WO1982003410A1 - Method for the preparation of vermicular graphite cast iron and device allowing to implement such method - Google Patents

Method for the preparation of vermicular graphite cast iron and device allowing to implement such method Download PDF

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cast iron with vermicular graphite.
  • Cast iron with vermicular graphite is a relatively new material between cast iron with lamellar graphite (GGL) and cast iron with spheroidal graphite (GGG). Due to its mechanical properties such as tensile strength, toughness and modulus of elasticity, as well as its thermal conductivity, the material GGV can be regarded as particularly suitable for e.g. diesel engine cylinder heads, steel mill molds and turbocharger housings, essentially wherever the parts are subjected to a non-shock-like temperature change. In this respect, GGV is superior to GGL. Compared to the material GGG, GGV has a high thermal conductivity and better casting properties. In particular, the decay effect of the magnesium in the treated cast iron melt is less pronounced, whereby a pouring time of more than 20 minutes can be achieved. The reduced tendency to blow holes and better machinability also speak in favor of GGV.
  • the material GGV can be produced by treating the base melt with magnesium (Mg) or with calcium carbide (CaC 2 ) with a subsequent addition of titanium (Ti) or cerium mixed metal.
  • CaC 2 desulphurization can be seen, for example, from DE-PS 1 911 024 and a titanium addition from DE-OS 15 33 279.
  • Pure magnesium desulfurization has the advantage over CaC 2 desulfurization that the duration of the treatment can be reduced to about 1/5.
  • a separate vessel with an insertion device for, for example, CaC 2 is unnecessary. It is also not advisable to add Ti, among other things because the titanium carbides formed are difficult to dissolve.
  • the method according to the invention can dispense with the harmful addition of Ti.
  • Treatment with pure magnesium is advantageously carried out in a pure magnesium converter, which from the DE-PS
  • the weight of the cast iron to be treated, its S content, and the weight of the pure magnesium addition must be fairly accurate.
  • the temperature in the converter should also be within a tolerance limit of at least ⁇ 20 ° C.
  • the ratio of Mg: S in the range from 0.8-2.5, preferably from 1.2-2.0, is adjusted immediately before the start of casting by adding sulfur iron or Mg master alloy.
  • the best results were obtained with a Mg: S ratio of about 1.8: 1.
  • the optimal ratio of Mg: S must be determined in each foundry and checked at regular intervals.
  • cerium in the form of mixed metal and / or other elements such as Al, Zr, Ca delays spherulitization in pure magnesium treatment and thus expands the area in which GGV forms.

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Description

Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargraphit und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargraphit.
Gusseisen mit Vermiculargraphit (GGV) ist als relativ neuartiger Werkstoff zwischen Gusseisen mit Lamellengraphit (GGL) und Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG) anzusiedeln. Wegen seiner mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Zähigkeit und Elastizitätsmodul sowie wegen seiner Wärmeleitfähigkeit kann der Werkstoff GGV für z.B. Dieselmotorzylinderkcpfe, Stahlwerkskokillen und Turboladergehäuse als besonders geeignet betrachtet werden, im wesentlichen überall, wo die Teile einem nicht schockartigen Temperaturwechsel unterworfen sind. In dieser Beziehung ist GGV dem Werkstoff GGL überlegen. Gegenüber dem Werkstoff GGG weist GGV sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und durch bessere giesstechnische Eigenschaften aus. Insbesondere ist der Abklingeffekt des Magnesiums in der behandelten Gusseisenschmelze weniger ausgeprägt, wodurch eine Ve.rgiesszeit bis mehr als 20 Min. erreicht werden kann. Auch die verringerte Lunkerneigung und die bessere Bearbeitbarkeit sprechen für GGV.
Der Werkstoff GGV ist herstellbar, indem eine Behandlung der Grundschmelze mit Magnesium (Mg) oder mit Calciumcarbid (CaC2) mit einem nachfolgenden Zusatz von Titan (Ti) oder von Cer-Mischmetall durchgeführt wird. Eine CaC2-Entschwefelung geht z.B. aus der DE-PS 1 911 024 und eine Titan-Zugabe aus der DE-OS 15 33 279 hervor.
Aus der DE-OS 24 58 033 ist ein einschlägiges Verfahren bekannt, demgemäss eine Ausgangsschmelze mit Mg vorbehandelt wird, bis der Schwefelgehalt auf 0,01 % S sinkt und wobei die Zeit zwischen der Mg-Behandlung und dem Zusatz von Seltenerdmetallen so bemessen ist, dass keine Kugelgraphitbildung stattfindet. Nicht erläutert ist, wie diese Zeit zu bestimmen sei. Diese Schrift lehrt ebenfalls, dass eine gewünschte Vermiculargraphitbildung durch reines Mg nicht hervorgerufen werden kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obengenannten Nachteile zu vermeiden und ausgehend vom Stand der Technik ein Verfahren samt Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen auf schnelle, wirtschaftliche und treffsichere Art ein Gusseisen mit Vermiculargraphit herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Es wurde nämlich, entgegen dem Befund der obengenannten DE-OS 24 58 033 nachgewiesen, dass die Herstellung des Werkstoffs GGV im Anschluss an eine Reinmagnesiumentschwefelung möglich ist.
Die Reinmagnesiumentschwefelung hat gegenüber der CaC2- Entschwefelung den Vorteil, dass die Dauer der Behandlung auf etwa 1/5 verkürzt werden kann.
Ausserdem haben diejenigen Giessereien einen grossen Vorteil, die bereits in ihrem Betrieb einen Reinmagnesiumkonverter zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit installiert haben. Es ist dann möglich, kurzfristig und, falls erforderlich, nur für kürzere Zeit auf die Herstellung des Werkstoffs GGV umzustellen; dies bedarf nur einer entsprechenden Gewichtsreduktion des zugegebenen Reinmagnesiums. Das ist insbesondere deshalb interessant, da die Nachfrage von GGV verglichen mit GGG noch nicht gross ist.
Ein separates Gefäss mit einer Einbringvorrichtung für z.B. CaC2 erübrigt sich. Des weiteren ist von einer Ti-Zugabe abzuraten, u.a. da die gebildeten Titancarbide schwer löslich sind. Das erfindungsgemässe Verfahren kann auf den schädlichen Zusatz von Ti verzichten.
Ausgangsschmelzen, welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden können, weisen typischerweise folgende Zusammensetzung auf:
3,4 ≤%C ≤4,0; / 2,0≤% Si ≤3,0, / 0,1 ≤ % Mn ≤ 0,6; 0,02 ≤ % S; / Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen. Die Behandlung mit Reinmagnesium erfolgt vorteilhafterweise in einem Reinmagnesium-Konverter, der aus den DE-PS
18 15 214, 22 16 796 und 22 15 416 bekannt ist, bei einer
Temperatur von 1450 - 1520° C und ergibt typischerweise eine Analyse von:
3,4 ≤% C ≤4,O; / 2,0 ≤% Si ≤ 3,0, / 0,1 ≤% Mn ≤0,6; /
0,010 ≤% Mg - ≤,025; / 0,005 ≤ % S ≤0,015; / Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen.
Eine hohe Arbeitsgenauigkeit ist erforderlich. So muss das Gewicht des zu behandelnden Gusseisens, dessen S-Ge-halt, und das Gewicht der Reinmagnesiumzugabe ziemlich genau vorliegen. Auch soll die Temperatur im Konverter iinnnneerrhhcalb einer Toleranzgrenze von mindestens ± 20º C liegen.
Ausgehend von der nach der Reinmagnesiumbehandlung vorliegenden Analyse wird unmittelbar vor Giessbeginn das Verhältnis von Mg:S im Bereich von 0,8 - 2,5, vorzugsweise von 1,2 - 2,0 durch Zugabe von Schwefeleisen oder Mg-Vorlegierung eingestellt. Die besten Resultate wurden mit einem Verhältnis von Mg:S von etwa 1,8:1 erhalten. Das optimale Verhältnis von Mg:S muss in jeder Giesserei selbst ermittelt und in regelmässigen Abständen überprüft werden.
Es hat sich gezeigt, dass eine Cer-Zugabe in Form von Mischmetall und/oder anderer Ξlemente wie AI, Zr, Ca die Sphärolitisierung bei der Reinmagnesiumbehandlung verzögern und damit den Bereich in dem sich GGV bildet erweitert.
Bei einwandfreien Herstellbedingungen (Zurückhalten der Behandlungsschlacke im Konverter, in der Transport- und/ oder Giesspfanne, nicht übermässiger Kontakt mit dem Luftsauerstoff, Schutz gegen zu schnelles Abkühlen) wurden bei betriebseigenen Versuchen VergiessZeiten von über 20 Min. erreicht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung eines Gusseisens mit Vermiculargraphit in einem Konverter, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsschmelze mit einem Schwefelgehalt von bis zu 0,3 % durch eine Reinmagnesiumbehandlung entschwefelt und mit Magnesium legiert und das Verhältnis von Mg zu S gegebenenfalls mehrstufig auf einen Wert von 0,8 bis 2,5 eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Mg zu S 1,2 - 2,0 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Mg/S-Verhältnisses durch vorzugsweise Nickelmagnesium erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Mg/S-Verhältnisses durch Zugabe von Schwefel, vorzugsweise von Schwefeleisen erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. dass der zu behandelnden Schmelze seltene Erden zugegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zu behandelnden Schmelze als Zusatz Cer-MM und/oder AI und/oder Zr und/oder Ca z.B. in Form von CaSi zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mg-Gehalt der Schmelze derart gesteuert wird, dass bei hohem Mg-Gehalt zur Senkung des Mg-Wertes schwefelhaltiges Eisen und bei tiefem Mg-Gehalt zur Erhöhung des Mg-Wertes eine Magnesiumvorlegierung wie z.B. eine Ni-Mg-Legierung zugegeben wird, so dass der Magnesiumgehalt der Schmelze im Bereich von 0,010 - 0,025 % eingestellt werden kann.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein kippbares Behandlungsgefäss mit einer in einem Bodeneckbereich eingebauten Reaktionskammer, wobei die Kammer eine verschliessbare Oeffnung für die Zufuhr von Reinmagnesium in der Wand des Gefässes aufweist (DE-PS
1 815 214 und 2 219 740).
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