dannet i en lysbue ovn fra en sats omfattende 1+0$ skrapjern og 60$ odelagt stopejern ved en temperatur på 1<i>+80°C. (Ved "sandwich-" teknikken blir moder-legeringen opprinnelig anbragt ved bunnen av en behandlings-ose, dekket med skrapjern og så blir stopejernet som skal behandles, hellet inn i osen).

Etter behandlingen inneholdt stopejernet 3?55$ C, 2,70$ Si og 0,058$ Mg.

11+ minutter etter behandlingen åpenbarer mikrografisk undersøkelse av stopejernet en perfekt sfæroidal grafitt-struktur, en 75$ ferrittmatrise og fullstendig fravær av karbid, endog i de tynne deler av stopegodset.

Eksempel 1+.

600 kg stopejern med en temperatur på 1<1>+80°C blir behandlet etter

"sandwich"-teknikken med 25 kg av en forlegering i samsvar med oppfinnelsen inneholdende <!>+3,2$ Si, 3,6$ Mg, 1,5$ Ba og 0,19$ N,

og hvor det gjenværende inntil 100$ består av jern og forurensninger.

Stopningen blir avsluttet 12 minutter etter behandlingen.

Alt det oppnådde stopegods består av stopejern med sfæroidal grafitt. Undersøkelser åpenbarer en karbidfri ferritt-struktur i det ubearbeidete stopejern.

Den gjennomsnittlige sammensetning er folgende:

c = 3, 55%

Si = 2, +7$

Mn = 0,12$

Mg = 0,051$ og

Fe -= resten inntil 100$.

Eksempel 5.

3,5 kg av en legering inneholdende 6,8$ Ba, 12,6$ Mg, 0,2$ N og +8,6$ Si, og hvor resten inntil 100$ består av jern og forurensninger, blir ved hjelp av et passende plungerstempel innfort i en stopebse inneholdende 250 kg stopejern med passende sammensetning ved en temperatur på 1<1>+60°C.

Stopegodset blir fremstilt i lopet av en tidsperiode på 8 minutter. Det oppnådde stopejern er av typen med sfæroidal grafitt. Det er fritt for karbider i den ubearbeidete stopetilstand inntil tykkelser på 6 mm.

Sammensetningen av stopejernet i hvert stopestykke er denne:

C = 3,53$

Si = 2,5+$

Mn = 0,18$

Mg = 0,0+1$ og

Fe = resten inntil 100$.

Claims (3)

1. Tilsetningslegering for å fremme dannelse av sfæroidal grafitt og ferritisk grunnmasse i stopejern som inneholder jern, silisium, et jordalkalimetall og nitrogen, karakterisert ved at den har folgende sammensetning: Si =1+0 - 55$ Mg = 3 - 15% Ba = l,lf- 8,6$ og nitrogen i en slik mengde at vektforholdet Ba:N er fra 5 1 til 50 : 1, og hvor resten er jern, bortsett fra de uungåelige forurensninger, spesielt Ca og Al, som tilfores under fremstil-ingen og som har en total konsentrasjon på mindre enn 2,5$, samt at legeringen har et vektforhold Mg:Ba fra 1 : 1 til 3 : 1.

2. Tilsetningslegering i henhold til krav 1, karakterisert ved at den har folgende sammensetning : Si = <1>+5 - 50$ Mg = 7 - 11$ Ba = l+,5- 6$ N = 0,1+- 0,6$ og hvor resten er jern, bortsett fra de uungåelige forurensninger som stammer fra fremstillingen og som har en samlet konsentrasjon på mindre enn 1,2$.

3. Tilsetningslegering i henhold til krav 1, karakterisert ved at den har folgende vektf orho]d for komponentene Mg, Ba og N: Mg:Ba er fra 1,8: 1 til 2,2 : 1 Ba:N er fra 8: 1 til 12 : 1