DE1216907B - Process for the production of malleable cast iron pieces with steel-like properties up to the inside - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung von Tempergußstücken mit bis in das Innere stahlähnlichen Eigenschaften Temperguß ist bekanntlich eine untereutektische Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die infolge ihres hohen Kohlenstoffgehaltes von etwa 2,4 bis 3,211/o, eine gute Vergießbarkeit besitzt, wodurch es möglich ist, dünnwandige und schwierig gestaltete Gußstücke herzustellen. Im gegossenen Zustand sind die Gußstücke infolge ihrer durch die chemische Zusammensetzung gegebenen Sprödigkeit für normale Zwecke nicht verwendbar. Erst durch eine dem Gießen nachgeschaltete Glühbehandlung ist es möglich, den Gußstücken jenes Maß an Zähigkeit zu verleihen, die übliche Bauteile benötigen. Der Erfolg der Glühbehandlung beruht auf folgenden Vorgängen: Beim weißen oder europäischen Temperguß wird ein Teil des zunächst nur in gebundener Form als Karbid vorliegenden Kohlenstoffes in den inneren Querschnittszonen in Temperkohle umgewandelt und ein Teil des in den äußeren Zonen vorhandenen in einer geeigneten Atmosphäre oxydiert, also dem Gußstück völlig entzogen. Solche Gußstücke bestehen daher am Rand aus praktisch reinem Eisen, während im Innern ein Gefüge aus Temperkohle, Perlit und zum Teil aus Korngrenzenzementit vorliegt. Gußstücke mit dieser Struktur sind für allgemeine Zwecke recht gut brauchbar. Dort jedoch, wo es auf beste technologische Werte und Bearbeitbarkeit ankommt, befriedigen solche Gußstücke nicht, weil die Randzone sehr weich, daher wenig belastbar und bei dauerbeanspruchten Bauteilen dadurch rißanfäHig ist. Sie ist aber auch schlecht bearbeitbar, weil sie zur Bildung von Aufbauschneiden neigt. Die Kernzone weist wohl eine hohe Festigkeit auf, aber die Dehnung genügt oftmals nicht. Die Ursache hierfür liegt in dem Verhalten des Perlits, der normalerweise eine streifige oder lamellare Struktur besitzt. Erst durch eine besondere Glühbehandlung kann die lamellare Struktur in eine globulare umgewandelt werden, wobei wohl die Festigkeit etwas abnimmt, dafür aber die Dehnung erheblich steigt. Gleichzeitig wird dadurch auch die Bearbeitbarkeit verbessert.Process for the production of malleable castings with up to the inside steel-like properties Malleable cast iron is known to be a hypoeutectic iron-carbon alloy, which due to its high carbon content of about 2.4 to 3.211 / o, a good one Has castability, which makes it possible to create thin-walled and difficult-to-shape To manufacture castings. In the cast state, the castings are due to their through the chemical composition given brittleness for normal purposes not usable. It is only possible to make the castings through an annealing treatment that follows the casting to give that level of toughness that common components require. The success The annealing treatment is based on the following processes: In the case of white or European Malleable cast iron is part of what is initially only available in bonded form as carbide Carbon in the inner cross-sectional zones is converted into tempered carbon and a Part of what is present in the outer zones is oxidized in a suitable atmosphere, thus completely withdrawn from the casting. Such castings therefore consist of practical at the edge pure iron, while inside a structure of tempered carbon, perlite and partly from grain boundary cementite is present. Castings with this structure are for general use Purposes quite useful. However, wherever the best technological values and Machinability matters, such castings are unsatisfactory because the edge zone is very soft, therefore not very resilient and therefore susceptible to cracking in components subject to permanent stress is. However, it is also difficult to process because it is used to form built-up edges tends. The core zone has a high strength, but the elongation is sufficient often not. The reason for this lies in the behavior of the perlite, which normally occurs has a streaky or lamellar structure. Only through a special annealing treatment the lamellar structure can be converted into a globular one, with the Strength decreases somewhat, but the elongation increases considerably. Simultaneously this also improves the machinability.

Beim schwarzen oder amerikanischen Temperguß erfolgt das Glühen in einer nicht entkohlenden Atmosphäre, wobei ein Teil oder praktisch der gesamte Gebundene Kohlenstoff in Temperkohle umgewandelt wird. Wird der eutektoide Anteil nicht umgewandelt, so erhält man neben Temperkohle noch Perlit, dessen Struktur lamellar oder globular sein kann.With black or American malleable cast iron, annealing takes place in a non-decarburizing atmosphere, with some or practically all of the bonded Carbon is converted into tempered carbon. If the eutectoid part is not converted, in addition to tempered carbon, perlite, whose structure is lamellar or globular, is obtained can be.

In jedem Fall tritt also Temperkohle auf, so daß sich jeglicher Temperguß von Stahl unterscheidet. Für bestimmte Zwecke kann man jedoch auf die Stahleigenschaften nicht verzichten. Bei einem Stahlguß, Schmiedestück oder mechanisch aus dem Vollen gearbeiteten Werkstück ist es zumeist nicht möglich, Bauteile mit optimalen Gebrauchseigenschaften zu erzeugen, weil, durch die Art der Herstellung bedingt, nur schwer oder überhaupt nicht eine Gestalt gewählt werden kann, die sich den äußeren X räften gegenüber besonders günstig verhält. Bei Temperguß könnte dagegen infolge seiner guten Vergießbarkeit eine Gestalt gewählt werden, die ein wesentlich besseres Festigkeitsverhalten aufweist. Jedoch ist hierzu Voraussetzung, daß das übliche Gefüge des Tempergusses bis in das Werkstückinnere so abgewandelt wird, daß es stahlähnliche Eigenschaften erhält. Dabei werden unter stahlähnlichen Eigenschaften die im Gegensatz zu normalen Tempergußarten und anderen Erzeugnissen des technischen Eisens nur einem entsprechend zusammengesetzten Stahl oder' Stahlguß eigentümlichen Werkstoffeigenschaften verstanden, nämlich die Abwesenheit elementaren Kohlenstoffes (Temperkohle) im Gefüge, die homogene Verteilung der Karbide über den Werkstückquerschnitt, und die im Ergebnis hierdurch bedingte Homogenität im Mikrogefügeaufbau und Gleichförmigkeit der Festigkeitseigenschaften über den gesamten Werkstückquerschnitt.In any case, tempered carbon occurs, so that any malleable cast iron differs from steel. For certain purposes, however, one cannot do without the steel properties. In the case of a cast steel, forged or mechanically machined workpiece, it is usually not possible to produce components with optimal functional properties because, due to the type of production, it is difficult or impossible to choose a shape that corresponds to the outer X. behaves particularly favorably towards forces. In the case of malleable cast iron, on the other hand, due to its good castability, a shape could be selected that has a significantly better strength behavior. However, a prerequisite for this is that the usual structure of the malleable cast iron is modified into the interior of the workpiece in such a way that it has steel-like properties. In this context, steel-like properties are understood to mean the material properties peculiar to only a suitably composed steel or cast steel, in contrast to normal malleable cast iron and other products of technical iron, namely the absence of elemental carbon (tempered carbon) in the structure, the homogeneous distribution of the carbides over the workpiece cross-section, and the resulting homogeneity in the microstructure and uniformity of the strength properties over the entire workpiece cross-section.

Um solche stahlähnliche Eigenschaften von Tempergußstücken zu erzeugen, ist es bereits bekannt, daß ein niedrig legierter, graphitfrei erstarrter Temperrohguß von solcher Zusammensetzung einem Glühfrischprozeß unterworfen wird, daß jegliche Temperkohlebildung unterbunden und der Glühfrischprozeß dann abgebrochen wird, wenn der mittlere Kohlenstoffgehalt im Wandungsquerschnitt demjenigen des angestrebten Enderzeugnisses entspricht, ferner daß der so geglühfrischte Temperguß anschließend einer durchgreifenden Diffusionsglühung, zweckmäßig in neutraler Atmosphäre im Temperaturbereich der festen Lösung, d. h. zwischen A', und der Soliduslinie, so unterzogen wird, daß hierdurch der unhomogene Gefügebau beseitigt und ein Konzentrationsausgleich in der Verteilung der Karbide, und zwar ohne Temperkohlebildung, herbeigeführt wird.In order to produce such steel-like properties of malleable castings, it is already known that a low-alloy, graphite-free solidified malleable cast iron of such a composition is subjected to a hot annealing process that any annealing carbon formation is prevented and the annealing process is then terminated when the average carbon content in the wall cross-section matches that of the desired The end product corresponds, furthermore, that the malleable cast iron thus annealed is then subjected to a thorough diffusion annealing, expediently in a neutral atmosphere in the temperature range of the solid solution, i.e. H. between A ', and the solidus line, is subjected in such a way that the inhomogeneous structure is eliminated and an equalization of the concentration in the distribution of the carbides is brought about without the formation of tempered carbon.

Ein Gefüge stahlähnlicher Art läßt sich nach diesem bekannten Verfahren nur bei überall querschnittsgleichen Gußstücken herstellen, wenn dafür gesorgt wird, daß die Zusammensetzung der Glühatmosphäre während der Diffusionsglühung laufend so geändert wird, daß sie immer mit dem sich ständig ändernden Randkohlenstoffgehalt des Gußstückes im Gleichgewicht, also neutral bleibt, wie es an und für sich bekannt ist, bei exakter Durchführung zur Herstellung eines Erzeugnisses mit garantierten Werkstoffeigenschaften jedoch sehr aufwendige Apparaturen erfordert.A structure of a steel-like type can be produced using this known method only produce castings with the same cross-section everywhere if care is taken that the composition of the annealing atmosphere is ongoing during diffusion annealing is changed so that it always changes with the constantly changing marginal carbon content of the casting in equilibrium, i.e. it remains neutral, as it is known in and of itself is, if carried out exactly, to manufacture a product with guaranteed Material properties, however, requires very expensive equipment.

Bei Gußstücken mit unterschiedlichen Querschnitten - das ist in der Regel der Fall - kann das gewünschte homogene Gefüge mit über alle Querschnitte gleichem Kohlenstoffgehalt auf diese Art überhaupt nicht hergestellt werden, weil der nach dem entkohlenden Glühen verbleibende mittlere Rest Kohlenstoffgehalt in den verschiedenen Querschnitten in Abhängigkeit von der Querschnittsgröße verschieden groß ist. Dies beruht darauf, daß kleinere Querschnitte schneller entkohlt werden als größere. Bei der anschließenden Diffusionsglühung ergeben sich also in den kleineren Querschnitten geringere, in den größeren Querschnitten größere Kohlenstoffgehalte, wobei außerdem, da keine für alle Querschnitte neutrale Glühatmosphäre mehr eingestellt werden kann, der kleinere Querschnitt am Rande im Verhältnis zum Innern aufgekohlt, der größere Querschnitt abgekohlt wird.In the case of castings with different cross-sections - this is usually the case - the desired homogeneous structure with the same carbon content over all cross-sections cannot be produced in this way because the average residual carbon content remaining after the decarburizing annealing in the various cross-sections depends on the cross-sectional size is different. This is due to the fact that smaller cross-sections are decarburized faster than larger ones. The subsequent diffusion annealing results in lower carbon contents in the smaller cross-sections and higher carbon contents in the larger cross-sections, and since it is no longer possible to set a neutral annealing atmosphere for all cross-sections , the smaller cross-section is carburized at the edge in relation to the interior and the larger cross-section is carburized will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der beschriebenen Art so auszubilden, daß bei Tempergußstücken ein über alle Querschnitte des Gußstückes homogenes Gefüge mit gleichem und genau vorgeschriebenem Kohlenstoffgehalt in einfacher Weise und in nur einem einzigen Glühvorgang erzielt werden kann. The invention is based on the object of developing a method of the type described so that, in the case of malleable castings, a homogeneous structure over all cross-sections of the casting with the same and precisely prescribed carbon content can be achieved in a simple manner and in just a single annealing process .

Die Erfindung betrifft ein Verfähren zur Herstellung von Tempergußstücken mit bis in das Innere stahlähnlichen Eigenschaften, wobei das graphitfrei erstarrte Rohgußstück in einer entkohlenden Atmosphäre ohne Temperkohlenbildung geglüht wird. Die Erfindung besteht darin, daß das Rohgußstück in einer Atmosphäre konstant gehaltenen Kohlenstoff-Olehaltes, der entsprechend dem gewünschten -Kohlent' stoffendgehalt des Gußstückes eingestellt ist, so lange geglüht wird, bis über alle Querschnitte ein homogenes Gefüge mit gleichem Kohlenstoffendgehalt erreicht ist. Im übrigen besteht die Möglichkeit, im Anschluß an diese Glühbehandlung eine Nitrierung oder sonstige Härtungs- oder Vergütungsbehandlung od. dgl. durchzuführen. Die erforderlichen Glühzeiten der einzelnen Werkstücke sind abhängig vom größten vorhandenen Wandquerschnitt des Gußstückes und der Glühtemperatur. Die Glühzeiten werden sich daher im einzelnen nur durch Erfahrungswerte festlegen lassen. Um möglichst kurze Glühzeiten zu erhalten, wird man normalerweise die * Glühtemperatur möglichst hoch wählen. Zwar werden die kleineren Querschnitte gegenüber den größeren schneller entkohlt werden; infolge des konstanten Kohlenstoffgehaltes der Glühatmosphäre kann jedoch der Kohlenstoffgehalt in den schneller entkohlenden Querschnitten nicht unter den gewünschten Kohlenstoffendgehalt absinken. Es können daher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Werkstücke mit beliebig großen Wandquerschnittsunterschieden behandelt werden, aber auch in einer Ofenbeschickung mehrere Werkstücke mit beliebig unterschiedlicher Größe gemeinsam geglüht werden.The invention relates to a process for the production of malleable castings with steel-like properties down to the inside, wherein the graphite-free solidified raw casting is annealed in a decarburizing atmosphere without the formation of tempered carbon. The invention consists in that the raw casting is annealed in an atmosphere of constant carbon-oil content, which is set according to the desired final carbon content of the casting, until a homogeneous structure with the same final carbon content is achieved over all cross-sections. In addition, there is the possibility of nitriding or other hardening or tempering treatment or the like following this annealing treatment. The required annealing times for the individual workpieces depend on the largest existing wall cross-section of the casting and the annealing temperature. The glow times can therefore only be determined in detail by empirical values. In order to obtain the shortest possible annealing times, the * annealing temperature will normally be selected as high as possible. It is true that the smaller cross-sections are decarburized more quickly than the larger ones; Due to the constant carbon content of the annealing atmosphere, however, the carbon content in the faster decarburizing cross-sections cannot drop below the desired final carbon content. Thus, according to the method according to the invention, workpieces with wall cross-section differences of any size can be treated, but several workpieces with any size of any size can also be annealed together in one furnace charge.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Werkstücke sich so verhalten, als wenn sie von vornherein aus Stahl gefertigt worden wären, dessen Kohlenstoff-Phalt dem der behandelten Gußstücke entspricht. Die Gußstücke können demzufolge auch den gleichen Wärmebehandlungen unterzogen werden, wie Härten, Vergüten, Oberflächenhärten, Normalglühen, Einformungsglühen usw. Darüber hinaus sind auch Kalt-oder Warmverformungen möglich. Im ganzen erreicht die Erfindung so wesentliche Fortschritte, insbesondere ermöglicht sie die Herstellun g von Gußstücken, die höchsten Ansprüchen auf Festigkeitsverhalten und Bearbeitbarkeit genügen.The advantages achieved by the invention are primarily to be seen in the fact that the workpieces treated by the method according to the invention behave as if they had been made from steel from the outset, the carbon content of which corresponds to that of the treated castings. The castings can consequently also be subjected to the same heat treatments, such as hardening, quenching and tempering, surface hardening, normalizing, molding, etc. In addition, cold or hot deformations are also possible. On the whole the invention achieves so significant progress, in particular it allows the Herstellun g of castings, meet the highest demands on strength behavior and workability.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Tempergußstücken mit bis in das Innere stahlähnlichen Eigenschaften, wobei das graphitfrei erstarrte Rohgußstück in einer entkohlenden Atmosphäre ohne Temperkohlenbildung geglüht wird, d a - durch gekennzeichnet, daß das Rohgußstück in einer Atmosphäre konstant gehaltenen Kohlenstoffgehaltes, der entsprechend dem Kohlenstoffendgehalt des Gußstückes eingestellt ist, so lange geglüht wird, bis über alle Querschnitte ein homogenes Gefüge mit gleichem Kohlenstoffend,gehalt erreicht ist. Claims: 1. A method for the production of malleable castings with steel-like properties up to the inside, the graphite-free solidified raw casting is annealed in a decarburizing atmosphere without temper carbon formation, d a - characterized in that the raw casting in an atmosphere kept constant carbon content, corresponding to the The final carbon content of the casting is set, and the annealing is carried out until a homogeneous structure with the same final carbon content is achieved over all cross-sections. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Entkohlungsglühung die Gußstücke in üblicher Weise aufgestickt, gehärtet, vergütet oder anderweitig behandelt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 888 558; österreichische Patentschrift Nr. 149 336; schweizerische Patentschrift Nr. 266 703; »Härterei-Technische-Mtteilungen«, Bd. 5, 1952, S.2511252.2. The method according to claim 1, characterized in that after the decarburization annealing, the castings are embroidered, hardened, tempered or otherwise treated in the usual way. Documents considered: German Patent No. 888 558; Austrian Patent No. 149 336; Swiss Patent No. 266 703; "Härterei-Technische-Mitteilungen", Vol. 5, 1952, p. 2511252.