DE2324240C3 - Herstellungsverfahren fuer gussstuecke, wie motorbloecke, die duenne waende und massive, hohlraumfreie teile aufweisen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gußstücken, wie Motorblöcken, die dünne Wände und massive hohlraumfreie Teile aufweisen, aus modifiziertem Gußeisen in einer Form ohne Steiger.

In der deutschen Offenlegungsschrift 19 26 131 ist ein Verfahren zur Herstellung von fehlerfreien duktilen gußeisernen Formstücken ohne Steiger oder mit einem sehr kleinen oder extrem schmalen Steiger beschrieben, das zu Formstücken mit disperser Kugelgraphitstruktur führt. Bei dem bekannten Verfahren wird Gußeisenschmelze einer die Zusammensetzung regelnden Behandlung, einer Kugelgraphitbildungsbehandlung und einer Si-Impfbehandlung mit einem Si-Impfmittel zum Zusatz von Si-Mengen so von bis zu 1,6% der Schmelze urterworfen, um die Gehalte von 3,5 bis 3,W₀ C und 2,3 bis 2,9% Si, und C+V2 Si von 4,9 bis 5,2% in dem sich ergebenden Gußstück beizubehalten. Die behandelten Gußeisenschmelzen werden in einen Metallformaufbau ohne oder mit einem sehr kleinen Steigerte)! gegossen, wobei der Aufbau aus einem Satz von Formabschnitten oder -Segmenten fest zusammengebaut ist, die mit einer dünnen Sandschicht ausgekleidet sind, um die Ausdehnung der gegossenen Schmelzen während der eutektischen Erstarrung derselben in Auswärtsrichtung zu verhindern.

Als Gußeisenschmelzen werden bei dem bekannten Verfahren solche verwendet, die ein oder mehrere Legierungselemente aus der Gruppe von Cu, Mn, Mo, Ni und Cr enthalten.

Eine der wichtigen Stufen des bekannten Verfahrens besteht darin, die duktilen Gußeisenschmelzen mit bis 0,6% Si zu impfen, um viele feine Graphitlcnötchen während der eutektischen Verfestigung mittels der mit einer Formmaskenschicht ausgekleideten Metallform, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt zu erzeugen, um die Anzahl von Graphitknötchenj die als eutektische Zellen betrachtet werden, und die Ausdehnungskraft der Schmelzen zu erhöhen.

Das bekannte Verfahren wird vornehmlich fur die Herstellung von Kurbelwellen beschrieben, ist aber auch bei anderen Kraftfahrzeugteilen anwendbar. Im Ergebnis liegen letztlich stets Formstücke mit Kugelgraphitstruktur vor.

Es sind auch andere Herstellungsverfahren für Gußstücke aus hochfestem Gußeisen mit Kugelgraphit durch Eingießen von modifiziertem Gußeisen in Formen und anschließende Abkühlung bekannt (österreichische Patentschriften 1 95 946, 2 26 756 und 3 01 060, deutsche Offenlegungsschrift 15 08 206 und deutsche Auslegeschrift 11 15 752).

Bei den bekannten Verfahren erfordert die hohe Neigung des Gußeisens mit Kugelgraphit zur Bildung von Schwindungsfehlern (Lunker, Poren) das Anbringen von Steigern, wodurch beträchtliche fertigungstechnische Schwierigkeiten verursacht werden. Bei komplizierten Gußstücken, z. B. von 2'ylinderblöcken für Motoren ist aber die Anwendung von Steigern praktisch unmöglich.

Bei der Herstellung von Gußstücken nach den bekannten Verfahren ist ferner Gußeisen mit einem hohen Gehalt (mindestens 0,025%) des kostspieligen Elements Magnesium erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, zur Beseitigung der oben angegebenen Nachteile ein Verfahreü zur Herstellung für dünnwandige Gußstücke aus hochfestem Gußeisen anzugeben, welches die Herstellung von komplizierten dünnwandigen Gußstücken ohne Schwindungslunker und Poren ohne Anwendung von Steigern gewährleistet, die im Vergleich zu den nach den bekannten Verfahren hergestellten Gußstücken hohe mechanische Eigenschaften und eine (um 25 bis 4Wo) geringere Masse aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das eingangs angegebene Verfahren, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in die Form modifiziertes Gußeisen bestehend aus

Kohlenstoff 3,6 bis 3,8 Gewichtsprozent,
Silizium 2,8 bis 3,2 Gewichtsprozent,
Mangan etwa 0,4 Gewichtsprozent,
Phosphor etwa 0,08 Gewichtsprozent,
Schwefel etwa 0,002 Gewichtsprozent,
Magnesium höchstens 0,01 Gewichtsprozent,
Rest im wesentlichen Eisen,

bei einer Temperatur der Schmelze von 1420 bis 1450° C eingegossen wird, und daß die Wandstärke der dünnen Wände so gewählt wird, daß sie mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 10 bis 14° C/sec und die massiven Gußstürkteile mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 1 bis 4° C/sec abkühlen, so daß sich in den dünnen Wänden Kugelgraphit und in den massiven Teilen larnellarer Graphit ausbildet.

Die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens gestattet, komplizierte Gußstücke aus hochfestem Magnesiumgußeisen mit etwa 3 mm dünnen Wänden ohne Verwendung von Steigern herzustellen,

die massive holraumfreie Teile und robuste dünne Wände aufweisen.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 graphische Darstellung der Abkühlungsgeschwindigkeiten des Gußstücks, nach der Erfindung,

F i g. 2 graphische Darstellung mechanischer Eigensdiaften des Gußstücks in Abhängigkeit von dessen Wandstärke,

F i g. 3 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtes Gefüge von dünnen Wänden des Gußstücks,

F i g. 4 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtes Gefüge von starken Wänden des Gußstücks.

Das vorliegende Verfahren bes.eht im folgendem:

Das Gußeisen wird nach bekannten Verfahren in Schmelzaggregaten erschmolzen und auf folgende chemische Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) gebracht: Kohlenstoff 3,6 bis 3,8; Silizium 2,8 bis 3,2; Mangan etwa 0,4; Phosphor etwa 0,08. Diese Zusammensetzung ist durch einen erhöhter Gehalt an Kohlenstoff und Silizium gekennzeichnet. Dann erfolgt die Modifikation des Gußeisens mit Kugelgraphitbildnern in einer Gießpfanne oder mit Magnesium in einem Autoklav. Eine Besonderheit der Modifikation bestellt darin, daß verminderte Dosen Kugelgraphitbildner verwendet werden, damit die Gußstücke bei einem Gehalt an Schwefel von etwa 0,002 Gewichtsprozent nicht über 0,01 Gewichtsprozent Restmagnesium enthalten. Bei der Erzeugung von Gußeisen mit Kugelgraphit beträgt gewöhnlich der Gehalt an Restmagnesium mindestens 0,025 Gewichtsprozent bei gleichem Schwefelgehalt. Um Weißfleckigkeit zu beseitigen, wird ein graphitisierender Modifikator in die Gießpfanne eingeführt und die Formen z. B. die des Zylinderblocks eines Motors mit 3 ± 0,3 mm Wandstärke bei einer Temperatur von 1420 bis 1450° C vergossen. Üblicherweise beträgt die Mindestwandstärke der Kraftwagenzylinderblöcke 5 bis 6 mm.

Um Gußstücke mit hohen mechanischen Eigenschaften und geringerer Masse herzustellen, muß Gußeisen mit Kugelgraphit in den dünnen Wänden (welche die Gußfestigkeit bestimmen) erzeugt werden. In den starken Gußstückteilen, die in der Regel mechanisch bearbeitet und zur Befestigung anderer Teile am Gußstück verwendet weiden, muß Gußeisen mit Schuppengraphit erzeugt werden. Dies gestattet die Schwindlunkerbildung zu beseitigen und die mechanische Bearbeitbarkeit der Gußstücke im Vergleich zu den in allen Querschnitten Kugelgraphit aufweisenden Gußstücken zu verbessern.

Die hohe Abkühlungsgeschwindigkeit trägt bekanntlich zur Bildung von Kugelgraphit bei. Mit der Herabsetzung der Wandstärke von 5 bis 6 mm bis auf 3 mm wird daher der Vorgang der Wärmeabgabe schneller, wodurch die Abkühlungsgeschwindigkeit zunimmt. Zur Gestaltung der Kugelform von Graphit muß die hohe Abkühlungsgeschwindigkeit im Laufe der ersten 2 min bestehen, weil nach Abschluß des Graphitisierungsvorgangs des Gußeisens die Bildung des Graphitgefüges nicht von der Abkühlungsgeschwindigkeit des Gußstücks beeinflußt wird.

Die Anfangsabkühlungsgeschwindigkeit von 3 mm starken Gußslückwänden muß daher 10 bis 14° C/sec, die der stärkeren Gußstückabschnitte 1 bis 4° C/sec betragen.

F i g. 1 zeigt Abkühlungsgeschwindigkeitskurven für Wände von unterschiedlicher Stärke. Auf der waagerechten Achse ist die Zeit τ in Minuten aufgetragen.

Auf der senkrechten Achse ist die Abkühlungsgeschwindigkeit in ° C/sec für Wände von unterschiedlicher Stärke eingezeichnet. Kurve A stellt die Abkühlungsgeschwindigkeit einer 3 mm starken Wand, Kurve B die Abkühlungsgeschwindigkeit einer 10 mm starken Wand und Kurve C die Abkühlungsgeschwindigkeit einer 40 mm starken Wand dar. Aus der Gegenüberstellung dieser Kurven ist zu erkennen, daß der maximale Unterschied zwischen den Abkühlungsgesdnwndigkeiten der Wände im Laufe der ersten 2 min, d. h. in dem Augenblick, wenn sich das Graphitgefüge der dünnen und starken Wände bildet, besteht.

Im weiteren laufen die Abkühlungsgeschwindigkeitskurven stark zusammen, ohne einen wesentlichen Unterschied aufzuweisen, und erreichen eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 0,5 bis 2,0- C see. Bei einem niedrigen Magnesiumgehalt im Gußeisen trägt die hohe Abkühlungsgeschwindigkeit zur Bildung von Kugelgraphit in dünnen Wänden bei. In den starken Wänden, wo die Abkühlungsgeschwindigkeit bedeutend niedriger ist. bildet sich dagegen Grauguß mit Schuppengraphit. Als Ergebnis davon hat das Gußstück in den dünnen Wänden das Gefüge des modifizierten hochfesten Gußeisens, in den starken Wänden das des Graugusses, was die Schwindungsfehlerbildung an massiven Gußslückteilen auch ohne Verwendung von Steigern ausschließt. Ein solches Gußstück hat hohe mechanische Eigenschaften des Werkstoffs der dünnen Wände, was bei einer Wandstärke von etwa 3 mm anstatt dei üblichen 5 bis 6 mm die Festigkeit und Steife des Werkstücks gewährleistet.

Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung des Reißfestigkeits- und Härteverlaufs in Abhängigkeit von der Stärke der Gußstückwände. Auf der waagerechten Achse ist die Stärke der Gußstückwände in mm, auf der linken senkrechten Achse die Reißfestigkeit in MN/m², auf der rechten senkrechten Achse die Härte H_b aufgetragen. Kurve D rtelll die Abhängigkeit der Härte von der Wandstärke, Kurve E die Abhängigkeit der Festigkeit von der Wandstärke dar.

F i g. 3 zeigt das Fcingefüge des Gußeisens mit Kugelgraphit in den dünnen, 3 mm starken Gußstückwänden.

F i g. 4 zeigt dar Feingefüge des Gußeisens mit Schuppengraphit in den dicken Gußstückwänden.

Somit gestattet das erfindungsgemäße Verfahren, auf Grund der Herabsetzung der Wandstärke bis auf 3 mm die Gußstückmasse um 20 bis 40",Ό zu senken, die Schwindlunker- und Porenbildung ohne Verwendung 'ler Steiger zu beteiligen, die Menge des Kugelgraphitbildners /u vermindern und die mechanische Bearbeitbarkeit tier Gußstücke im Vergleich zu den nach den bekannten Verfahren hergestellten Guß-

stücken aus hochfestem Gußeisen mit Kugelgraphit zu verbessern.

Hier7> 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen von Gußstücken, wie Motorblöcken, die dünne Wände und massive, hohlraumfreie Teile aufweisen, aus modifiziertem Gußeisen in einer Form ohne Steiger, dadurch gekennzeichnet, daß in die Form modifiziertes Gußeisen bestehend aus

   Kohlenstoff 3,6 bis 3,8 Gewichtsprozent,
   Silizium 2,8 bis 3,2 Gewichtsprozent,
   Mangan etwa 0,4 Gewichtsprozent,
   Phosphor etwa 0,08 Gewichtsprozent,
   Schwefel etwa 0,002 Gewichtsprozent,
   Magnesium höchstens 0,01 Gewichtsprozent, Rest im wesentlichen Eisen,

   bei einer Temperatur der Schmelze von 1420 bis 1450° C eingegossen wird, und daß die Wandstärke der dünnen Wände so gewählt wird, daß " sie mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 10 bis 14° C/sec und die massiven Gußstückteile mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 1 bis 4° C/sec abkühlen, so daß sich in den dünnen Wänden Kugelgraphit und in den massiven Teilen lamellarer Graphit ausbildet.