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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorlegierung auf der Basis von
Fe-Si-Ca zur Erzeugung von Gußeisen mit Kugelgraphit mit einem Schwefelgehalt von
weniger als 0,03 0/" und einem Calciumgehalt zwischen 0,003
und 0,20
0/0.
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Es ist bekannt, grauem Gußeisen bei der Herstellung zur Verbesserung
der Eigenschaften ein geeignetes Erdalkali, beispielsweise Caleium, und/oder Cer
in geeigneter Form, beispielsweise als Legierung, zuzusetzen. Hierzu wurden bereits
verschiedene Legierungen vorgeschlagen. Nach Zusatz der Metalle und/oder Vorlegierungen
geht eine gewisse Menge der Komponenten in die Gußeisemehmelze über, wodurch sich
bei der späteren Erstarrung der Schmelze eine günstige, z. B. kugelige Graphitstruktur
ergeben kann, was die mechanischen Eigenschaften des Gußgefüges gegenüber einem
unbehandelten Gußeisen bekanntlich wesentlich verbessert.
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Es wurde auch schon eine Legierung aus 10 bis 30
Magnesium,
5 bis 30 0/0 Caleium und 40 bis 80 % Silieium vorgeschlagen.
Diese kann daneben noch Eisen und darüber hinaus Kupfer und/oder Nickel enthalten.
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Bei den bekannten Calciumlegierungen ist jedoch durch das geringe
spezifische Gewicht dieser Vorlegierungen die Vermischung erschwert. Ferner sind
die bekannten Legierungen auf Grund ihrer speziellen Zusammensetzung oftmals ziemlich
teuer, so daß die Behandlung des Gußeisens nicht immer mit der erforderlichen Wirtschaftlichkeit
durchgeführt werden kann.
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Es ist daher Ziel der Erfindung,;eine Legierung zu schaffen, die die
obengenannten Nachteile der bekannten Legierungen nicht aufweist.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch eine Legierung erreicht, die
aus 4 bis 60 "/, Eisen, 5 bis 55 % eines oder mehrerer der
Elemente Silicium, Mangan, Kupfer, Aluminium, 10 bis 400/0 Calcium,
0 bis 5 0/0 Nickel sowie weiteren Erdalkalimetallen, mit Ausnahme
von Calcium, oder seltenen Erdmetallen in einer Menge von max. 20 0/" im Falle von
Magnesium in einer Menge von max. 5 0/" bezogen auf den jeweiligen Calciumgehalt,
besteht.
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Die erfindungsgemäße Legierung wird der Gußeisenschmelze in einem
solchen Anteil zugesetzt, daß sich nach dem Gießen ein graues Gußeisen bildet, das
etwa 0,003 bis 0,20 0/, Calcium und den Graphit in kugeliger Form
enthält.
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Die Eisenschmelze soll einen verhältnismäßig niedrigen Schwefelgehalt
von weniger als 0,03 0/0 aufweisen. Liegt der Schwefelgehalt oberhalb dieses
Wertes, so kann sie zur Senkung des Schwefelgehaltes unter diesen Wert beispielsweise
mit basischer Schlacke, mit Na,-triumcarbonat oder einem Gemisch dieser beiden-
Stoffe entschwefelt werden. Anschließend wird die erfindungsgemäße Vorlegierung
zusammen mit 0 bis 20/, Calciumfluorid oder Magnesiumfluorid zugesetzt, so
daß nach dem Gießen im Eisen ein Caleiumgehalt von 0,003 bis 0,20
% erhalten wird.
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Die mit der erfindungsgemäßen Legierung versetzte Eisenschmelze soll
zur Erzeugung von Gußstücken mit im fertigen Zustand kugeligen Graphit
1,7 bis 4,3 Of, Q
vorzugsweise 2 bis 3,5 0/" sowie etwa
0,5 bis 7 0/0 Si, vorzugsweise etwa 0,8 bis 3,50/" enthalten.
Eine derartige Gußeisenschmelze kann auch noch weitere Legierungsbestandteile enthalten.
Wird eine Gußeisenschmelze, die nach dem Gießen eine untereutektische Zusammensetzung
aufweist, mit so viel der Eisencalciumvorlegierung, die eine ausreichende Menge
an Cer enthält, um in dem fertigen Gußstück einen Cergehalt von mindestens
0,00501,
und weniger als 0,20 % zu bekommen, versetzt, daß das Eisen
des aus dieser Schmelze hergestellten Gußstücks mindestens 0,003 % und weniger
als 0,20 0/, Ca enthält, hierauf geimpft und vergossen, so daß das fertige Gußstück
insgesamt etwa 0,008 bis 0,300/, Calcium und Cer aufweist, dann erhält
man Gußstücke, die ein Gefüge mit kugeligem Graphit aufweisen.
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Die besten Ergebnisse werden dann erhalten, wenn die Summe der aufgenommenen
Anteile des Calciums und Cers in dem Bereich von 0,05 bis 0,10 % liegt.
Der Kohlenstoffgehalt des Gußeisens muß in diesem Falle so eingestellt werden, daß
er geringer ist als der eutektische Wert, der sich gemäß der nachstehenden Formel
aus dem Silicium- und dem Phosphorgehalt ergibt C = 4,3 - 1/a (Si
+ P).
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Wenn sich der Kohlenstoffgehalt auf 2,5 bis 3,70/,
und
der Siliciumgehalt auf 1,5 bis 3,0 % beläuft, werden besonders zufriedenstellende
Ergebnisse erhalten.
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Ein alleiniger Cerzusatz ist zur Erzielung kugeligen Graphits nicht
geeignet. Ferner müssen bei der kombinierten Verwendung von Calcium und Cer Impfmittel
zugesetzt werden, die entweder gleichzeitig mit der Vorlegierung oder nachher zugesetzt
werden können. Das Cer wird dabei vorzugsweise durch die cerhaltige erfindungsgemäße
Vorlegierung zugesetzt.
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Verzichtet man bei unterteutektischen Gußeisenschmelzen mit einem
höheren Schwefelgehalt als 0,03 0/" beispielsweise mit einem Sehwefelgehalt
von 0,05 bis 0,12 "/" auf eine Entschwefelung mit basischen Stoffen, wie
Soda, so kann man die Schmelze auch mit der Vorlegierung allein entschwefeln, wobei
das eingebrachte Calcium in Form seines Sulfids verbraucht wird.
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Diese Tatsache ist bei der Bemessung der zuzusetzenden Menge der Vorlegierung
zu berücksichtigen, damit das Eisen nach dem Vergießen den notwendigen Gehalt an
Calcium besitzt.
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Das Graphit des nach dem obigen Verfahren hergestellten grauen Gußeisens
zeigt eine vollkommen kugelige Gestalt. Bei der Betrachtung durch das Elektronenmikroskop
sieht man, daß die Spaltflächen in dem Inneren der Graphitkugeln im Vergleich zu
den Kugeln, die man bei der Schmelzbehandlung mit Magnesium erhält, in radialer
Richtung stark ausgeprägt sind.
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Das unter Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung hergestellte
graue Gußeisen, welches in den Gußstücken ein Kugelgraphitgefüge aufweist, hat verschiedene
hervorragende Eigenschaften; es besitzt im allgemeinen eine höhere Zugfestigkeit
und zeigt eine mehr als 100%ige Verbesserung im Vergleich zu dem unbehandelten Gußeisen
von ähnlicher Zusammensetzung, jedoch ohne Calcium- und Cer-Gehalt. Die erfindungsgemäße
Vorlegierung besitzt gegenüber den für diesen Zweck bekannten Legierungen durch
ihr hohes spezifisches Gewicht und durch ihre Wirtschaftlichkeit entscheidende Vorteile.
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Beispiel 1
Es wurde eine Gußeisenschmelze mit einem Gehalt von
etwa 2,9 0/() C, etwa 2,10/" Si, etwa 0,35 % Mn und 0,060/,
P hergestellt, worauf eine ausreichende Menge Caleium und Cer zugesetzt wurde, um
in den fertigen
Gußstücken einen Gehalt von etwa 0,055010
Calcium und etwa 0,0240/0 Cer zu bekommen. Für den Zusatz von Calcium wurde ein
Gemisch aus 2,5 0/, der Eisen-Calcium-Vorlegierung (29,50/, Ca, 33,50/, Fe,
0,40/, Mg, 1,501, Ce, Rest hauptsächlich Si) und 0,60/, Calciumfluorid (als
Flußmittel) verwendet. Die Gußeisenschmelze wurde mit Ferrosilicium geimpft und
dann vergossen, wobei durch das Impfen 0,40/, Silicium zugeführt wurden. Dieses
Gußeisen stellte ein graues Gußeisen mit Kugelgraphit dar; es wurde eine Zugfestigkeit
von 59,8 kp/mm2, eine Dehnung von 20/, und eine Brinellhärte von
278 kp/mm2 ermittelt. Beispiel 2 Es wurde eine untereutektische Eisenschmelze
mit einem Gehalt von etwa 3,10/, Q etwa 2,6 0/, Si, etwa
0,18 0/, Mn und etwa 0,040/,) P hergestellt, die mit ausreichenden Mengen
von Caleium und Cer versetzt wurde, damit die fertigen Gußstücke etwa
0,03501,
Caleium und etwa 0,0320/, Cer enthielten. Für den Zusatz von
Caleium wurde ein Gemisch aus 2 0/0 einer Eisen-Calcium-Vorlegierung (22,30/,
Ca, 27,60/, Fe, Rest fast ausschließlich Si) und 10/, Magnesiumfluorid (als Flußmittel)
verwendet. Die auf diese Weise behandelte Schmelze wurde mit Ferrosilicium geimpft,
wodurch 0,30/0 Silicium eingeführt wurden. Dieses Gußstück zeigte einen stahläWichen
Bruch und einen vollkommen kugeligen Graphit, begleitet von einer geringen katzenaugenartigen
Struktur; es hatte eine Zugfestigkeit von 57,8 kp/mm2, eine Dehnung von
3 0/() und eine Brinellhärte von 299 kp/MM2.