DE2512834C3

DE2512834C3 - Verfahren zur Herstellung von lamellaren Graphit aufweisendem grauen Gußeisen

Info

Publication number: DE2512834C3
Application number: DE19752512834
Authority: DE
Inventors: Charles Zele Defrancq; Jan Van Deurle Eeghem
Original assignee: Centre De Recherches Scientifiques Et Techniques De L'industrie Des Fabrications Metalliques Crif Ixelles (belgien)
Current assignee: Centre De Recherches Scientifiques Et Techniques De L'industrie Des Fabrications Metalliques Crif Ixelles (belgien)
Priority date: 1974-03-22
Filing date: 1975-03-22
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2512834A1; DE2512834B2

Description

Kohlenstoff	2bis4Gew.%
Silizium	Obisl Gew.%
Aluminium	1 bis 3 Gew.%
Mangan	0 bis 0,7 Gew.%
Schwefel	0 bis 0,05 Gew.%
Phosphor	0 bis 0,1 Gew.%
	Rest Eisen

das mit 0,3 bis 2 Gew.% einer Impflegierung geimpft ist.

Graugußeisen dieser Art sind beispielsweise aus der belgischen Patentschrift 7 10 679 sowie der deutschen Patentschrift 19 06 008 bekannt Zur Herstellung eines derartigen Gußeisens werden handelsübliche Impflegierungen vom Typ SiCa oder FeAlCa verwendet, in denen Kalzium durch Barium oder Strontium ersetzt sein kann.

Bei der Herstellung der genannten Gußeisenlegierungen unter Verwendung von kalziumhaltigen Impfstoffen besteht der Nachteil, daß große Mengen von Reaktionsschlacken entstehen. Diese Schlacken bleiben im flüssigen Eisen lange Zeit in der Schwebe und steigen schließlich infolge ihres geringen spezifischen Gewichtes an die Oberfläche der Schmelze. Es ist deshalb erforderlich, die Schmelze vor dem Gießen zu reinigen, um die Schlacke soweit wie möglich abzuziehen.

30

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von lamellaren Graphit aufweisendem grauem Gußeisen hoher mechanischer Festigkeit und geringer ledeburitischer Härte mit folgender Zusammensetzung:

45

55

_b0 ist eine vollständige Reinigung durchzuführen, da die Abscheidung der Schlacke nur langsam vor sich geht und die Schmelze in der hierzu erforderlichen Zeit in der Pfanne zu sehr abkühlen würde. Gewisse Schlackenmengen gelangen daher stets während des Gießens in die Gießform, so daß es erforderlich ist im Gießkanal Schlackenfallen anzubringen um zu vermeiden, daß die verbleibenden Schlacken in das Gußstück gelangen. Derartige Schlackenfallen erschweren jedoch das Gießverfahren erheblich.

Ein weiterer Nachteil der Verwendung von kalziumhaltigen Impflegierungen besteht darin, daß die in der Industrie gebräuchlichen Legierungen dieser Art zuviel Silizium enthalten. Andererseits müssen die in Rede stehenden Gußeisensorten, die eine hohe mechanische Festigkeit und geringe Härte aufweisen sollen, nach der Impfung einen Gehalt von unter 1 Gew.%, vorzugsweise von 0,75% Silizium aufweisen.

Die erforderliche Begrenzung des Siliziumgehaltes ergibt Probleme bei der industriellen Herstellung, insbesondere deshalb, weil durch Wiederverwendung von Schrott eine Anhäufung des Siliziumgehaltes eintreten kann.

Die Verwendung von handelsüblichem SiCa ist praktisch für die industrielle Herstellung von Gußeisen mit Aluminium ausgeschlossen.

Für die industrielle Herstellung von Gußeisen mit Aluminium wurde speziell eine Legierung hergestellt deren Zusammensetzung folgends ist: Fe=30%, Ca = 15%, Si=25%, Al=30%. Da diese Legierung nicht in großen Mengen hergestellt wird, liegt ihr Selbstkostenpreis sehr hoch.

In der deutschen Patentschrift 19 06 008 ist eine Impflegierung erwähnt (FeAICa), die siliziumfrei ist Es handelt sich jedoch um eine im Laboratorium hergestellte Legierung, deren industrielle Erzeugung mit Rücksicht auf die Kosten, die die Elimination von Silizium nach sich ziehen würde, nicht in Betracht gezogen wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von grauem Gußeisen mit lamellarem Graphit anzugeben, welches hohe mechanische Festigkeit und geringe ledeburitische Härte vereinigt und das die eingangs genannte Zusammensetzung aufweist Das Verfahren soll so durchführbar sein, daß die Legierung leicht und ohne besondere Maßnahmen zu vergießen ist und kostengünstig hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, eine Impflegierung zu verwenden, die als aktives Impfelement 5 bis 75% Metalle der seltenen Erden enthält wobei die Impflegierung aus folgenden Gruppen ausgewählt ist:

Si (SE), FeSi (SE), FeAlSi (SE), FeAl (SE),

Al(SE),

CuSi (SE), Ni (SE), NiSi (SE),

und wobei die verwendete Impflegierung nicht mehr als 40 Gew.% Si enthält. Die Abkürzung »SE« in der vorstehenden Aufstellung bedeutet Metalle der seltenen Erden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren so durchgeführt daß das aktive Impfelement ein Mischmetall ist. Derartige Mischmetalle sind grundsätzlich bekannt, und sie

indessen hai es sich gezeigt, daß es nahezu unmöglich enthalten ungefähr 50 Gew.% Cer sowie etwa 50

Gew.-% andere seltene Erdmetalle, wie beispielsweise Lanthan, Neodym und Praseodym.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die verwendete Impflegierung 20 bis 70 Gew.-% Metalle der seltenen Erden auf. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung gelangen im aligemeinen Legierungen zur Anwendung, die 22 bis 66% seltene Erden enthalten. Das nach dem Verfahren erzeugte Gußeisen wird im allgemeinen mit 03 bis 0,8% der genannten Impflegierung geimpft Zusätzlich kann die Impflegierung noch ein weiteres aktives Element aus der Gruppe Kalzium, Barium und Strontium enthalten.

Aus einem Aufsatz von Daws on, der im BCIRA Journal of Research, 1961, Band 9 veröffentlicht worden ist, dort insbesondere Seite 199, Fig.7 wurde darauf hingewiesen, daß ein über 0,1% Mischmetall hinausgehender Zusatz zu siliziumhaltigen Gußeisen, was einem Zusatz von 0,05% Cer entspricht, ein rein weiß erstarrendes Gußeisen entstehen läßt

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert Jedem Beispiel ist eine Tabelle beigegeben, die die typischen Eigenschaften eines erfindungsgemäß hergestellten Gußeisens angibt und die auch Vergleichswerte enthält, welche an einem Gußeisen sonst gleicher Zusammensetzung jedoch mit 1% SiCa geimpft erhalten worden sind. In Spalte 5 der Tabellen ist zusätzlich unter der Bezeichnung HB-Gußeisen Si die normale Brinellhärte (HB) eines Graugusses mit Silizium angegeben, dessen Zugfestigkeit derjenigen des erfindungsgemäßen Gußeisens entspricht Die in dieser Spalte angegebene Brinellhärte wurde nachträglich aus der Formel:

HB = 100 + 4,3 σ

errechnet, wobei σ die Zugfestigkeit bedeutet.

Beispiel 1

35

Beispiel 2 Zusammensetzung des Gußeisens

Si·)

Mn

2,92 0,21 0,55 0,020 0,050 *) Vor der Impfung bestimmtes Silizium.

Impfung mit einer'Legierung des Typs FeSi(SE), zusammengesetzt aus:

SE zu Mischmetall: 22%
Silizium: 40%
Rest Ei"n

Tabelle :

Vo hinzuge- Tiefe der Zugfestig- HB 10/3000/ HB fügte Impf- Härte in keit kg/mm² 15 kg/mm² Gußlegierung mm (0 30 mm) (0 30 mm) eisen Si

(1) (2) (3) (4) (5)

0,3	7,5	B	42,1	Si·)	Mn	P	242	282
0,4	6,5	42,5	241	283
0,6	1,5	44,6	239	292
0,8	0,5	47	235	302
1%	SiCa 4	46,8	236	301
		eispiel 3
	Zusammensetzung des Gußeisens
	C	S	Al

2,94 0,26 0,55 0,016 0,072 ·) Vor der Impfung bestimmtes Silizium.

2,38

Impfung mit einer Legierung des Typs Si(SE), zusammengesetzt aus:

SE zu Mischmetall: 66%
Silizium: 33%

Zusammensetzung des Gußeisens

Si·)

Mn

Al

3,74 0,15 0,53 0,018 0,045
*) Vor der Impfung bestimmtes Silizium.

235

Tabelle 1

% hinzuge	Tiefe der	Zugfestig	HB 10/3000/	HB-
fügte Impf	Härte in	keit kg/mm²	15 kg/mm²	Guß
legierung	mm	(0 30 mm)	(0 30 mm)	eisen Si
(1)	(2)	(3)	(4)	(5)

0,3	1,5	30,2	177	230
0,4	0,5	31,6	178	236
0,5	0	30,5	178	236
1.9/0 SiCa	1	30.5	174	231

Tabelle 3

Impfung mit einer Legierung des Typs FeSi(SE), zusammengesetzt aus:

SE zu Mischmetall: 22%
Silizium: 40%
Rest Eisen

55

% hinzuge- Tiefe der

fügte Impf- Härte in

legierung mm

0) (2)

Zugfestig- HB 10/3000/ HB keit kg/mm* 15 kg/mm² Guß-(0 30 mm) (0 30 mm) eisen Si

(3) (4) (5)

0,3 10,5 47,5 265 304

0,4 6 49,2 268 311

0,6 0 52,1 268 325

1% SiCa 4 47,8 256 305

Beispiel 4 Zusammensetzung des Gußeisens

Si·)

Mn

Al

3,13 0,15 0,57 0,025 0,044 *) Vor der Impfung bestimmtes Silizium.

2,08

Impfung mit einer Legierung des Typs FeSi(SE), zusammengesetzt aus:

SE zu Mischmetall: 5%
Silizium: 40%
Rest Eisen

Tabelle 4 Tabelle 6

% hinzuge- Tiefe der Zugfestig- HB 10/3000/ HB fügte Impf- Härte in keit kg/mm² 15 kfc/mm² Gußlegierung mm (0 30 mm) (0 30 mm) eisen Si

(2)

(3)

(4)

(5)

% hinzuge- Tiefe der Zugfestig- HB 10/3000/ HB fügte Impf- Härte in keil kg/mm² 15 kg/mm² Gußlegierung mm (0 30 mrn) (0 30 mm) eisen Si (1) (2) (3) (4) (5)

03	10,5	35,1	247	252
0,6	6.5	36,2	245	256
1	13	37,6	246	262
1,5	O	423	242	282
1% SiCa	2	43,2	246	286
		Beispiel 5
Zusammensetzung des Gußeisens

0,3	14	343	245	250
0,6	10	34,8	2j5	250
1	3	38,1	246	264
1,5	1	41,6	241	279
1% SiCa	3	39,4	236	270

Beispiel 7 Zusammensetzung des Gußeisens

Si

Mn

Si*)

Mn

3,37 0,13 0,60 0,028 0,054 *) Vor der Impfung bestimmtes Silizium.

3,15 0,16 0,58 0,027 0,047 2,65 20 *) Vor der Impfung bestimmtes Aluminium.

Impfung mit einer Legierung des Typs FeSi(SE), zusammengesetzt aus:

SE zu Mischmetall: 75%
Silizium: 12,5%
Rest Eisen

Tabelle 5

Impfung mit einer Legierung des Typs FeAl(SE), zusammengesetzt aus:

SE zu Mischmetall: 50%
Aluminium: 25%
Eisen: 25%

Tabelle 7

% hinzuge	Tiefe der	Zugfestig	HB 10/3000/	HB
fügte Impf	Härte in	keit kg/mm²	15 kg/mm²	Guß
legierung	mm	(0 30 mm)	(0 30 mm)	eisen Si
(1)	(2)	(3)	(4)	(5)

³⁰ % hinzuge	Tiefe der	Zugfestig	HB 10/3000/	HB
fügte Impf	Härte in	keit kg/mm²	15 kg/mm²	Guß
legierung	mm	(0 30 mm)	(0 30 mm)	eisen Si
Ο)	(2)	(3)	(4)	(5)

35

0,3
0,8
1,2
1,5
1% SiCa

15
7
4
2
2

35,9
42,7
42,5
45,1
47

229 249 232 242 248

254 284 283 294 302 0,3

0,6

1% SiCa

423
443
45,6
43,2

246 245 243 246

282 293 296 286

Beispiel 6 Zusammensetzung des Gußeisens

Si·

Mn

Al

332 0,13 0,57 0,026 0,071 ·) Vor der Impfung bestimmtes Silizium.

2,25

Impfung mit einer Legierung des Typs FeSi(SE)Ca, zusammengesetzt aus:

SE zu Mischmetall: 25%
Kalzium: 10%
Silizium: 40%
Rest Eisen

Die Beispiele zeigen, daß es erwünscht ist, eine Impflegierung zu verwenden, deren aktives Element zwischen ungefähr 20 Gew.-% (22 Gew.-% in den Beispielen) und ungefähr 70 Gew.-% (76 Gew.-% in den Beispielen) der Legierung liegt

Es genügt völlig, die erfindungsgemäß zu verwendende Impflegierung in Mengen von 03 bis 0,8 Gew.-% einzusetzen, um die erstrebten Eigenschaften des Gußeisens zu erhalten, nämlich geringe ledeburitische Härte, hohe Zugfestigkeit sowie keine große Härte.

Die Tabellen zeigen weiter (Spalten 3 und 5), daß Aluminium enthaltendes Gußeisen, welches in erfindungsgemäßer Weise hergestellt und geimpft worden ist, bei gleicher Festigkeit deutlich weniger hart ist als die klassischen Gußeisen mit Aluminium.

Es können auch andere Impflegierungen verwendet werden, nämlich solche der Zusammensetzung Al (SE), Cu (SE), CuSi (SE), Ni (SEX NiSi (SE). In diesen Formelbezeichnungen bedeuten die Buchstaben »SE« Metalle der seltenen Erden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von lamellaren Graphit aufweisenden": grauem Gußeisen hoher mechanischer Festigkeit und geringer ledeburitischer Härte, das aus 2 bis 4% C, 0 bis 1 % Si, 1 bis 3% Al, 0 bis 0,7% Mn, 0 bis 0,05% S, 0 bis 0,1 % P, Rest Fe besteht und mit 0,3 bis 2% einer Impflegierung geimpft ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impflegierung als aktives Impfelement 5 bis 75% seltene Erden enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die

Si (SE), FeSi (SE),

FeAlSi (SE), FeAl (SE),

Al(SE),

CuSi(SE)₁Ni(SE)₁NiSi(SE)

enthält, und daß die Impflegierung nicht mehr als 40% Si enthält

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Impfelement ein Mischmetall ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impflegierung 20 bis 70% seltene Erden enthält

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impflegierung 22 bis 66% seltene Erden enthält

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß das Gußeisen mit 0,3 bis 0,8% der Impflegierung geimpft ist

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impflegierung ein zusätzliches aktives Element aus der Gruppe Ca, Ba, Sr aufweist.