NO144746B - Fremgangsmaate ved fremstilling av stoepejern og legering for utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår fremstilling av støpejern med kompaktert grafitt.

Kompaktert grafitt er et foretrukket navn som gis til flakgrafitt som er blitt avrundet og gjort tykkere og kortere sammen-lignet med de normale lange flak som vanligvis finnes i grått støpejern. Denne modifiserte grafittform er blitt kjent under forskjellige navn, omfattende "kompaktert", "vermikulær", "kvasi-flaklignende", "aggregatflak", "klumpete", "stubbelignende", "oppgradert", "halvnodulær" og "flokkulert" grafitt. . De .f leste-støpe jern.har en. struktur med., lange- graf ittf lak, og slike støpejern er forholdsvis svake og sprø, men har god varmeledningsevne og motstandsdyktighet overfor varmesjokk. Det er imidlertid kjent at det er mulig å fremstilles støpejern méd kulegrafittstruktur, og disse er duktile og forholdsvis sterke, men de har en lavere varmeledningsevne og i enkelte tilfeller en dårligere motstandsdyktighet overfor varmesjokk. Jern med kompaktert grafittstruktur forener dén høye styrke og duktilitet som ofte er forbundet med kulegrafittjern, med god varmeledningsevne og god motstandsdyktighet overfor varmesjokk.

Eh fagmann innen jernstøperiteknikken kjenner til at kompakterte grafittstrukturer kan fremstilles ved legering med magnesium, men denne fremgangsmåte er vanskelig å regulere på grunn av det meget snevre område for magnesiuminnholdet som er nødvendig for erholdelsé av denne struktur (0,015-0,02%). En slik regulering er ofte ikke mulig å gjennomføre i praksis, og av denne grunn har denne fremgangsmåte hittil bare funnet be-grenset kommersiell anvendelse.

I britisk patentskrift nr. 1069058 betegnes grafittformen som "vermikulær grafitt", og oppfinnerne bak dette patentskrift var istand til å utvide området for det tillatelige magnesiuminnhold ved å tilsette 0,15-0,5% titan og 0,001-0,015% av et sjeldent <:>jordartsmetall adskilt til det smeltede jern. Denne titanmengde betraktes som høy, men det ble hevdet at den var nødvendig for å kunne anvende et videre område for magnesiuminnholdet (0,005-0,6%) under unngåelse av dannelse av kulegrafittstrukturer.

Det har ifølge oppfinnelsen vist seg at kompakterte grafittstrukturer. kan oppnås i jern med et magnesiuminnhold av 0,010- - 0,035% ved å tilsette 0,06-0,15% titan og en spormengde av cerium...

Den vanlige måte å fremstille kompaktert graf i-t tjern ,på med magnesium som den tilsatte hoyedbestanddel er-å tilsette magnesiumet i form av en .ferrosiliciumlegering som inneholder cerium og 5% magnesium. Titanet tilsettes i form av ferrotitan eller som metal-, lisk titan i støpeøsen eller som ferrotitan eller, titanholdig rujern til oynschargen. I enkelte tilfeller tilsettes ceriumet adskilt som mischmetali .eller i form av et hvilket .som helst annet egnet utgangsmateriale. 1 britisk patentskrift nr. 1427445.er beskrevet og krevet ■ en fremgangsmåte ved.behandling av støpejern og som kan anvendes for fremstilling av kompakterte grafittstrukturer i støpejernet,

uten risiko for at for meget titan vil være tilstede i et jern-

med lavt magnesiuminnhold for dannelse av kulegrafitt.fordi en utilstrekkelig titanmengde er tilstede,

i forbindelse med ..jern med høyt magnesiuminnhold. Den pålitelighet som et støpejern med-den kreyede.kompakterte grafittstruktur kan fremstilles med til tross . for avvik fra de forventede.verdier for den metallmengde som behandles eller for svovelinnholdet i jernet,

er således forbedret. Ifølge den krevede fremgangsmåte ifølge det nevnte, britiske patentskrift nr. 1427445 oppnås dette ved en enkel behandling av jernet med en legering inneholdende silicium, magnesium, titan og et sjeldent jordartsmetall, idet resten ut-. gjøres av jern, istedenfor ved adskilt tilsetning av bestanddelene.

Det har imidlertid vi s-t seg ifølge oppfinnelsen at når svovelinnholdet i støpejern er høyere enn .0 ,025-0 , 03% ,.• må., den tilsatte mengde legering økes i forhold til. den mengde som skal . tilsettes ifølge det ovennevnte britiske patentskrift nr. 1427445.. Større tilsatte mengder av legeringen er imidlertid uønskede på grunn av at de medfører risiko for at kulegrafitt vil dannes i en jerncharge hvori det opprinnelige svovelinnhold kan synke til under det forventede nivå.

For å overvinne dette problem tilsettes ved den foreliggende fremgangsmåte kalsium til legeringen, og det har ifølge oppfinnelsen, vist seg at denne tilsetning gjør at det ved anvendelse av en viss tilsatt mengde av legeringen er mulig å fremstille kompaktert grafitt i støpejern innenfor et bredere område for det opprinnelige svovelinnhold.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved behandling

av smeltet carbonholdig jern for fremstilling av støpejern med kompaktert grafittstruktur, og fremgangsmåten er særpreget ved at det til det smeltede jern i ett enkelt trinn tilsettes en legering med den følgende sammensetning uttrykt i vekt%:

idet jernet eventuelt behandles med et podemiddel efter at legeringen er blitt tilsatt.

Oppfinnelsen angår også en legering for utførelse av den foreliggende fremgangsmåte, og legeringen er særpreget ved at den har den i krav 10's karakteriserende del angitte sammensetning.

Forholdet Mg:Ti er fortrinnsvis 1:1-1:2. Forholdet Mg:Ce er fortrinnsvis 50:1-2:1, helst 50:1-10:1. Forholdet Mg:Ca er fortrinnsvis 1:1-1:5.

Legeringen har den følgende foretrukne sammensetning:

Ved fremstilling av dette støpejern er det fordelaktig å pode jernet på den vanlige måte for grått støpejern, idet pode-midlet utgjøres av et eget materiale eller av handelstilgjengelig ferrosilicium. Dette er spesielt gunstig dersom jernet skal

støpes i tynne seksjoner.

Legeringer av den beskrevne type kan fremstilles ved hjelp av vanlige metoder for fremstilling av ferrolegeringer og som bl.a. kan omfatte smelting sammen med de enkelte bestanddeler eller med forlegeringer, eller dannelse av et bad av smeltet legering som inneholder de hovedsakelige bestanddeler, og,, å tilsette de i mindre mengder anvendte bestanddeler til badet. Legeringene kan også fremstilles ved å anvende den vanlige fremgangsmåte med neddykket lysbue for fremstilling av et flytende titan- og/eller kalsiumholdig ferrosilicium, for derefter å tilsette magnesium og andre ønskede elementer ved å slippe disse ned under overflaten av det smeltede, legerte ferrosilicium, fulgt av omrøring for å oppnå en legering med tilstrekkelig jevn-het.

Andre sjeldne jordartselementer kan helt eller delvis anvendes istedenfor cerium..

Nedenfor er gitt et eksempel på anvendelse av legeringen

i flere forskjellige tilsetningsmengder for erholdelse av gode kompakterte grafittstrukturer. Den anvendte legering hadde den følgende sammensetning:

Det behandlede jern hadde den følgende sammensetning:

Fire tappinger ble foretatt, og de tappede mengder jern ble behandlet med hhv. 1%, 1,15%, 1,30% og 1,50% av legeringen, og metallisk silicium ble tilsatt .for at den samlede mengde tilsatt silicium skulle holdes tilnærmet konstant i dé ferdigbehandlede " - mengder av-tappet jern. De tappede og ferdigbehandlede jernporsjoner hadde de følgende sammensetninger:

Fra hver porsjon tappet og behandlet jern ble en stang med

en diameter på 10,16 cm og en stang med en diameter på 3,05 cm støpt. Hver av disse støpte stenger hadde en fullstendig kompaktert grafittstruktur med bare sporadisk forekommende grafittkuler som vanligvis finnes i slikt jern.

Ved en annen forsøksserie ble fordelen erholdt ved å behandle jern med legeringen innen et visst område for svovelinnholdet påvist. To legeringer ble anvendt, hvorav den ene,

legering nr. 1, var en legering ifølge det nevnte britiske patentskrift nr. 1427445 uten kalsium, mens den annen, legering nr. 2, var en legering ifølge oppfinnelsen inneholdende kalsium. Sammen-setningen for hver legering var som følger:

Disse legeringer ble først anvendt for å behandle jern tappet fra to smelter. Den første smelte ble behandlet med 1,5% tilsatt legering og den annen med 1,3% tilsatt legering. Mellom tappingene ble svovelinnholdet i hver smelte gradvis øket fra 0,011% til 0,035%.

De behandlede tappede jernporsjoner fra den første smelte hadde de følgende kjemiske sammensetninger:

De behandlede tappede jernporsjoner frå den annen smelte hadde de følgende sammensetninger:.

Fra hver tappet og behandlet jernporsjon ble en stang med en diameter av 10,16 cm, en stang med en diameter av 3,05 cm og en 3,18 cm tykk senterblokk støpt.

Stengene med en diameter av 10,16 cm og med en diameter av 3,05 cm ble undersøkt metallografisk, og grafittstrukturen i hver stang ble klassifisert i overensstemmelse med en skala fra 1 til 8, idet grafitten var mindre flaklignende og mer kompakt med økende tall innen skalaen fra 1 til 8, og en fullstendig kule-graf ittstruktur ble gitt tallet 8. Den ønskede kompakterte grafittstruktur ble gitt tallene 5 eller 6.

Resultatene for stengene fra den første smelte var:

Resultatene for stengene fra den annen smelte var:

Resultatene for stengene med en diameter av 10,16 cm fra begge smelter er også vist grafisk på fig. 1 som gjelder for stengene støpt fra den første smelte med en legeringstilsetning på 1,5%, mens fig. 2 gjelder for stengene støpt fra den annen smelte med en legeringstilsetning.på 1,3%. Kurvéne for stengene behandlet med legering 1 og med legering 2 ér merket i overensstemmelse hermed på diagrammene.

Det fremgår tydelig både av fig. 1 og fig. 2 at kalsiuminnholdet i legering nr. 2 hjelper til med å undertrykke dannelsen av flakgrafitt slik at det fås kompaktert grafitt v ed. et.svovelinnhold på over ca. 0,025%.

De mekaniske egenskaper for- prøvestenger som ble skåret'fra. de 3,18 cm tykke senterblokker, ble.målt, og resultatene for stengene frå den første smelte var:

Resultatene for stengene fra den annen smelte var:

Resultatene av disse målinger viser at legering nr. 2 ikke hadde noen uheldig innvirkning på de mekaniske egenskaper sammen-lignet med legering nr. 1.

Som vist ovenfor utvider kalsiuminnholdet i legeringen ifølge oppfinnelsen området for svovelinnholdet innen hvilket legeringen kan anvendes for fremstilling av støpejern med kompaktert grafittstruktur.. Det er imidlertid også blitt iakttatt at kalsiuminnholdet utvider området for magnesiuminnholdet innen hvilket kompakterte grafittstrukturer kan fremstilles. Denne sistnevnte virkning er blitt påvist ved anvendelse av den følgende legering:

Denne legering ble anvendt for å behandle en rekke tappede

porsjoner av jern som bare var forskjellige fra hverandre ved. deres innhold av magnesium, og den opprinnelige smelte hadde en carbonekvivalent TC av 4,3% og et svovelinnhold av 0,015%. Tre typer støpestykker ble støpt fra hver tappet jernporsjon, og grafittstrukturen i hvert støpestykke ble bestemt som beskrevet ovenfor. De tre typer av støpestykker var et tynt støpestykke i form av en A.F.S, mikroskiveprøve, et middels tykt støpestykke i form av en senterblokk og et tykkere støpestykke i form av en stang med en diameter på 12,7 cm. Resultatene er,vist grafisk på fig. 3. Det fremgår av denne at støpejern med en kompaktert grafittstruktur ble erholdt innen et område av 0,01-0,05% for magnesiuminnholdet.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved behandling av smeltet carbonholdig jern for fremstilling av støpejern med kompaktert grafittstruktur, karakterisert ved at det til det smeltede jern i ett enkelt trinn tilsettes en legering med den følgende sammensetning uttrykt i vekt%: idet jernet eventuelt behandles med et podemiddel efter at legeringen er blitt tilsatt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det sjeldne jordmetall som tilsettes er cerium.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det tilsettes en legering med et vektf orhold magnesium:titan av 1:1-1:2.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det tilsettes en legering med et vektforhold magnesium: cerium av 50:1-2:1.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det tilsettes en legering med et vektforhold magnesium: cerium av 50:1-10:1.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at det tilsettesen legering med et vektforhold magnesium: kalsium av 1:1-1:5.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6, karakterisert v e d at det tilsettes en legering med den følgende sammensetning uttrykt i vekt%:

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1-7, karakterisert ved at legeringen tilsettes i en mengde av 0,6-1,8 vekt% basert på det smeltede jern.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1-8, karakterisert ved at jernet behandles med ferrosilicium som podemiddel.

10. Legering for tilsetning til smeltet carbonholdig jern for fremstilling av støpejern med kompaktert grafittstruktur, karakterisert ved at den har den følgende sammensetning uttrykt i vekt%:

11. Legering ifølge krav 10, karakterisert ved "•ss at den har den følgende sammensetning uttrykt i vekt%: