DE1433565A1

DE1433565A1 - Verfahren und Herstellung von Gusseisen unter Verwendung von verbessertem Roheisen

Info

Publication number: DE1433565A1
Application number: DE19631433565
Authority: DE
Inventors: Kessler Harry Harvey; Moore William Henry
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-08-20
Filing date: 1963-08-14
Publication date: 1968-11-21
Also published as: ES290015A1; NL144329B; GB1059724A; CH445537A; FI43443B; DK117575B; ES292547A1; US3278299A

Description

Verfahren zur Herstellung von Gußeisen unter Verwendung von verbessertem Eoheisen

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Roheisen für Umschmelzzwecke. Normales G-ießereiroheisen enthält Kohlenstoff in Form von Graphit oder von freiem Karbid, v/obei der größere Anteil zum graphitischen Typ gehört. Der graphit besteht aus großen stengeligen oder hornartigen Teilchen aus Garschaum oder Primärgraphit zusammen mit grobem Sekundärgraphit in unregelmäßiger Verteilung.

Mach der ASiM-Ai¹S Graphit-Classifieation ist dieser Typ C-Graphit genannt»

Es ist ein Anliegen der Erfindung, Eoheisen mit kompaktem oder knotenförmigem Graphit und wesentlich verringerten Anteilen an stengeligem Garschaum herzustellen. YsTeiterhin soll das Eoheisen weitgehend von Elementen "befreit sein, welche die Bildung von Flockengraphit begünstigen. Schließlich soll das Eoheisen den Umscnmeizen gute physikalische und mechanische Eigenschaften vererben. Einzelheiten sind der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen·

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KL/3

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- 1 zeigt im SehUBfrild mit 100-faclier Vergrößerung den typischen Garschaum und Iramellengraphit Iron handelsüblichem Boheisenj _;-, :_;-.·.

Mg. 2 zeigt im selben Maßstab ein erfindungsgemäß hergestelltes Saheisen mit laiotenförmigem und kompaktem Lamellengraphit}

Fig. 3 zeigt ein aus gewöhnlichem Roheisen umgeschmolzenes Eisen, vergl. die Zonen mit Garschaumgraphit, ASP-Typ Oj . . '

Fig. 4 zeigt ein aus erfindungsgemäß hergestelltem Eoheisen umgeschmolzenes Eisen. Man erkennt die praktische Freiheit von Garschaumgraphit und die verbesserte Verteilung des Flockengraphits, ASF-Typ A.

Bekanntlich hat Gießereiroheisen immer einen großen Anteil an der Gattierung eines Ofens für die Herstellung von Eisengußstücken gehabt. Allerdings kann der Anteil, insbesondere mit Rücksicht auf die Preisverhältnisse Eoheisen zu Guß- und Stahlschrott in weiten Grenzen verändert v/erden· In den meisten Gußeisensorten ist jedoch-ein Mindestgehalt an Eoheisen immer erwünscht gewesen, vor allem weil seine chemische Zusammensetzung bekannt ist und bestimmte vorteilhafte Eigenschaften auf die Umschmelze übertragen werden. Der Roheisenanteil in einer Durchschnittsgattierung kanii' ' zwischen 10 und 100$ liegen} meistens liegt er jedoch bei" etwa 25 bis 40$.

Es ist in Fachkreisen bekannt, daß die Art des jeweiligen ■■-. Eoheisens. einen großen Einfluß auf das Erzeugnis zweiter Schmelzung hat. Diese oft "Vererbung" genannte Eigenschaft wurde vielfach solchen Roheisen zugesQhrieben, die in spezieller Y/eise, z.B« als Holzkohleneisen, erschmolzen werden, oder die Spurenelemente, wie Vanadium oder Titan, enthalten*

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Aber ungeachtet der Präge, ob solche Behauptungen im einzelnen stimmen, ist es eine gesicherte Erkenntnis, daß die Art des Roheisens einen erheblichen Einfluß auf das metallurgische und gießereitechnische Verhalten der mit diesem Roheisen hergestellten Umschmelze hat_e

Seit einigen Jahren, insbesondere seit dem Aufkohlen von Kugelgraphit und der Erkenntnis, daß kleine Liengen von bestimmten Elementen einen großen Einfluß auf den Graphit im Gußeisen ausüben, haben die Ivletallurgen sich in steinendem Maße darum bemüht, Roheisensorten zu erzeugen, die in kleinen Mengen Spurenelemente enthalten, welche die Metallurgie der Enderzeugnisse entscheidend verändern«

Es ist i.uch erkannt worden, daß Größe, Form und Anordnung des Graphits im Roheisen die Eigens du. ft en in der umschmelze bestimmen· Im allgemeinen wird ein Roheisen mit großen Uengen groben Lanellcingraphits und stengeligem Garschaum ein Gußeisen mit ähnlichem Graphit hervorbringen, während Roheisen mit feineren Graphitlamellen und weniger Gurschaum Gußeisen mit leinen jrapliitlL.uiellen hervorbringt*

i)s :-ch-jint kein jroliur Unterschied zwischen den Jießerei-Koheiö'jn zu benteh.cn, uLjesehen vielleicht von dem Liengenverhältnii; deo freien Karbides zum Graphit, co daß ein iiolieisen meliert oder teilweise weiß 3oin kai in und dann ein Gußeisen mit verbessertem Graphit liefert in Abhängigkeit von der chemiochen Zusammensetzung und dem Schmelz- unci Behandlungsverfahren.

Der Eoheisenanteil einer Gattierung dient üblicherweise ouch. dem Zweck, Silizium in die Schmelze einzubringen, wobei meistens solche Siliziummengen im Holieisen vorliegen, daß das Bisen vollständig grau ist·

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Bin vollständig graues Eoneisen gibt aber dem Metallurgen nur geringe Möglichkeiten, die Graphitstruktur des Gußeisens zu verbessern·

Bekanntlich werdem beim Schmelzprozess nicht alle im Roheisen vorkommenden Graphitlamellen zerstört. Daher wird ein Roheisen mit grobem Graphit ein Eisen von geringerem Schreckwert hervorbringen als ein Roheisen mit feinem Graphit, weil der Graphit schwieriger vollständig in Lösung zu bringen ist und ungelöste Graphitteilchen als Keime für die Ausfällung weiteren Graphits aus der Schmelze wirken.

Es wurde nun gefunden, daß ein Roheisen, welches Graphit in Knotenform oder teilweise in Knotenform und wenig oder keinen Garschaum oder Primärgraphit in Lamellenform enthält, beim Umschmelzen Gußeisen mit erheblich verbesserten mechanischen Eigenschaften ergibt·

Es wurde weiter gefunden, daß ein solches Roheisen sich besonders für die Herstellung von Temperguß nach dem üblichen Verfahren eignet und daß dabei ein Temperguß anfällt mit geringerer Neigung zu Primärgraphit in größeren Gußquerschnitten. Auch kann festgestellt werden, daß ein Temperguß, der erfindungsgemäß hergestellt ist, sich besser tempern läßt als mit anderen üblichen Roheisen hergestellter Temperguß.

Weiter wurde festgestellt, daß bei Benutzung von Roheisen, welches bereits knotenförmigen Graphit enthält, keine Schwierigkeiten bei der Herstellung von Kugelgraphiteisen entstehen, welches schädliche Elemente enthält, die sonst eine erfolgreiche Überführung des Graphits in die Knötchenform verhindern«

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Die Ursache für die Verbesserung von Gußeisen, welches erfindungsgemäß aus verbessertem Roheisen hergestellt wird, ist noch nicht völlig bekannt, jedoch kann angenommen werden, daß die Verbesserung mit der erhöhten Fähigkeit des Graphits zusammenhängt, im Roheisen vollständig in Lösung zu gehen und vielleicht auch mit der Anwesenheit eines Karbidmetastabilisierungs effekt e.s im Roheisen, der von der Behandlung des Roheisens zwecks Bildung von Knötchengraphit herstammt. Überdies ist es wahrscheinlich, daß in einem bereits mit Kugelgraphit versehenen Roheisen alle jene Elemente unsdhädlieh gemacht sind, die eine Gußeisenschmelze in bezug auf die Graphitknötchenbildung beeinträchtigen würden, so daß ihr Einfluß auf die Umschmelze verschwindend gering ist.

Das Roheisen ^emäß der Erfindung kann im Hochofen oder einem anderen Schachtofen oder auch im Elektroofen in irgendeiner bekannten Weise hergestellt werden. Es wird aber im schmelzflüssigen Zustand einer Behandlung unterworfen, die den Graphit in die Knötchenform überführt. Für diese Behandlung können Oalzium, Magnesium, öer, Lithium oder irgendwelche andere, für diesen Zweck bekannte Mittel benutzt werden, und diese Mittel können zugegeben werden durch Einblasen unter die '< Sohmelzenoberfläche mittels Inertgas, durch direkte Oberflächenbehandlung oder auf irgendeine andere bekannte Weise.

Bevorzugt werden die Elemente, welche wie die seltenen Erdmetalle von sich aus die nachteiligen Einflüsse von gele/fgentlich ' vorkommenden Begleitelementen,*die aus den Erzen beim Erblasen des Roheisens in dieses übergehen. So können kleine Mengen Mischmetall (Oermischmetall) oder Fluoride der seltenen Erden zusammen mit einem Reduktionsmittel wie Kalziumsilizid.verwendet werden. ' |

- 6 - . ♦aufheben *

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So wurde beispielsweise eine vom Hochofen kommende Schmelze unbehandelt zu Probestücken A, sowie nach Zugabe von 0,375 fo einer Mischung von 80 Teilen Kalziumsilizid und 20 "Jo Seilen eines ITuorids seltener Erden zu Probestücken B vergossen. Einem dritten Teil der Schmelze wurde 0,75 i° einer Mischung aus 40 Seilen Kalziumsilizid,. 40 Seilen einer Magnesium-Silizium-Legierung und 20 Teilen Kalziumfluorid zugesetzt und Probestücke 0 gegossen. Die Untersuchung der Proben ergab folgendes»

Proben

Graphit-S truktur

Zugfestigkeit

1	Garschaum und grober	Graphit	12	,6	kg/mm
B	kompakter Graphit 40 Knötchengraphit 60 $	i> mit	50	,6	kg/mm
0	kompakter Graphit 50 Knötchengraphit 50 $	°/o und	47	,8	kg/mm

Pie sodann betriebsmäßig vergossenen Schmelzenteile ergaben die im folgenden beschriebenen Vorteile»

Welches der bekannten Verfahren zur Erzeugung von Graphit in Kaötchenform "bei der Herstellung des Eisens auch angewendet wird, es ergibt sich beim Umschmelzen Gußeisen mit besonderen Eigenschaften und zwar auch dann, wenn im Gußeisen streifiger Graphit auftritt.

Die Erfindung" wird durch nachstehende Beispiele näher erläuterirj

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Beispiel 1 1

Eine Kupolofen-Charge aus 50$ Stahlschrott und 50$ normalem Gießereiroheisen hatte nach Zusatz τοη 0,5$ stückigem FeSi die Zusammensetzung

4,20$ Gesr-Kohlenstoff 2,40$ Silizium 0,90$ Mangan.

Von dieser Schmelze wurden 30,5 mm Proben gegossen mit folgenden V/erten:

3,73$ Ges.-Kohlenstoff 1,72$ Silizium 0,70$ Mangan
Zugfestigkeit 23,20 kg/mm²

In demselben Ofen wurde mit demselben Bisen und Stahlschrottsatz weitergeschmolzen, je-doch hatte das Roheisen Graphit in Knötchenform infolge einer vorherigen Behandlung mit Magnesium-Ferrosilizium, die Zusammensetzung des Kupolofeneisens war:

4,35$ Ges.-Kohlenstoff 2,52$ Silizium

0,85$ Mangan, wozu noch 0,5$ stückigen PeSi gegeben wurden.

30,5 mm Gußproben zeigten folgende Wertet

3,41$ Ges.-Kohlenstoff 1,69$ Silizium 0,74$ Mangan
Zugfestigkeit 29»53 kg/mm².

- 8 809809/(U 7.6

Die erfindungsgemäß hergestellten Proben zeigten einen weitgehend verfeinerten Flockengraphit, 'was sich in der erheblichen steigerung der Zugfestigkeit bemerkbar macht·

Beispiel 2:

Im Elektroofen v.urde aus 100/"o Roheisen eine Schmelze mit

4,52^ Ges.-Kohlenstoff 1 ,30^ Silizium O₃35f° Llangan 0,01 5^c/i Schwefel

erschmolzen.

Der Schmelze wurden 1,5/° eines Magnesium-Perro-Siliziums mit 9,5 kg und 40^ Si zugegeben. Die daraus gegossenen Proben zeigten etwa. 50/i Iüiötchen- und 50>i> j?lockengraphit» Die Zusammensetzung war:

3,90^0 Ges.-Kohlenstoff 2,72yo Silizium 0,38>ί llangan 0,012^ 3chv/efel 0,030/"b Magnesium

und die Pestigkeitseigenschaften warens

49,6 kg/mm Zugfestigkeit 31,8 kg/mm Streckgrenze 5f° Dehnung

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— Q ~

Eine zv/eite Schmelze in demselben Ofen wurde aus 1ΌΟ?ο Roheisen hergestellt, welches am Hochofen einen Zusatz von 0,3755*0 einer 80:20-Mischun3 an Kalzium-Silizid und seltenen Erden-KLuorid erhalten hatte.

Im Roheisen lagen etwa 50y° des Graphits in Knötchenform vor, der Rest in nockenform· Die Zusammensetzung war:

4,60?ö Ges.-Kohlenstoff 1,38'/i Silizium
O,28i?o Mangan

Schwefel

Dieser Schmelze wurden 1,5$ Magnesium-Perro-Silizium mit 9f5 kg und.40$ Si zugegeben» Diese zweite Zugabe eines Sphärolitenbildners war geringer als wenn das Roheisen Graphit vom Typ ö AlS enthalten und nicht am Hochofen mit einer Stange eines Sphärolitenbildners vorbehandelt worden wäre.

Die Gußproben zeigten mehr als 90>S Knöt ch en graphit und

>i Ges.-Kohlenstoff 2,65>ό Silizium
0,29^c/£ Mangan .
0,01 ΐ;ό Schwefel
0,028'/ό Magnesium

Die physikalischen Eigenschaften warens

Zugfestigkeit 57,6 kg/mm² Streckgrenze 33,8 kg/mm Dehnung 17, (

- 10 .

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- ίο - ·

Das Beispiel zeigt klar, daß Tdei Gleichhaltung aller übrigen Einflußgrößen das Roheisen, in dem vorher Knötchengraphit erzeugt worden war, leichter nach dem Umschmelzen mit Knötchengraphit zu versehen war als normales Roheisen derselben Zusammensetzung·

Das Verfahren gemäß der Erfindung und auch gemäß den Beispielen kann so ausgeführt werden, daß von einem flüssigen Roheisen ausgegangen wird, welches ohne Behandlung vergossen, im wesentlichen den Graphit als Typ C Ai¹S enthalten würde, also stengeligen Grarschaumgraph.it enthalten würde, worauf eine erste wirksame Teilmenge eines Sphärodisierungsmittelg zugegeben, vergossen und abgekühlt wird, so daß das Eisen mindestens einigen G-raphit in Knötchenform und "praktisch keinen Garschaum aufweist. Solches Eisen wird nun in Anteilen von 10 bis 100$ chargiert, die Charge geschmolzen, und dieser Schmelze die zweite Portion des Sphärodisierungsmittels zugegeben. Die Menge ist geringer als wenn keine erste Zugabe stattgefunden halte· Schließlich wird vergossen zu Gußstücken, die den Graphit in Knötchenform enthalten*

Erfindungsgemäß kann aber auch ein Roheisen verwendet werden, v/elches nach der ersten Zugabe des Sphärodisierungsmittels noch Garschaum aufweist« Mit einem solchen Eisen wird beim Uuischmelzen auch, noch ein besseres Eisen erzielt als mit unbehandeltem Eisen erster Schmelzung. Das Gußeisen zeigt J-uin £.ber auch !"lockengraphit*

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugel- bzw· Knötchengraphit, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Bisen ausgegangen wii-d, dessen Guß im wesentlichen Graphit von 'Typ G APS mit stengeligem Garschaum enthalten würde ι und daß diese Uisenschmelze eine erste v/irksame Menge eines zu Kugelgraphit führenden Ilittels zugesetzt erhält, sodann vergossen und abgekühlt wird, und daß darauf dieses Roheisen, welches mindestens zum Teil Kugel- bzw. Knötchengraphit und keinen Garschaum enthält, einer Ofencharge zugesetzt, sodann diese Charge geschmolzen und sodann mit einer zweiten Zugabe eines Kugel- bzw· Knötchengraphit hervorrufenden Mittels versetzt und schließlich zu Gußeisen mit Kugel- bzw. Knötchengraphit vergossen v/ird, wobei die Zweitzugabe' geringer gehalten werden kann, als wenn das Ausgangseisen (mit 0 APS-Graphit) nicht mit Kugelgraphit-erzeugendem Mittel behandelt worden wäre.

2)_ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangseisen in Anteilen von 10 bis 100$ der. Umschmelzcharge zugegeben wird·

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Roheisen verwendet wird, welches unbehandelt vergossenen G-raphit vom Typ 0 APS enthalten T.lirde, im Umschmelzeisen aber Graphit vom Typ A AP3 hervorruft, worauf die zweite Zugabe von Kugelgraphit-erzeugenden Mitteln Flockengraphit nach dem Gießen verusacht.

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