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Verfahren zum Impfen von Gußeisen Es ist bekannt, durch Impfen von
Gußeisenschmelzen eine Verbesserung des Gußgefüges herbeizuführen. Bekannte Impfmittel
sind z. B. Graphit, Legierungen des Siliziums mit den Erdalkali-Metallen, Legierungen
des Siliziums mit Magnesium, Eisen, Zirkonium, Nickel oder Mangan, wobei diese Impfmittel
allein oder als Gemisch verwendet werden können.
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Im Hinblick auf die Art des Einbringens der Impfmittel in die Gußeisenschmelze
ist bekannt, die Schmelze in der Gießpfanne etwa durch Einrühren der feinkörnigen
Impfmittel zu impfen. Die Impfung erfolgt wegen des mit der Zeit abklingenden Impfeffektes
möglichst kurz vor dem Abguß, jedoch läßt sich nicht vermeiden, daß der Impfeffekt
bei längeren Gießzeiten am Gießende geringer ist als bei Gießbeginn. Zur möglichst
wirkungsvollen Impfung ist ferner bekannt, sogenannte Doppelimpfungen durchzuführen.
Dabei wird die Schmelze sowohl vor Gießbeginn in der Gießpfanne als auch nochmals
unmittelbar vor dem eigentlichen Abguß geimpft, vorzugsweise beim Umfülllen in die
oft verwendeten kleinen Handpfannen. Es ist ferner bekannt, eine geimpfte Schmelze
außerhalb der Form durch ein trichterförmig ausgebildetes und impfende Substanzen
geeigneter Zusammensetzungen enthaltendes Filter in die Form einzugießen. Andere
bekannte Vorschläge sehen auch eine Impfung der Schmelze durch direktes diskontinuierliches
oder kontinuierliches Einstreuen des Impfmittels in den Gießstrahl während des Abgusses
vor, wie auch die Herrichtung von mit Impfmitteln eingestäubten Gußformen.
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Diese bekannten Impfmethoden befriedigen in der betrieblichen Praxis
nicht in allen Fällen, sei #es, daß die Impfwirkung zu rasch abklingt, sei es, daß
die in dem Gießstrahl oder die lose in der Form befindlichen Impfmittel leicht vom
Schmelzfluß weggespült oder eingeschlossen werden und wegen ungleichmäßiger Verteilung
und Lösung, nicht zur gewünschten Wirkung kommen. Die Folg.- sind unzureichende
oder unterschiedliche Beeinflussungen des Gußgefüges oder Einschlüsse im Guß.
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Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, diese
nachteiligen Wirkungen der Impfbehandlungen von Gußeisenschmelzen zu beseitigen
und ein hochwirksames Impfverfahren zu entwickeln, bei dem sich das Impfmittel gleichmäßig
und schnell in der Schmelze löst, und zwar unmittelbar vor der Erstarrung der Schmelze,
weil nur dann eine größtmögliche Auswirkung der von der Schmelze aufgenommenen Impfmittelmenge
gegeben ist. Die Erfindung geht dabei von der überlegung aus, daß die
C C Impfwirkung des Impfmittels mit der Zeit sehr schnell nachläßt, und zwar
sinkt die Impfwirkung unmittelbar nach dem Auflösen des Impfmittels in der Schmelze
sehr rasch und dann langsamer ab., was etwa dem Verlauf einer e-Funktion entspricht.
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Es wurde nun gefunden, daß ein Verfahren zur verbesserten Impfung
von Gußeisen darin besteht, daß die Gußeisenschmelze in der Form beim Durchströmen
des Anguß- bzw. Anschnittsystems der Form oder auch Kokille mit dem darin eingeformten
Impfmittel in Berührung gebracht wird.
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Es hat sich hierbei gezeigt, daß der Metallstrom in günstiger Weise
geringe Mengen des Impfmittels ablöst und sofort aufnimmt, ohne daß zugleich Kornpartikeln
in nennenswertem Umfang mitgerissen werden.
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Zweckmäßi- wird das Impfmittel in Gestalt eines Formkörpers verwendet.
Ein solcher Formkörper kann in das Ausguß- bzw. Anschnittsystein als Platte in dafür
vorhandene »Kernmarken« eingebracht werden. Er kann aber auch als Rohrstück ausaebildet
sein, welches die Schmelze im Anguß- bzw. Anschnittsystem durchströmt.
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Bei einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist der Impfmittelkörper als sogenannter Siebkern ausgebildet.
Siebkerne
werden in bekannter Weise häufig zur Regelung der Gießgeschwindigkeit und der Turbulenz
der Schmelzen#trömuno, verwendet.
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Ein solcher Formkörper des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ganz
aus dem Impfmittel bestehen, wobei ein solcher Formkörper durch Vergießen des Impfmittels
oder durch Verpressen des zerkleinerten Impfmittels - gegebenenfalls unter
Verwendung eines Bindemittels - hergestellt wird. Hierbei richtet sich die
Korngröße des Impfmittels nach Art und Größe des Formkörpers, was sich leicht in
einfachen Versuchen ermitteln läßt. Der Formkörper kann aber auch nur teilweise
aus dem Impfmittel aufgebaut sein, wobei der übrige Teil aus neutralem Material,
z. B. Formsand, besteht. Zweckmäßig wird bei einem solchen Formkörper das Impfmittel
dann weitgehend in die der einströmenden Schmelze zugekehrten Seite des Formkörpers
eingepreßt.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich die für das Impfen
von Gußeisen an sich bekannten Impfni ittel und Legierungen. Solche Legierungen
sind im wesentlichen Legierungen des Siliziums mit den Erdalkali-Metallen, mit Magnesium,
mit Zirkonium, mit Eisen, mit Nickel und/oder Mangan. Diese Legierunaen werden für
sich allein wie auch im Gemisch verwendet. Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird
mit besonderem Vorteil eine Legierung oder ein Legierungsgemisch verwendet, das
sich zusammensetzt aus 6 bis 16% Mg, vorzugsweise 9 bis 12% M2,
8 bis 20% Fe, vorzugsweise 10 bis 15% Fe, 0,2 bis 10% Ca, vorzugsweise
3 bis 611o Ca, Rest Si, gegebenenfalls, aber nicht notwendigerweise, noch
Kupfer und/oder Nickel und/oder Zinn.
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Die Verwendung solcher magnesiumhaltigen Impfmittel nach dem erlindungsgemäßen
Verfahrcn führt züi einer besonders guten Löslichkeit und Wirksamkeit in der Schmelze,
so daß sich die Impfmethode auch bei abgekühlteren Schmelzen durchführen läßt, welche
einer Impfbehandlung nach bekannten Verfahren nicht mehr ohne weiteres zugänglich
sind, was insbesondere auch für die Verwendung Ca-reicher Impfmittel gilt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung weist wesentliche Vorteile auf,
insbesondere beim Vergießen von solchen Gußeisenschmelzen, die der Herstellung von
Gußeisen mit lamellarem oder kugelförmigem Graphit dienen. Auf Grund des erst unmittelbar
beim Vergießen und auch innerhalb der Form erfolgenden Irnpfprozesses wird eine
hohe Wirksamkeit des Impfmittels erzielt. Da das Impfmittel im Formkörper bzw. in
der Form fest eingeformt ist, wird nur ein jeweils kleiner und gleicher Anteil von
der einströmenden Schmelze in der Zeiteinheit in guter Verteilung aufgenommen und
gelöst. Hierdurch wird mit einer wesentlich herabgesetzten Impfmittelmenge eine
hohe Zahl von Kristallisationskeimen in die Schmelze eingebracht, und es gelingt,
Gußstücke aus Gußeisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit praktisch völlig zementitfrei
zur Erstarrung zu bringen, während die nach bekannten Verfahren hergestellten im
Gußgefüge noch Zementit enthalten.
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Von besonderem Vorteil ist die Impfung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren in den Fällen, in denen eine hohe Impfwirkung erwünscht, eine Veränderung
der chemischen Zusammensetzung der Schmelze aber unterbleiben soll.
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Wird üblicherweise eine für Gußeisen mit Lamellengraphit vorgesehene
Schmelze mit Impfmittel in einer Menge von 0,1 bis 0,511/o der Schmelzmenge
und eine für Gußeisen mit Kugelgraphit vorgesehene Schmelze mit Impfmittel in einer
Menge von 0,4 bis 1 % der Schmelzmenge behandelt, so braucht nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren in beiden Fällen nicht mehr als 0,1%,. vorzugsweise 0,011/o Impfmittel
in der Schmelze gelöst zu werden, um bei gleicher Endanalyse des Gußstückes vergleichbare
Impfeffekte zu erzielen.
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Ein Impfprozeß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann aber auch
im Anschluß an eine vorausgegangene Impfung einer Schmelze ausgeführt werden, wobei
sich der Impfeffekt der ersten Impfung in der Pfanne und der Impfeffekt des Impfprozesses
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergänzen.
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An Hand der folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Beispiel 1
a) Herstellung eines Siebkernes aus Impfmitteln ohne neutrale Zusätze
Gemahlenes Ferrosilizium der Korngröße 0 bis 6 mm wird mit üblichem
Wasserglasbinder im Gewichtsverhältnis 9 : 1 gemischt und die Masse zu Siebkernen
in geeigneten Kernkästen geformt. Die Aushärtung der Formlinge erfolgt durch Behandeln
mit COV Zweckmäßig erfolgt die Verfestigung aber durch einfaches Auslagern, wobei
das Ferrosilizium mit dem Wasserglas unter weiterer Silikatbildung reagiert und
abgebunden wird. Zur Erzielung blanker Oberflächen wird der Formling abgeschliffen.
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b) Herstellung eines Siebkernes aus Impfmitteln unter Verwendunc,
von Sand oder keramischen Stoffen C
Der für eine Herstellung von Siebkernen
geeignete Kernkasten wird mit körnigen Impfmitteln wie Ferrosilizium und Ca-Silizium
ausgelegt, die mit Formsand, öl-Sand oder C02-Sand oder keramischen Stoffen hinterstampft
werden. Die Verfestigung kann je nach Art des Sandes oder der keramischen
Stoffe beispielsweise durch CO,-Behandlung, Auslagern oder durch Brennen erfolgen.
Beispiel 2 Impfen von Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen mit Lamellengraphit
Eine aus aufgekohltem Stahlschrott hergestellte Gußeisenschmelze mit folgender Zusammensetzung-3,02
C, 0,57 Mn, 0,71 P, 0,044 S, 2,11 Si, Rest Fe, wurde ohne vorausgehende
Impfbehandlung jeweils durch verschiedene im Angußsystem der Form befindliche Siebkerne
zu Proben verschiedener Wanddicke vergossen. Die Siebkerne enthielten a) kein Impfmittel,
b) in der Oberfläche befindliche Stücke von Legierungen aus Ca-Si, Fe-Si
und Zr-Si.
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Beurteilt wurden Schliffbilder aus Proben mit
15 mm Wanddicke.
Die Gußeisenschmelze zeigte folgende Endanalyse:
3,02 C, 0,59 Mn,
0,70 P, 0,044
S, 2,18 Si, Rest Fe.
Aus der nun folgenden
Tabelle geht hervor, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geimpfte Gußeisen
ein rein perlitisches und völlig zementitfreies Grundgefüge hatte, obwohl die Analyse
sich durch die Impfung praktisch nicht änderte.
Beispiel
3
Impfen von Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit
Eine Gußeisenschmelze mit der Zusammensetzung
3,7 C, 0,3 Mn, 0,04 P, 0,02
S, 1,8 Si, Rest Fe, wurde in bekannter Weise mit
1 % einer Vorlegierung
mit 15% Mg und 85% Ni behandelt. Nach dieser Behandlung enthielt die Schmelze etwa
0,05 % Magnesium, was für eine Kugelgraphitbildung bekanntlich völlig ausreicht
und
0,85 % Nickel.
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Diese Schmelze wurde teilweise ungeimpft und teilweise nach dem Einrühren
von 0,7% Ferrosilizium zu Proben gleicher Abmessung vergossen, wobei der Abguß in
jedem Fall durch einen im Angußtrichter der Formen befindlichen Siebkern erfolgte.
Zur Verwendung kamen: a) Siebkerne aus Sand ohne Impfmittelzusatz, b) Siebkerne
aus Sand mit einem in der Oberfläche des Siebkernes befindlichen körnigen Ferrosilizium
mit 90% und einer Korngröße von 3
bis 7 mm.
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Beurteilt wurden Schliffbilder aus Proben mit
15 mm Wanddicke.
Aus der folgenden Tabelle sind die vorteilhaften Ergebnisse des vorgeschlagenen
Impfverfahrens hinsichtlich der Beseitigung des Zementits im Gußgefüge ersichtlich.
| Grundgefüge |
| (enthaltend |
| Schmelze Siebkerntyp 90 Oto freien Graphit |
| in Form |
| von Spärolithen) |
| Ungeimpfte Sandsiebkern 50 % Perlit |
| Schmelze 40 1/o Zementit |
| 10 % Ferrit |
| desgl. Sandsiebkern 80 bis 90 % Perlit |
| + FeSi: 90 0 bis 5 l)/o Zementit |
| (in Stücken an 10 bis 20 % Ferrit |
| der Oberfläche) |
| Grundgefüge |
| Schmelze Siebkerntyp (enthaltend 90 ü/o |
| freien Graphit in |
| Form von Sphärolithen) |
| Geimpfte Sandsiebkern 80 bis 90 ofo Perlit |
| Schmelze 5 bis 10 % Zementit |
| 5 bis 10 ü/o Ferrit |
| desgl. Sandsiebkern 60 bis 70 % Perlit |
| + FeSi: 90 |
| (in Stücken an 20 bis 30 % Ferrit |
| derOberfläche) |