DE2507170A1

DE2507170A1 - Kugelgraphithaltiges gusseisenrohr und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2507170A1
Application number: DE19752507170
Authority: DE
Inventors: Tadashi Miyaoka; Yoshio Tanaka; Hiromu Tanimura; Susumu Togawa
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1974-02-23
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1975-09-04
Also published as: JPS50115613A; DE2507170B2; FR2262117B1; GB1484389A; FR2262117A1; JPS5522528B2; DE2507170C3; US3954133A

Description

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Aktenzeichen: Neuanmeldung

Anmelderin: Kubota Ltd., Osaka, Japan

Kugelgraphithaitiges Gußeisenrohr und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein kugelgraphithaltiges Gußeisenrohr mit ferritischer Struktur sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Die nach den herkömmlichen Verfahren, insbesondere durch Schleuderguß, hergestellten, kugelgraphithaltigen Gußeisenrohre besitzen in ihrem gegossenen Zustand, entweder eine aus Kugelgraphit, Perlit und Ferrit bestehende Struktur (Typ a) oder eine aus Kugelgraphit, Zementit, Perlit und Ferrit bestehende Struktur (Typ b), die als solche so spröde sind, daß ohne zusätzliches Glühen keine für praktische Zwecke ausreichende Festigkeit erzielt wird. Da bei der Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußeisenrohren nach dem Schieudergußverfahren das Gußteil in der Schleudergußform auf Temperaturen von etwa 700°C bis 500 C abkühlen kann, wobei die Wärme durch das Wärmeisoliermaterial der Form hindurch von dieser absorbiert wird, ergibt sich eine beschleunigte Abkühlung des Gußeisenrohres, welche die Ar₁-Umwandlung verhindert, wodurch der Perlit in der Struktur verbleibt. Das gleiche für den flauenden Guß dünnwandiger Rohre in Sandformen.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wurde bisher eine nachträgliche Wärmebehandlung zur Umwandlung des Perlits in Ferrit oder eine Erhöhung des Siliciumgehaltes auf 3,0 Gew.5o oder darüber oder beim Schleuderguß eine Ver-

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größerung der Schichtdicke des wärmeisolierenden Materials der Form (Metallform) benutzt. Die Umwandlung des Perlits in Ferrit durch Wärmebehandlung verbraucht jedoch viel Wärmeenergie, die aus Öl, Gas oder dergleichen gewonnen werden muß und erfordert darüber hinaus zusätzliche Arbeitsgänge und Einrichtungen für die Wärmebehandlung. Schließlich besteht bei der Wärmebehandlung die Gefahr einer unerwünschten Verformung des Gußeisenrohres. Die Verwendung eine s hinreichend hohen Siliciumgehaltes ermöglicht zwar die Ferritbildung im Gußzustand, ist jedoch wegen der durch den hohen Siliciumgehalt bedingten Sprödigkeit des Rohres nachteilig. Durch die Vergrößerung der Schichtdicke des wärmeisolierenden Materials wird zwar die Ferritbildung im Gußzustand erreicht, jedoch führt dies wegen der zur Erstellung der Formen benötigten Zeit und der Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Guß zu einer starken Verringerung der ''Produktivität.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein kugelgraphithaltiges Gußeisenrohr der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, welche die bisherigen Nachteile vermeiden, auch bei niedrigem Siliciumgehalt und geringer Wandstärke ohne Nachbehandlung eine einwandfreie Ferritstruktur aufweisen und eine besonders einfache und wirtschaftliche Fertigung ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das kugelgraphithaltige Gußeisenrohr der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine aus dem nicht abgekühlten Gußzustand durch Regelung der Abführungsgeschwindigkeit der Eigenwärme erzeugte ferritische Struktur.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußeisenrohren mit ferritischer Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß man das gegossene Rohr aus seinem nicht abgekühlten Gußzustand durch Verringerung der Abführgeschwindigkeit

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seiner Eigenwärme mit einer vorbestimmten Abkühlungsge s chwin di gke i t abkühlt·

Nach, einer bevorzugten Ausführungsform wird das durch den Guß erzeugte Gußeisenrohr in seinem nicht abgekühlten, zementitfreien Zustand durch Regulierung der Abführungsgeschwindigkeit seiner Eigenwärme mit vorbestimmter Abkühlungsgeschwindigkeit abgekühlt. Dies kann vorteilhaft in einem geeigneten Ofen ohne eigene

Wärmequelle erfolgen, in welchen das noch nicht abge-.rohr

kühlte Gußeisen) aus der Gußform überführt wird. Der Ofen kann zweckmäßig als Schacht- oder Tunnelofen ausgebildet sein und durch bereits zuvor darin abgekühlte Gußeisenrohre oder sonstige geeignete Vorrichtungen auf eine geeignete Temperatur vorgewärmt sein. Die Abkühlungsgeschwindigkeit des Gußeisenrohres im Ofen kann durch Veränderung der Wärmeisolierung des Ofens und/oder das Öffnungsausmaß eines oder mehrerer an diesem angeordneter Fenster reguliert werden. Das Gußeisenrohr wird dabei zweckmäßig mit einer Temperatur zwischen 85O°C und 90O⁰C aus der Form* entnommen und sogleich in einen auf Temperaturen zwischen 3°O°C und 5OO°C erwärmten Schacht- oder Tunnelofen eingebracht. Durch Regulierung der Abführungsgeschwindigkeit der Eigenwärme des Gußeisenrohres wird dessen Abkühlungsgeschwindigkeit auf einen für die erfindungsgemäßen Zwecke hinreichend niedrigen Wert herabgesetzt, so daß in Verbindung mit der erheblichen Anzahl der beim Guß erzeugten Graßhitatome der Austenit leicht in Graphit und Ferrit umgewandelt wird, wodurch ein kugelgraphithaltiges Gußeisenrohr mit ferritischer Struktur erhalten wird.

Da während des Gießens kristallisierender Zementit nur durch eine mehrstündige Wäreebehandlungcbei 900 C bis 95O°C zerlegt werden kann, ist es beim erfindungege-

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mäßen Verfahren erforderlich, den Guß in einem nicht gekühlten (nicht abgeschreckten), zementitfreien Zustand durchzuführen.

Bei der Herstellung von Gußeisenrohren nach dem Schleudergußverfahren kann das Gußeisenrohr auch in der Schleudergußforni abkühlen, wobei zur Regulierung der Abkühlungsgeschwindigkeit der Innenraum der Schleudergußform abgedichtet und/oder die Innenfläche des Gußeisenrohres mit einem wärmeisolierenden Material bewickelt wird.

Die Abktihlungsgeschwindigkeit wird unter Berücksichtigung der Form und der Abmessungen des Gußeisenrohres, der Beschaffenheit der Gußform und der Zusammensetzung

des verwendeten Gußeisens zweckmäßig so eingestellt, daß sie im Bereich zwischen
2°C/min und 1O°C/min liegt.

daß sie im Bereich zwischen 8OO°C und 7OO°C zwischen

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Beispiels mit Vergleichsversuchen weiter erläutert.

Beispiel

In einer Versuchsreihe wurden aus einem Gußeisen mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 3_tk und 3,8fo, einem Mangangehalt zwischen 0,3 und 0,6^, einem Phosphorgehalt zwischen 0,04 und 0,07^» einem Schwefelgehalt zwischen 0,006 und 0,012$ und einem Magnesiumgehalt zwischen 0,032 und 0,046$ in einer Metallform mit einer 2 bis 3mm starken "Warmeisolierschicht aus kunstharzgebundenem Sand jeweils Gußeisenrohre mit einem Durchmesser von 250mm und einer Länge von 500mm hergestellt.

Bei den Vergleichsversuchen 1 bis 6 wurde das erhaltene Gußeisenrohr jeweils in der herkömmlichen Weise aus

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seinem Gußzustand abgekühlt, während bei den Versuchen 7 bis 12 das Gußeisenrohr jeweils nach dem Guß bei einer Temperatur von 9OO°G aus der Gießform entnommen und in einen Schachtofen überführt wurde. Bei allen Versuchen wurde die Wandstärke des Rohres in mm, der Silioiumgehalt des Gußeisens, die durchschnittliche Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen 8OO°G und 7OO°C aufgezeichnet und das erhaltene Gußeisenrohr nachträglich auf seine
mikroskopische Struktur und seine mechanischen Festigkeitseigenschaften untersucht. Die Ergebnisse dieser
Versuche sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Wie die in der Tabelle aufgeführten Zahlenwerte zeigen, werden erfindungsgemäJ sehr hohe Festigkeitswerte und
ein bemerkenswertes Ausmaß der Ferritumwandlung erzielt. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren die Eigenwärme des Gußeisenrohres zu einer auch als "Selbstanlassen" zu
bezeichnenden Wärmebehandlung ausgenutzt wird, kann die bisherige, gesonderte Wärmebehandlung und die Verwendung getrennter Wärmequellen (Öl oder Gas) in Fortfall kommen, so daß erhebliche Materialeinsparungen erzielt und die Umweltverschmutzung verringert wird. Darüber hinaus werden di'.e bisher für das nachträgliche Glühen erforderlichen Arbeitskräfte eingespart und durch Vermeidung unnötiger Wärmezufuhr die Gefahr unerwünschter Verformungen der Gußeisenrohre ausgeschaltet. Da die Ferritumwandlung auch ohne hohen Siliciumgehalt leicht und
zuverlässig erreicht wird, ergeben sich Einsparungen
an Silicium und eine verbesserte Festigkeit.

Erfindungsgemäß kann ein Gußeisenrohr aus einem nach
dem Verfahren der japanischen Patentanmeldung 21669/74 durch Behandlung des geschmolzenen Metalles bei Temperaturen oberhalb des Versetzungspunktes von SiO mit
einem aus CaO, Graphitpulver, Ca-Si und CaCp bestehenden Raffinierungsmittel raffinierten, geschmolzenen
I-Ietall, bei welchem der Graphit durch Zugabe einer im

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Versuch

Wand-Stärke

mm

Si-Gehalt

Durchschnittsa bkühlge s chwin ι digkeit

800° - 700°C

- 6

Mikroskopische Struktur

C/

min

Ferrit
^c/3

Z einen tit

Zugfestigkeit

kg/mm

Bruchdehnung

Charpy-V-KerbSchlagzähigkeit

Kg-m/cm"

T	cn CD	10,5	2,47	52,4
2	i ^m 0 co	10,0	2,70	55,8
3		14,5	2,51	36,7
4		15,0	2,77	34,1
5	S¹	20,5	2,4o	21,6
6	LO	21,5	2,81	23,0
10,5	2,53	8,8
11,0	2,78	8,4
15,0	2,44	6,0
15,0	2,75	5,5
20,0	2,49	3,9
21,0	2,83	3,8

5
10

15
60
80
70
85
95
100

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

63,0 60,5 58,7 57,4 58,0 59,7 55,4 55,0 53,3 54,9 50,6 54,2

1,2

1,8 2,0 2,6

2,0 2,8 10,2 14,0 13,6 15,2

16,0

15,4

0,224 0,256 0,289

O,34o 0,323 0,373 0,806

1,183 1,077 1,375 1,602 1,488

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Vergleich, zum Stand der Technik viel geringeren Menge an Kugelbildungsmittel kugelig umgeformt wurde und ein Teil der Graphitstruktur ohne Kugelbildungsbehandlung kugelig ausgebildet ist, sehr leicht durch einfaches Abkühlen aus dem Gußzustand mit geregelter Abfahrgeschwindigkeit der Eigenwärme eine perfekte Ferritstruktur ausbilden. Dies kann insbesondere mit gutem Erfolg bei dünnwandigen Rohren angewandt werden.

In der beigefügten Zeichnung sind die Abkühlungskurven für die beim Versuch 11 und beim Vergleichsversuch 5 hergestellten Gußeisenrohre graphisch dargestellt.

Die vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen erläuterte Erfindung kann vom Fachmann je nach den Umständen des Einzelfalles in verschiedener Weise zweckentsprechend abgewandelt werden, sofern dabei eine geregelte Abkühlung mit hinreichend verringerter Abführgeschwindigkeit der Eigenwärme angewandt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann außer zur Herstellung von Gußeisenrohren auch zur Herstellung von vergleichbaren Gußeisenteilen mit anderer Formgebung benutzt werden. In allen Fällen ist es wesentlich, die Abkühlungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Form und der Abmessungen des Gußeisenteiles, der Ausbildung der Gußform und der Zusammensetzung des Gußeisens zweckentsprechend aufeinander abzustimmen, wobei der Fachmann gegebenenfalls nach einigen orientierenden Vorversuchen die jeweils erforderlichen Bedingungen in Abhängigkeit von den übrigen Parametern festlegen kann.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1) Kugelgraphithaltiges Gußeisenrohr, gekennzeichnet durch eine aus dem nicht abgekühlten Gußzustand durch Regelung der AbfUhrungsgeschwindigkeit der Eigenwärme erzeugte ferritische Struktur.

2) Verfahren zur Herstellung von kugelgraphithaltigen Gußeisenrohren mit ferritischer Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß man das gegossene Rohr aus seinem nicht abgekühlten Gußzustand durch Verringerung der Abführgeschwindigkeit seiner Eigenwärme mit einer vorbestimmten Abkühlungsgeschwindigkeit abkühlt.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Schleudergießen von Gußeisenrohren zur Regulierung der Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Guß den Innenraum der Schleudergußform abdichtet und/oder die Innenfläche des Gußeisenrohres mit einem wärmeisolierenden Material bewickelt.

k) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gußeisenrohr in noch nicht abgekühltem Zustand aus der Gußform in einen Schacht- oder Tunnelofen überführt und in diesem mit verringerter Abführgeschwindigkeit seiner Eigenwärme abkühlen läßt.

5) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abkühlungsgeschwindigkeit im Bereich zwischen 800°C und 700°C auf 2°C bis

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10 C/min einstellt.

6) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 t dadurch gekennzeichnet ι daß man ein Gußeisen mit einem SiIiciumgehalt von höchstens 2,85 Gew./S verwendet.

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