DE19755803A1 - Deoxidized cast iron melt is inoculated with a mixture of magnesium and silicon - Google Patents

Abstract

A deoxidized cast iron melt is inoculated with a nucleating agent comprising a mixture of magnesium and silicon. An Independent claim is also included for a core-filled wire containing a powder mixture of FeSi and FeSiMg for use in the above process. Preferred Features: The inoculating mixture contains 25-100 wt. ppm Mg, especially in the form of a master alloy containing 5-25 wt.% Mg.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Impfen einer desoxidierten Gußeisenschmelze mit keimbildenden Mitteln für die Erzeugung von Gußeisen mit Lamellengraphit und einen Fülldraht dazu.The invention relates to a method for vaccinating a deoxidized cast iron melt with nucleating agents for the production of cast iron with lamellar graphite and a cored wire.

Die Kristallisation von technischem Gußeisen mit Lamellengraphit ist bei der Herstellung von hochwertigen Gußstücken auf Keime angewiesen. Diese werden von außen über die sog. heterogene Keimbildungskatalyse durch Zusatz von sog. Impfmitteln auf der Grundlage von Ferrosilizium angeregt. Die für die Kristallisation von Lamellengraphit erforderlichen Keime bestehen in der Regel aus Kieselsäure (SiO₂), die fest und gesättigt sein soll. Aufgrund der für die Kieselsäurebildung erforderlichen hohen Übersättigung der Schmelze mit Silizium muß diese selbst angekeimt werden. Als hierfür besonders geeignet wurde Tonerde (Al₂O₃) angesehen, deren Anteil am gesamten Oxidspektrum des Gußeisens mindestens 5 ppm betragen sollte. Es wurde nachgewiesen, daß Impf-Fer­ rosilizium mindestens 1% Al enthalten muß, um keimwirksam zu sein. The crystallization of technical cast iron with lamellar graphite depends on germs in the production of high-quality castings. These are stimulated from the outside via the so-called heterogeneous nucleation catalysis by adding so-called inoculants based on ferrosilicon. The nuclei required for the crystallization of lamellar graphite generally consist of silica (SiO ₂ ), which should be solid and saturated. Due to the high supersaturation of the melt with silicon required for the formation of silicic acid, the melt itself has to be germinated. Alumina (Al ₂ O ₃ ) was considered to be particularly suitable for this purpose, the proportion of which in the total oxide spectrum of cast iron should be at least 5 ppm. It has been demonstrated that inoculation ferro-silicon must contain at least 1% Al in order to be germ-active.

Die Praxis der Herstellung von Gußeisen mit Lamellengraphit auf Grundlage von Stahlschrott hat gezeigt, daß die im Stahl vorhandene Tonerde nicht in der Lage ist, die Kieselsäure anzukeimen. Das beruht auf den schwankenden Gehalten zwischen 5 bis 30 ppm des an Aluminium gebundenen Sauerstoffs. Die durch die niedrige Sauerstoffaktivität im Stahl bedingte gestiegene Sauerstofflöslichkeit im flüssigen Eisen gestattet dem durch das Impfmittel eingebrachten Aluminium den Zutritt zum gelösten Sauerstoff nur im schwankend begrenzten Umfang. Dementsprechend schwankt die Impfwirkung und damit die Gefügeausbildung der Gußstücke je nach nicht bekannter Ausgangslage innerhalb weiter Grenzen. Dies gilt auch für die sog. Spätimpfung, die zur Vermeidung des bekannten Abklingeffektes nicht in einer Gießpfanne, sondern erst im Gießstrahl oder in der Gießrinne durchgeführt wird, weil dort die kinetischen Voraussetzungen für die Bildung der Tonerde zuweilen gänzlich fehlen.The practice of making cast iron with Lamellar graphite based on steel scrap shown that the alumina in the steel is not in the It is able to germinate the silica. That is based on the fluctuating contents between 5 to 30 ppm of Aluminum bound oxygen. The by the low Increased oxygen activity in steel Oxygen solubility in liquid iron allows this aluminum brought in by the inoculant to the dissolved oxygen only in fluctuatingly limited Scope. The vaccination effect fluctuates accordingly so that the microstructure of the castings does not depend on known starting point within wide limits. This also applies to the so-called late vaccination to avoid the known decay effect not in a ladle, but only in the pouring stream or in the pouring channel is done because there is the kinetic Sometimes the conditions for the formation of the clay completely missing.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, zu Gunsten der Keimbildung für die Kristallisation von Lamellengraphit und Primäraustenit im Grauguß eine jederzeit ungestörte Bildung der Kieselsäure zu gewährleisten.The invention is based on the object in favor nucleation for the crystallization of Lamellar graphite and primary austenite in gray cast iron one undisturbed formation of silica at all times guarantee.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelze während des Abgusses eine Mischung von Magnesium und Silizium in einer für die Keimbildung ausreichenden Menge zugesetzt wird. Magnesium wird dabei bevorzugt in einer zumindest teilweisen Abbindung von freiem Sauerstoff in der Gußeisenschmelze ausreichenden Menge der Impfmischung zugesetzt. Bevorzugt ist dabei eine Menge von 25 bis 100 Masse-ppm Magnesium. This object is achieved in that a melt of the melt during casting Magnesium and silicon in one for nucleation sufficient amount is added. Magnesium is there preferably in an at least partial binding of sufficient free oxygen in the cast iron melt Amount of vaccine mixture added. It is preferred an amount of 25 to 100 ppm by mass of magnesium.  

Zur Verdünnung bzw. zur besseren Dosierung der Zugabemenge wird der Impfmischung bevorzugt Eisen zugesetzt. Dabei kann das Eisen vorteilhafterweise in Form der Vorlegierung FeSi der Impfmischung zugesetzt werden. Magnesium kann ebenfalls in Form einer Vorlegierung, insbesondere FeSiMg, mit nominell 5 bis 25 Masse-% Mg der Impfmischung zugesetzt werden.For dilution or better dosing of The amount added is preferably iron in the vaccine mixture added. The iron can advantageously in Form of the master alloy FeSi added to the inoculation mixture become. Magnesium can also be in the form of a Master alloy, in particular FeSiMg, with a nominal 5 to 25 Mass% Mg are added to the vaccine mixture.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die gestellte Aufgabe. Aufgrund der Zugabe von Magnesium in einer auf den freien Sauerstoff in der Gußeisenschmelze abgestimmten Menge wird die Sauerstoffaktivität verringert und es kommt zu einer ungestörten Bildung der Keimbildung durch die für die Kristallisation von Lamellengraphit und Primäraustenit im Grauguß erforderliche Kieselsäure. Ein Abbau des Sauerstoff­ gehalts erfolgt dabei nicht. Es wird nur in hinreichender Menge Magnesiumoxid gebildet, um eine störungsfreie Bildung von Kieselsäure zu ermöglichen.The method according to the invention solves the problem Task. Due to the addition of magnesium in one the free oxygen in the cast iron melt coordinated amount becomes the oxygen activity reduced and there is an undisturbed formation of Nucleation by the for the crystallization of Lamellar graphite and primary austenite in gray cast iron required silica. A breakdown of oxygen there is no salary. It will only be sufficient Amount of magnesium oxide formed to be trouble-free To allow formation of silica.

Eine weitere Aufgabe, welche der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, Mikrolegierungselemente weitestgehend ungestört durch hohe Oxid- und/oder Nitridbildung in elementarer Form zur Wirkung kommen zu lassen. Bisher war ein Mikrolegieren von Gußeisen wenig bekannt, weil das Einbringen von Kleinanteilen an Elementen, wie Bor, Titan, Vanadium oder Zirkonium, aufgrund ihrer Affinität zu Sauerstoff sehr schwierig bzw. unmöglich war. So kommt es vor, daß beim Zusatz solcher Mikrolegierungselemente in die Schmelze nicht ihre Wirkung in elementarer, sondern in oxidischer und/oder nitridischer Form im Vordergrund stand. Beim Mikrolegieren mit Titan kann die Bildung von harten Karbonitriden zu Nachteilen im Hinblick auf die Zerspanbarkeit führen.Another object of the invention is microalloying elements largely undisturbed by high oxide and / or Nitride formation in elemental form come into effect to let. So far, microalloying cast iron has been little known because of the contribution of small parts Elements such as boron, titanium, vanadium or zirconium, very difficult due to their affinity for oxygen or was impossible. So it happens that when adding such microalloying elements in the melt their effect in elementary but in oxidic and / or nitride form was in the foreground. At the Microalloying with titanium can lead to the formation of hard  Carbonitrides at a disadvantage with regard to the Machinability.

Durch das Impfen der Schmelze mit Magnesium und einem Mikrolegierungselement gelingt es, das Mikrolegierungselement vor einer Bindung an Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel zu schützen und es in elementarer Form zur Wirkung zu bringen. Beim Mikrolegieren steigt das Ausbringen mit steigendem Anteil Magnesium von 50 auf 90%.By inoculating the melt with magnesium and one Micro alloying element succeeds in doing that Microalloy element before binding to oxygen, To protect nitrogen or sulfur and put it in to bring elementary form to effect. At the The output increases with increasing proportion of micro alloys Magnesium from 50 to 90%.

Die Erfindung umfaßt auch eine gemeinsame Zugabe von Magnesium mit Silizium und einem oder mehreren Mikrolegierungselementen. Die Impfmischung wird dabei bevorzugt in die Gießrinne dosiert und ist in einem Fülldraht enthalten.The invention also includes a co-addition of Magnesium with silicon and one or more Microalloying elements. The vaccine mix is included preferably metered into the trough and is in one Cored wire included.

Für Bedingungen des Hochgeschwindigkeitsbohrens von Laufbüchsen eines Zylinderblocks muß der Graphit nach Möglichkeit vollständig in der regellos verteilten Form (A-Graphit) vorliegen. Die Anzahl eutektischer Körner muß größer als 500/m² betragen. Ist dies nicht der Fall, sind Materialausbrüche aus der Oberfläche und ein erhöhter Ölverbrauch der Motoren die Folge. Diese Bedingungen können zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfüllt werden.For conditions of high-speed drilling of cylinder liner liners, the graphite must, if possible, be completely in the randomly distributed form (A-graphite). The number of eutectic grains must be greater than 500 / m ² . If this is not the case, material breakouts from the surface and increased oil consumption of the engines result. These conditions can be met when using the method according to the invention.

Durch Verwendung von Rollenstößeln anstatt der Tassenstößel lassen sich die Ventile eines Verbrennungs­ motors zugunsten niedriger Schadstoffemissionen "härter" steuern. Während die nach dem WIG- oder ESU-Umschmelz­ verfahren hergestellte harte Randschicht der Nocken bei herkömmlichem Ausgangsgefüge unter neuen verschärften Bedingungen stets Pittingbildung aufwiesen, konnte mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die eutektische Kornzahl von 500 auf über 2000/cm² gesteigert und die Länge der Primäraustenitdendriten von durchschnittlich 0,4 auf 0,1 mm sowie der Graphitlamellen von im Mittel 1 auf 0,015 mm reduziert werden. Durch diese für die Umschmelzkinetik wichtigen Parameter konnte der Kohlenstoffgehalt der Nockenwellen von 3,1 bis 3,2% auf 3,4 bis 3,5% gesteigert und damit der beim Umschmelzen in der Randschicht gebildete Anteil Ledeburit auf Kosten des Primäraustenits erhöht werden.By using roller tappets instead of cup tappets, the valves of an internal combustion engine can be controlled "harder" in favor of low pollutant emissions. While the hard surface layer of the cams produced by the TIG or ESR remelting process always showed pitting under new, more stringent conditions, the eutectic grain number could be increased from 500 to over 2000 / cm ² and the length of the primary austenite dendrites with the aid of the method according to the invention from an average of 0.4 to 0.1 mm and the graphite flakes from an average of 1 to 0.015 mm. These parameters, which are important for the remelting kinetics, increased the carbon content of the camshafts from 3.1 to 3.2% to 3.4 to 3.5%, thus increasing the proportion of Ledeburit formed during remelting at the expense of primary austenite.

Claims (11)

1. Verfahren zum Impfen einer desoxidierten Gußeisenschmelze mit keimbildenden Mitteln für die Erzeugung von Gußeisen mit Lamellengraphit (GGL), dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze während des Abgusses eine Mischung von Magnesium und Silizium in einer für die Keimbildung ausreichender Menge zugesetzt wird.1. A method for inoculating a deoxidized cast iron melt with nucleating agents for the production of cast iron with lamellar graphite (GGL), characterized in that a mixture of magnesium and silicon is added to the melt in an amount sufficient for nucleation. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium in einer zumindest teilweisen Abbindung von freiem Sauerstoff in der Gußeisenschmelze ausreichenden Menge der Impfmischung zugesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that Magnesium in an at least partial setting of sufficient free oxygen in the cast iron melt Amount of vaccine mixture is added. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfmischung 25 bis 100 Masse-ppm Magnesium zugesetzt wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the Inoculation mixture 25 to 100 mass ppm magnesium added becomes. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfmischung zur Verdünnung bzw. zur besseren Dosierung der Zugabemenge Eisen zugesetzt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Vaccine mixture for dilution or better dosing the amount of iron added is added.   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Eisen in Form der Vorlegierung FeSi der Impfmischung zugesetzt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that iron in Form of the master alloy FeSi added to the inoculation mixture becomes. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium in Form einer Magnesiumvorlegierung mit nominell 5 bis 25 Masse-% Mg der Impfmischung zugesetzt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that Magnesium in the form of a magnesium master alloy nominally 5 to 25% by mass of Mg were added to the vaccine mixture becomes. 7. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfmischung Magnesium sowie ein Mikrolegierungselement, wie Titan, zugesetzt wird.7. The method, in particular according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the vaccine mixture magnesium as well as a Micro alloying element such as titanium is added. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impfstoffe und/oder Mikrolegierungselemente enthaltende Mischung in die Gießrinne dotiert wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the Containing vaccines and / or microalloying elements Mixture is doped into the trough. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impf- bzw. Mikrolegierungs-Mischung in Form eines Fülldrahtes in die Schmelze eingeführt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the Vaccine or microalloy mixture in the form of a Cored wire is introduced into the melt. 10. Fülldraht zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er eine Pulvermischung aus FeSi und FeSiMg enthält. 10. Cored wire to carry out the method according to one of claims 1 to 9, characterized is characterized by the fact that it is a powder mixture FeSi and FeSiMg contains.   11. Fülldraht nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich ein oder mehrere Mikrolegierungselemente in Form von Vorlegierungen, wie FeTi, enthält.11. Cored wire according to claim 10, characterized in that he additionally one or more microalloying elements in Form of master alloys, such as FeTi.