DE2634687A1 - Verfahren zur aufbereitung einer gusseisenschmelze - Google Patents

Description

Verfahren zur Aufbereitung einer Gußeisenschmelze.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung einer sich normal unter Bildung von Flockengraphit verfestigenden Gußeisenschmelze kurz vor dem Vergießen der Schmelze zur Erzielung eines wenigstens teilweise sphärolithischen Gußeisens unter Verwendung eines die Kugelgraphitbildung erzeugenden und fördernden Zusatzmaterials.

Unter den bis jetzt bekannten Verfahren der vorgenannten Art werden hauptsächlich Magnesium und Cer sowie andere seltene

709809/0738

Erden und Kalzium, einschließlich deren Legierungen, als die Zusatzmaterialien benutzt, welche bei der Verfestigung einer in einer bestimmten Weise konditionieren Gußeisenschmelze die Bildung von Kugelgraphit auslösen und bewirken sollen. Das Zusetzen dieser Materialien geschieht dabei gewöhnlich in der Weise, daß man die entsprechend vorbestimmten Teilmengen der Schmelze hinzufügt, während sich die Schmelze noch in der Gießpfanne befindet oder während die Schmelze bereits vergossen wird, wobei dann die Hinzufügung an einer bezüglich der Gießform stromaufwärts gelegenen Stelle erfolgt. Oder es werden diese Zusatzmaterialien in der Gießform selbst hinzugefügt, wobei es bis jetzt der allgemeinen Praxis entspricht, dieses sogenannte Impfen der Gußeisenschmelze zur Erreichbarkeit einer möglichst hohen prozentualen Ausbeute an Kugelgraphit mittels körnigen oder pulverförmigen Zusätzen zu bewirken.

Besonders für den Umgang mit magnesiumhaltigen Zusätzen bringt dieses zuletzt erwähnte Impfen als besondere Vorteile eine zumindest weitgehende Verhinderung eines vorzeitigen Verflüchtens des Impfstoffes, besonders durch Verbrennen infolge der Berührung mit der heißen Schmelze, und weiter der Verhinderung einer größeren Rauchbildung und damit einer entsprechenden Umweltverschmutzung sowie schließlich noch den maßgeblichen Vorteil einer doch erheblichen Kostenverringerung, weil damit die Zusatzmaterialien in geringeren Mengen und dennoch mit größerem Wirkungsgrad eingesetzt werden können. Nach wie vor sind jedoch auch für dieses Impfen, dessen sich die vorliegende Erfindung als Ausgangspunkt annimmt, noch zahlreiche Nachteile aufzuzählen, unter welchen sich primär in den fertigen Gußstücken feststellbare Gießfehler finden, die auf eine völlig unterbliebene odernur teilweise bewirkte Auflösung der Zusätze zurückzuführen sind, wobei diese Art von Gießfehlern meistens in einer ziemlich ungleichmäßigen Verteilung vorkommt und gewöhnlich darauf zurückzuführen ist, daß die Schmelze die in einer besonderen Reaktionskammer der Sandform angeordneten Zusätze völlig ungeregelt in die hohlen Formräume

- 3 709809/0738

mitreißt, wo sie dann auch aufgetrieben werden. Mithin ergibt sich dabei der weitere Nachteil, daß durch einen solchen veränderlichen Eintrag der Zusätze in die hohlen Formräume ausser einen entsprechend ungleichförmigen Verteilung und einer ebenso ungleichförmigen Auflösung veränderliche chemische und metallurgische Eigenschaften für die verschiedenen Querschnitte des fertigen Gußstückes erhalten werden, so daß damit nicht immer alle Anforderungen an einen Qualitätsguß erfüllbar sind. Bei der Fertigung eines Qualitätsgusses sind daher regelmäßig Sondermaßnahmen zu treffen, welche ebenso eine entsprechende Kostensteigerung bedeuten wie eine ohne solche Sondermaßnahmen dann erforderliche Ausscheidung von Ausschußware, wobei hier als Kriterium hauptsächlich die jeweils benutzte Mindestmenge an soibli en Zusätzen auftritt, die zur Erreichbarkeit eines entweder nur teilweise oder aber vollständig sphärolithischen Gußeisens benötigt wird. Es ist also mittels der bekannten Verfahren kaum möglich, ein bestimmtes sphärolithisches Gußeisen mit einer vorberechneten Mindestmenge solcher Zusätze zu erhalten, so daß regelmäßig vergrößerte Mengen eingesetzt werden müssen. Damit wird aber gleichzeitig eine entsprechende Vergrößerung der für eine Oxydation mit der Schmelze in Betracht kommenden Oberfläche der für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusätze erhalten, so daß auch durch solche Oxydationseinschlüsse eine weitere Qualitätsverringerung der Gußstücke hingenommen werden muß. Als letzter, hier noch erwähnenswerter Nachteil kann schließlich auch noch auf eine relativ schwierige Handhabung solcher körniger bzw. pulverförmiger Zusatzmaterialien hingewiesen werden , die in dieser Hinsicht auch leicht dazu verführen, die eigentliche Gießrinne einer Gießform unnötig zu vergrößeren, nur damit die Materialien im praktischen Umgang mit der Form einfacher zur Anordnug gebracht werden.können.

- 4 70980 9/0730

Mithin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hauptsächlich auf ein solches Impfen ausgerichtetes Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das mit einer vergleichsweise größeren Sicherheit eine größere Gleichmäßigkeit im Erreichen einer gewünschten Gußqualität gewährleistet, wozu unter Berücksichtigung des vorstehend erwähnten Katalogs entsprechender Nachteile der bisher geübten Verfahren hauptsächlich gehört, daß die zur Kugelgraphitbildung benötigten Materialien in entsprechend verbesserter Form für einedm wesentlichen homogene Verteilung eines gewünschten Kugelgraphitanteils im fertigen Gußstück aufbereitet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß für ein solches Verfahren hauptsächlich vogesehen, das Zusatzmaterial als eine feste und kompakte, insbesondere blockförmige Masse auszubilden und so innerhalb und entlang einer Wandaussparung der zu wenigstens einem hohlen Formraum führenden Gießrinne unter möglicher Einbeziehung auch von deren außerhalb der Form liegendem Einlauf anzuordnen, daß ** diese mithin genügend dichte Masse der Gußeisenschmelze eine für die Zeitdauer des Vergießens größenmäßig im wesentlichen unveränderliche Grenzfläche zur aufbereitenden Berührung darbietet. Die wegen einer satten Einpassungsmöglichkeit in eine Wandaussparung bevorzugte Verdichtung zu einer Blockform sollte dabei zweckmäßig so gestaltet werden, daß einem solchen Block über die gesamte Blockhöhe zur Berührung mit der Schmelze eine bis auf eine verlängerte Stehzeit der Schmelze in der Aussparung ausgleichende bzw. eine bis auf eine dadurch bexvirkte Veränderung des ferrostatischen Druckkopfes berücksichtigende, im wesentlichen gleiche Querschnittsflache gegeben wird. Die hierbei angesprochene Veränderung des ferrostatischen Druckkopfes ist hauptsächlich auf einen Temperaturwechsel der Schmelze zurückzuführen und weiterhin auch auf die Fließrate, mit welcher die Schmelze vergossen wird, so daß für eine erfindungsgemäß angestrebte Konstanthaltung der für eine gleichmäßige Yerteilungs-

— 5 —

09809/0738

rate der Zusatzmaterialien maßgeblichen Grenzfläche der zur Blockform verdichteten Masse eine erfindungsgemäß weiterhin gefundene Wechselbeziehung zwischen der bestimmten Größe dieser Grenzfläche, dem Gewicht und der Pließrate der Gußeisenschmelze sowie dem prozentualen Anteil besonders von Magnesium in den für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusätzen und schließlich auch dem gewünschten Ausmaß des im fertigen Gußstück enthaltenen Kugelgraphits besteht.■

Erfindungsgemäß M, damit eine Voraussetzung dafür geschaffen, daß die für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusätze eine kontinuierlich gleichförmige Aufbereitung erfahren, was eine hauptsächliche Voraussetzung für eine gleichmäßige Verteilungsrate der Zusätze im fertigen Gußstück ist. Mithin haben die fertigen Gußstücke in entsprechender Gleichmäßgkeit in beliebigen Querschnitten weitgehend vergleichmäßigte Festigkeitseigenschaften, so daß also entsprechend hochqualitative Gußstücke erhalten werden. Dabei ist noch von besonderer Bedeutung, daß diese hohen Gußqualitäten gezielt mit vorberechneten Mindestmengen der Zusätze erreichbar sind und es durch deren mithin geordnete Aufbereitung möglich ist, bei einer gleichzeitigen Kleinhaltung des Volumens der Gießrinne einer Gießform bestimmter Größe gleichzeitig mehr Gußstücke mit dieser Form zu fertigen als es bis jetzt bei Ausübung der bekannten Verfahren möglich war. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich also wesentlich produktiver gestalten, wobei sein besonderer Vorteil noch darin liegt, daß es auch auf einen stehenden Guß anwendbar ist, was bis jetzt mittels der bekannten Verfahren bei gleichzeitiger Erfüllung optimaler Festigkeitseigenschaften der damit erhaltenen Gußstücke kaum möglich war„ Die hohen Qualitätseigenschaften der fertigen Gußstücke sind hauptsächlich zurückzuführen auf eine damit erfolgreich beherrschte Verhinderung eines Eindringens nicht aufgelöster Materialteilchen in di-= zur Ausbildung der Gußstücke maßgeblichen Formräume, so daß ss dort auch nicht zu einer veränderlichen

- β 709809/0738

Absetzrate bzw. einem veränderlichen Auftreiben von Materialteilchen verschiedener Größe kommen kann. Auch werden dadurch weniger Qxydationseinschlüsse für das fertige Gußstück erhalten, besonders dann, wenn die auch aus diesem Grund bevorzugt blockförmig verdichtete Masse ohne innere Oxydeinschlüsse, was beispielsweise bei einer festen Magnesiumlegierung relativ einfach erreichbar ist, ausgebildet wird.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den einzelnen Unteransprüchen erfaßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine nach den Grundsätzen der Erfindung gestaltete Gießform,

Fig. 2 eine Draufsicht in der Trennebene auf den unteren Teil dieser Form,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Teilansicht einer nach den Grundsätzen eines bekannten und den gewählten Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Verfahrens gestalteten Form,

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Einzelheit einer anderen, ebenfalls nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung gestalteten Gießform,

Fig. 5 die zugehörige Draufsicht aufdie Einzelheit gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen entsprechenden Längsschnitt durch eine für einen stehenden Guß zweier Kurbelwellen nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung eingerichtete Gießform,

- 7 -709809/0738

Fig. 7 einen Querschnitt dieser Gießform nach der Linie 7 - 7 in Fig. 6 und

Fig. 8 eine weitere Einzelheit dieser Gießform in einer Schnitt ansicht nach der Linie 8 - 8 in Fig. 6.

Die in den Fig. I und 2 dargestellte Gießform A ist beispielsweise aus mit einem geeigneten Bindemittel versetztem Sand gefertigt und umfaßt eine übliche Gießrinne A-I, welchezu wenigstens einem hohlen Formraum A-2 führt, der auf die Form eines damit zu fertigenden Gußstückes abgestimmt ist. In der die Gießrinne A-I begrenzenden Wand ist eine taschenförmige Aussparung B ausgebildet, die zur Aufnahme eines darin relativ satt eingesetzten Blockes C eingerichtet ist. Dieser Block C ist aus dem Material gebildet, das einer sich normal unter Bildung von Flockengraphit verfestigenden Gußeisenschmelze die Eigenschaft verleiht, sich unter einer wenigstens teilweisen Bildung von Kugelgraphit zu verfestigen, wobei es zu dieser Kugelgraphitbildung ausschließlich dadurch kommt, daß die Gußeisenschmelze in einer Zone D der Gießrinne A-I mit der dafür maßgeblichen Grenzfläche des Blockes C zur aufbereitenden Berührung kommt noch bevor die Schmelze den Formraum A-2 erreicht. Die Ausbildung als solche des Blockes C und dessen Anordnung innerhalb der taschenförmigen Aussparung B der Gießrinne A-I an der Stelle D ist das bevorzugte Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung,,

Die Gießform A besteht im übrigen aus einem üblichen Formkasten-Oberteil 10 und einem Unterteil 11, die sich beide in einer horizontalen Trennebene 12 treffen, in welcher «m mithin auch der hohle Formraum A-2 eine horizontale Trennung erfährt. Die Gießrinne A-I umfaßt an ihrem Anfang den üblichen Fülltrichter 13, der in einer Mulde 14 endet, von welcher aus der horizontale Abstich 15 der Gießrinne ausgeht, der zu dem Formraum A-2 führt. Dabei hat die Mulde Ik eine größere Querschnitts-

- 8 709809/0738

fläche als der Fülltrichter l^, die beide kreisförmig ausgebildet sind. Weiter ist dabei der Durchmesser des für die Mulde 14 maßgeblichen Kreises etwa gleich groß wie die in der Trennebene 12 gemessene Breite des Abschnittes 15a der Gießrinne 15,· welcher die Mulde 14 mit der Aussparung B verbindet, während der folgende, zu dem Formraum A-2 führende Abschnitt der Gießrinne I5 um beinahe die Hälfte schmäler ist. Im übrigen ist die Gießform bzw. speziell die Gießrinne I5 noch mit üblichen Steigtrichtern, Schlackenüberläufen u.dgl. versehen, auf deren besondere Darstellung jedoch verzichtet xvurde.

Die taschenförmige Aussparung B wird von Seitenwänden 16 begrenzt, die sich über einem Boden 17 erheben. Die senkrecht zu diesem Boden I7 gemessene Tiefe der Aussparung B, die mit dem Doppelpfeil 21 angedeutet ist, ist dabei etwas größer als die Höhe des darin eingepaßten Blockes C, welcher der durch die Gießrinne I5 fließenden Schmelze eine im wesentlichen unveränderliche Grenzfläche 25 zur aufbereitenden Berührung darbietet. Die Grenzfläche 25 des Blockes C liegt mithin in einer zu der Trennebene 12 und auch zu dem Boden 17 der Aussparung 16 parallelen Ebene, auf xvelcher die für die Blockhöhe maßgebliche Mittellinie 18 der Aussparung senkrecht steht. Die Seitenwände 16 der Aussparung können leicht konisch gestaltet sein, so daß sich die zu der Grenzfläche 25 parallelen Querschnitt sflachen des Blockes C gegen den Boden I7 hin um etwa 5 bis 15$ verkleinern. Mithin wird über eine solche konische Gestaltung der Seitenwände 16 eine geeignete Anpassung an eine Vergrößerung der Stehseit des Nachlaufs der Schmelze erreicht, womit besonders bei Gießsystemen mit einer größeren Veränderung des ferrostatischen Druckes zu rechnen ist. Die Größe der Aussparung B ist nun eine magebliche Einflußgröße auf das erreichbare Ausmaß der Kugelgraphitbildung, wobei hier hauptsächlich empirische Erfahrungswerte gelten. Annäherungsweise kann das Volumen der Aussparung B auch berechnet werden als dem Quotienten des um einen konstanten Paktor K vermehrten Gewichts der

709809/0738

in eine Form gegossenen Schmelze und dem prozentualen Magnesiumanteil einer gleichzeitig bevorzugt benutzten feien Magnesium-Eisensilizium-Legierung, wobei der Paktor K den Wert 0,265 bzw, 0,275 für einen mittleren Gießquerschnitt zwischen etwa 6,35 und 38,1 mm bzw. einen solchen zwischen etwa 38Λ mm und 101,6 mm annimmt, sofern der Kugelgraphitanteil im fertigen Gußstück wenigstens etwa 80$ betragen soll. An diesem Quotienten ist gleichzeitig interessant, daß innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik doch ein wesentlich geringerer Raum zur Unterbringung der die Kugelgraphitbildung auslösenden Zusätze benötigt wird, und zwar kommt man beispielsweise nur mit der Hälfte und in der Regel noch weniger des Raumes aus, wenn man eine sonst gleiche Auflösungsrate voraussetzt und auch sonst gleiche Bedingungen zugrunde legt. Da regelmäßig mit einer im Sinne einer größeren Vergleichmäßigung verbesserten Auflösungsrate bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gerechnet werden kann, sind diese Vergleichsangaben tatsächlich noch wesentlich vorteilhafter, was sich im übrigen auch aus dem Umstand erleuchtet, daß unter solchen Vergleichsbedingungen der Block C regelmäßig mindestens etwa 80$ des Volumens der Aussparung B ausfüllen wird, während eine körnige bzw. pulverförmige, also nicht besonders verdichtete und vielmehr" nur mehr oder weniger lose eingeschüttete Masse wirksam nur etwa 55^ des Volumens der Aussparung beansprucht. Diese Vorteilsangabe kann mit dem Hinweis ergänzt werden, daß für den zu dem Formraum A-2 führenden Abschnitt der Gießrinne I5 bei Verwendung des Blockes C eine maximale Höhe 20 von typischerweise nicht mehr als etwa 6,35 mm benötigt wird bei einer gleichzeitigen Tiefe 21 der Aussparung B von nicht mehr als dem Zehnfachen dieses Wertes, welches Größenverhältnis unter vergleichbaren Bedingungen bei allen bis jetzt bekannten Verfahren nicht erreichbar ist.

Wie oben bereits festgehalten wurde, ist der Block C im wesentlichen satt in die Aussparung B eingesetzt, was nichts anderes

- Io -

709808/0738

heißt, als daß die Seitenwände 27> und der Boden des Blockes C komplementär zu den Seitenwänden 16 und dem Boden 17 der Aussparung B ausgebildet sind. Durch diese satte Einpassung des Blockes C in die Aussparung B wird im wesentlichen gewährleistet , daßdie Schmelze nur an der Grenzfläche 25 zur Berührung mit dem Block C kommt, so daß nur diese Fläche für die während des Vergießens der Schmelze stattfindende Aufbereitung in Betracht zu ziehen ist. Sofern der Block C infolge irgendwelcher Herstellungsungenauigkeiten nicht wirklich satt in die Aussparung B eingepaßt ist, so können dabei dann auch gewisse Toleranzen für eine von der Aussparung abweichende Formgebung des Blockes C hingenommen werden, weil doch davon ausgegangen werden kann, daß in die dann bestehenden kleineren Spalte zwischen dem Block C und den umgebenden Wänden 16, VJ der Aussparung B vordringende Teilmengen der Schmelze sofort gefrieren bzw. verfestigen, so daß dann gleiche Verhältnisse vorliegen wie bei einer von Anfang an satten Einpassung des Blockes. Dabei soll auch noch einmal darauf hingewiesen sein, daß die Grenzfläche 25 und alle zu ihr parallelen Querschnittsflächen des Bloäces C im wesentlichen parallel zu der Trennebene 12 verlaufen soll und mithin auch parallel zu der maßgeblichen Bettiefe der Gießrinne 15, von der die Grenzfläche 25 einen Abstand von etwa 6,55 mm und weniger haben kann, verglichen mit einem Abstand von wenigstens etwa 19,05 mm und mehr bei einem System, bei dem die Zusätze zur Auslösung der Kugelgraphitbildung als vereinzelte Körner bzw. als Pulver in eine gleichartige Aussparung eingefüllt werden. Dabei bringt diese vertiefte Anordnung des Blockes C in der Aussparung B den hauptsächlichen Vorteil, daß die Schmelze an einem schnelleren Vorbeifließen gehindert und stattdessen auf einen gewissen Umweg gezwungen wird, um so eine entsprechend erzwungene Berührung mit dem Block C herbeizuführen, deren Zeitdauer im Verhältnis zu der Größe der Grenzfläche 25 für eine konstante Äuflösungsrate dieses somit augesetzten Materials maß-

- 11 -

709809/0738

gebend ist. Die Blockform verhindert dabei gleichzeitig, daß es nicht zu einem Mitreißen nicht oder nicht vollständig aufgelöster Materialteilchen hin zu dem Formraum A-2 kommt, wie es in Pig. J> für die entsprechenden Verhältnisse der einschlägig bekannten Verfahrai dargestellt ist. Weiter kann mit der Blockform die Auflösungsrate über eine dadurch einfach herbeizuführende Verlängerung der Verweilzeit der Schmelze günstig beeinflußt werden, daß die Breite des zu dem Formraum A-2 führenden Abschnittes der Gießrinne 15 kleiner als die Breite von deren zu der Aussparung B führendem Abschnitt 15a gehalten wird. Ein Breitenunterschied in der Größenordnung zwischen etwa 5 und 10$ kann hierbei als entsprechend vorteilhaft angesehen werden.

Wenngleich vorstehend für den Block C eine feste Magnesium-Eisensilizium-Legierung als besonders vorteilhaft ausgewiesen wurde, weil damit innerhalb praktischer Versuchsreihen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren optimale Qualitätseigenschaften bei den fertigen Gußstücken erhalten werden konnten, werden gegenüber den bekannten Verfahren verbesserte Werte auch bereits dann erhalten, wenn dieser Block C aus anderen, in diesem Zusammenhang zur Auslösung einer Kugelgraphitbildung bekannten Materialien gefertigt wird. So kommen hier insbesondere das ebenfalls bereits erwähnte Cer, Yttrium und andere seltene Erden sowie Kalziu, einschließlich deren Legierungen, in Betracht, wobei auch Kombinationen mit anderen Elementen solchen Konzentrationen möglich sind, daß sich daraus eine für die Aufbereitung der Gußeisenschmelze wirksame, wenigstens binäre Legierung ergibt. Als solche zur Kombination geeignete Elemente sind insbesondere Eisen, Silizium, Kohlenstoff und Nickel zu benennen.

Um den Block C möglichst homogen zu gestalten, sollten die zu seiner Ausbildung benutzten Materialien im Kokillenguß zu

- 12 709809/0738

der Blockform vergossen werden. Dabei Ist für das bevorzugte Magnesium-Ferrösilizium beispielsweise vorgesehen, daß zunächst eine entsprechende Menge Quarzit in Anwesenheit von Kohlenstoff und Eisen in einem elektrischen Ofen zu einer Ferrosilizium-Legierung zusammengeschmolzen wird, der dann anschließend Magnesium in einer Menge zwischen 5 und 13% sowie in der Regel einige seltene Erdmetalle und Kalzium hinzugefügt werden. Die erhaltene Legierungssohmelze wird dann in geschlossene Kokillengußformen umgefüllt, um so Gußblöcke · einer gleichen, präzisen Form zu erhalten, die mithin für alle Abgüsse verwendet werden können, die unter gleichen Bedingungen ablaufen. Die Fertigung solcher Blöcke im Kokillenguß bringt dabei den besonderen Vorteil, daß die Blöcke dann im wesentlichen frei sind von inneren Oxydeinschlüssen. Durch diese relative Freiheit an inneren Oxydeinschlüssen wird das bereits durch die Blockform begünstigte Verhältnis zwischen dem anteiligen Magnesiumoxyd und dem Gesamtgewicht des festen Magnesium-Ferrosiliziums noch weiter begünstigt, und zwar in der Richtung, daß im Vergleich zu der herkömmlichen Impfung mit körnigen oder pulverförmigen Zusätzen eine kürzere Berührungszeit der Schmelze mit dem Block C benötigt wird, um die für die Erzeugung und Förderung einer Kugelgraphitbildung im erwünschten Ausmaß benötigte Magnesiummenge zur Aufnahme in die Schmelze zu bringen. Für diesen verkürzten Zeitfaktor ist mithin hauptsächlich der Umstand maßgebend, daß solches Magnesiumoxyd nicht an der eigentlichen Kugelgraphitbildung teilnimmt, so daß wegen der bei körnigen bzw. pulverförmigen Zusätzen praktisch bei jedem einzelnen Materialteilchen vorhandenen Umhüllung mit einer solchen Oxydschicht dann eben mit einer entsprechend verlängerten Zeitdauer für die Aufnahme einer bestimmten Magnesiummenge gerechnet werden muß, wobei der dafür maßgebliche Verlängerungsfaktor von der Wirksamkeit abhängig ist, mit der eine solche umhüllende Oxydschicht aufgebrochen werden kann. Mithin hat man bislang diesen Verlängerungsfaktor beim Einsatz solcher körniger bzw. pulver-

- Γ5 -

709809/0738

förmiger Zusätze dadurch relativ klein zu halten versucht, daß man die Gießrinne größer als eigentlich erforderlich dimensionierte und ebenso auch den eigentlichen Formraum, um so eine verstärkte Schlackenbildung zu begünstigen und mithin eine entsprechend verstärkte Wirksamkeit für dieses Aufbrechen der umhüllenden Oxydschichten zu erreichen. Hierbei wirkt sich nämlich dann aus, daß durch die entsprechend vergrößerte Menge der Schmelze dann auch eine entsprechend verstärkte Temperaturbeaufschlagung erfolgt, diemithin die Grenztemperatur rascher erreichen läßt, bei welcher die quasi feuerfeste Oxydschicht aufbricht. Mithin kann in diesem Zusammenhang auch noch festgehalten werden, daß die blockförmige Ausbildung solcher für die Kugelgraphitbildung maßgeblicher Zusätze eben dem verkürzten Zeitfaktor den noch wesentlicheren Vorteil gegenüber der bisherigen Praxis im Umgang mit solchen Aufbereitungsverfahren bringt, daß die Gießrinne auf ein optimales Minimum reduziert werden kann und damit auch eine Verringerungsmöglichkeit der Anzahl von Steigtrichtern, Fülltrichtern und sonstiger üblicher Hilfseinrichtungen. Vergegenwärtigt man sich hier, daß diese Verkleinerungsmöglichkeit unter vergleichbaren Bedingungen bis zu 25$ betragen kann, wobei in Einzelfällen die der Aufnahme der blockfömigen Masse dienliche Aussparung um sogar bis zu 6C$ verkleinert werden kann, so wird darüber klar, daß eine vorgegebene Grösse einer Gießform damit wesentlich optimaler genutzt werden kann und weiterhin jetzt auch eine größere Freiheit in der Formgebung der Gußstücke gegeben ist.

Die erfindungsgemäße Verwendung der für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusatzmaterialien als eine bevorzugt blockförmig verdichtete und verfestigte Masse hat auch noch den Vorteil, daß es dabei durch die Berührung mit oer Gußeisenschmelze nur wenig oder überhaupt nicht zu einer Abspaltung oder Abtrennung einzelner für diese Masse bestimmender Legierungsanteile kommt, vielmehr alle Legierungsanteile völlig

- 14 709809/0738

gleichmäßig aufbereitet werden. Im Falle körniger oder pulverförmiger Söffe muß dagegen mit einer solchen Abtrennung schon während des Transports hin zu der betreffenden Gießstelle bzw_o während einer vorübergehenden Lagerung gerechnet werden, denn dabei kann kaum ein Absetzen der feineren Materialteilchen mehr am Boden des betreffenden Transportoder Lagerbehälters verhindert werden, so daß bei einer regelmäßig vorauszusetzenden, unachtsamen Handhabungsweise ein gerolltes Mischungsverhältnis zwischen den gröberen und den feineren Materialteilchen nicht eingehalten wird. Außerdem kann hier nochmals der obige Hinweis aufgegriffen werden, daß bei einem solchen Gemisch die feineren Materialteilchen regelmäßig mit der nachteiligen Oxydschicht umhüllt sein wenden, die eine verlängerte Aufbereitungszeit ergibt und die nicht immer und zumindest nicht in gleichem Ausmaß bei den gröberen Materialteilchen vorhanden ist, so daß bei den letzteren eine andere, in diesem Fall verbesserte Auflösungsrate vorliegt.

Die Blockform bringt mithin den wiederholt erwähnten Vorteil, daß damit die für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusatzmaterialien eine optimal gleichmäßige Verteilung in der Gußeisenschmelze erfahren, so daß das fertige Gußstück optimal vergleichmäßigte Festigkeitseigenschaften hat. Die Blockform ist auch in der Richtung vorteilhaft, daß sie einewesentlich einfachere und zudem praktisch fehlerfreie Handhabung erlaubt, so daß auch weniger qualifiziertes Arbeitspersonal in einer zudem verringerten Anzahl für solche Arbeiten eingesetzt werden kann_o

Bei der Gießform nach den Fig. 4 und 5 ist die tasohenförmige Aussparung B zur Aufnahme des Blockes C direkt unterhalb des Fülltrichters 30 ausgebild%, wobei die Aussparung B hier eine Kre&feform mit einem Durchmesser hat, der etwas größer ist als der Austrittsdurchmesser des Mundstückes 30a des Fülltrioh-

- 15 709809/0 738

ters 30. Mithin schafft hierbei die Aussparung B gleichzeitig eine Art Gießmulde 33 in einer Anordnung zwischen dem Mundstück 30a des Fülltrichters 30 und der exponierten Grenzfläche des Blockes C, und von dieser Gießmulde 33 erstrecken sich nach verschiedenen Richtungen die Abschnitte 3I und 32 der Gießrinne, die mithin zu zwei verschiedenen hohlen Formräumen führt. Eine solche Anordnung wird hauptsächlich für Zusatzmaterialien mit einem geringen Magnesiumgehalt empfohlen, wobei dann auch hier der hauptsächliche Vorteil geltend gemacht werden kann, daß mit dieser Anordnung und Ausbildung des Blockes C die Voraussetzung für eine opitmal gleichmäßige und homogene Verteilung der Kugelgraphitanteile im fertigen Gußstück getroffen ist. Weiterhin gilt auch dabei, daß es mit dieser Blockform möglich ist, Jedes gewünschte Ausmaß der Kugelgraphitbildung durch entsprechende Steuerung des prozentualen Restgehaltes an Magnesium zu erreichen, so beispielsweise einen Kugelgraphitanteil von wenigstens 80$ und mehr mit mur etwa 0,02 bis 0,03$ restlichem Magnesium. Dabei ist auch über diese Zahlenangabe der doch erhebliche Fortschritt des erfindungsgemäßen Aufbereitungsverfahrens erkennbar, da unter sonst gleichen Voraussetzungen ein gleich hoher Kugelgraphitanteil bei den bis jetzt bekannten Verfahren wenigstens etwa 0,03 bis 0,06$ restliches Magnesium erfordert.

Für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sollen folgende Zahlenangaben vorgelegt werden. Zur Ausbildung des Blökkes C wird zunächst in einem geschlossenen Kessel die dafür maßgebliche Legierung aufgeschmolzen, und zwar typischerweise aus 30 bis 50^ Eisen, 5 his 15$ Magnesium^, 5 bis 1,5$ Aluminium, 0,5 bis 3,0$ Kalzium und 0,3 bis 1,5$ Cer, und die erhaltene Schmelze wird dann im Kokillenguß zu der Blockform vergossen. Andererseits wird eine Gußeisenschmelze vorbereitet, die sich normal unter Bildung von Flockengraphit verfestigen würde. Mithin wird eine solche Gußeisenschmelze typi-

- 16 709809/0738

scherweise zwiaiien 2,5 und 4,0$ Kohlenstoff, 0,005 bis 0,02$ Schwefel, 1,5 bis 3,5$ Silizium, bis 1,5$ Mangan, 0,05 bis 0,1$ Phosphor, Resteisen und die üblichen Spurenelemente, enthalten. Bei dieser Schmelze handelt es sich mithin um eine mehr oder weniger übliche Graugußschmelze, die auch schon einen gewissen Kugelgraphitanteil haben kann, in welchem Falle dann allerdings eine mehr wurmartige Graphitausbildung unter normalen Verfestigungsbedingungen zu; erwarten ist. Diese Schmelze wird dann aufbereitet, indem dafür eine Gießform beispielsweise der in den Pig. 1 und 2 gezeigten Art benutzt wird, wo also eine zu wenigstens einem hohlen Formraum führende Gießrinne vorhanden ist, deren Wand mit wenigstens einer taschenartigen Aussparung versehen ist, in welchevor dem Vergießen dieser Schmelze ein solcher aus den Zusatzmaterialien gefertigter Block eingesetzt wird, welche die Kugelgraphitbildung auslösen und fördern. Das Vergießen der Gußeisenschmelze geschieht dabei vorzugsweise miteiner Rate von etwa 4,5 bis 11,5 kg/sek., was in der Abstimmung auf eine ohne weiteres empirisch und annäherungsweise auch rechnerisch zu ermittelnde Größe der zur Berührung mit dieser Schmelze maßgeblichen Grenzfläche des aus den Zusatzmaterialien ausgebildeten Blockes ein gewisses Optimum darstellt für die Erreichbarkelt eines Kugelgraphitanteils zwischen 40 und 100$ im fertigen Gußstück.

In diesem Zusammenhang erscheint noch der Hinweis von Wichtigkeit, daß man es über eine entsprechend angepaßte, abgewandelte Ausbildung der Blockform auch in der Hand hat, eine veränderliche Verteilungsrate der Zusatzmaterialien in der Schmelze zu erreichen und mithin auch auch einen veränderlichen Verteilungsgrad des Kugelgraphits im fertigen Gußstück. Dabei ist eine sehr genaue Steuerung eines solchen unterschiedlichen Verteilungsgrades möglich, weil ja für die Auflösungsrate nur die exponierte Grenzfläche des Blockes maßgebend ist und diese Grenzfläche eben in den verschiedenen Blockhöhen

- 17 709809/0738

unterschiedlich groß bemessen werden kann, so daß die daran vorbeifließende Schmelze in Abhängigkeit von der wechselnden Größe dieser Grenzfläche entsprechend wechselnde Teilmengen der Zusatzmaterialien zur Auflösung bringt. Mithin ist es beispielsweise möglich, durch entsprechende Bemessung der maßgeblichen Querschnittsflächen des Blockes einen ersten definierten Teilbereich eines fertigen Gußstückes mit einem homogen verteilten # Kugelgraphitanteil von nur 30$ zu versehen, während ein anderer definierter Teilbereich den mithin ohne besondere Schwierigkeiten erreichbaren maximalen Kugelgraphitanteil von 100$ aufweist. Das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren ergibt also eine größere Freiheit für die Konstruktion auch ziemlich komplizierter Gußstücke, die beispielsweise mit verschiedenen Festigkeiten in verschiedenen Teilbereichen ausgestattet sein müssen und wofür bislang immer nur angenäherte konstruktive Kompromißlösungen bereitgestellt wurden. Dabei kann angenähert der für das fertige Gußstück erreichbare Kugelgraphitanteil errechnet werden als dem Quotienten aus dem um einen Faktor K und dem prozentualen Magnesiumanteil des jeweils benutzten Zusatzmaterials vermehr ten maßgeblichen Grenzfläche des aus diesem Zusatzmaterial gefertigten Blocks und der Gießrate der Gußeisenschmelze, wobei der Faktor K einen Wert zwischen 25 und 30 für eine Querschnitt sdicke zwischen etwa 6,35 und 25,4 mm und einen Wert zwischen 20 und 22 für eine Querschnittsdicke von etwa 25,4 bis etwa 76,2 mm annimmt. Es handelt sich hierbei um empirisch ermittelte Werte für den Faktor K, die dabei hauptsächlich für etien mehr üblichen Magnesiumgehalt zwischen 5 und der für eine solche Aufbereitung in Frage kommenden Zusatzmaterialien gelten.

Abschließend sei noch kurz unter Hinweis auf die Fig. 6 bis 8 vermerkt, daß sich das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren in besonderem Maße auch für den stehenden Guß eignet,

- 18 709809/0738

der hier an der Fertigung von zwei Kurbelwellen veranschaulicht ist. Die betreffende Gießform 50 besteht wieder aus wenigstens zwei Pormhälften 5I und 52, die hier eine vertikale Trennebene haben und mit einer Gießrinne 5^ und hohlen Formräumen 55 versehen sind. Die hohlen Formräume sind dabei bevorzugt in üblicherweise mit Stahlsand bzw. Stahlkies hinterfüttert, damit ihre mit 56 bis6l bezeichneten Wände eine ausreichende Festigkeit haben. Eine gleichartige Hinterfütterung ist dagegen nicht für die mit 62 bis J2 bezeichneten Wände der Gießrinne 5^ benötigt, die im übrigen einen üblichen, oben angeordneten Einlauftrichter 73 hat und unten für einen steigenden Guß die Verbindung mit den hohlen Formräumen 55 besitzt. Weiterhin ist die Gießrinne 5^ unmittelbar stromabwärts von dem Einlauftrichter 73 mit einer verbreiterten Gießmulde 7^ versehen, von der aus eine Verzweigung des Schmelzflusses in die beiden Zweige 75 vorgenommen wird. Jeder dieser Zweige 75 ist mit einer wandseitigen Aussparung 76 bzw. 77 versehen, in welche jeweils ein Block 78 satt eingepaßt ist, der aus den für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusatzmaterialien analog den vorstehend vorgelegten Vorstellungen gefertigt ist. Mithin kommen zwei praktisch gleich große Teilmengen der Gußeisenschmelze mit diesen Blökken 76 zur aufbereitenden Berührung, bevor sich dann wfeder vereinigt über einen vertikalen Abschnitt 79 an das untere Ende 80 der Gießrinne gelangen, wo sie eine erneute Aufteilung erfahren, um wieder als zwei praktisch gleich große Teilmengen in die beiden Formräume vorzudringen, die zur Formgebung der beiden, mit dieser Gießform 50 zu fertigenden Kurbelwellen vorgesehen sind.

709809/0738

Claims (1)

1. Ansprüche

   .1, Verfahren zur Aufbereitung einer sich normal unter Bildung von Flockengraphit verfestigenden Gußeisenschmelze kurz vor dem Vergießen der Schmelze zur Erzielung eines wenigstens teilweise sphärolithisehen Gußeisens unter Verwendung eines die Kugelgraphitbildung erzeugenden und fördernden Zusatzmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial als eine feste und kompakte Masse ausgebildet und so innerhalb und entlang einer Wandaussparung der zu wenigstens einem hohlen Formraum führenden Gießrinne angeordnet wird, daß diese genügend dichte Masse der Schmelze eine für die Zeitdauer des Vergießens größenmäßig im wesentlichen unveränderliche Grenzfläche zur aufbereitenden Berührung darbietet.

   2' Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse blockförmig ausgebildet und der gesamten Blockhöhe zur Berührung mit der Schmelze eine bis auf eine verlängerte Stehzeit der Schmelze in der Aussparung ausgleichende bzw. bis auf eine dadurch bewirkte Veränderung des ferrostatischen Druckkopfes berücksichtigende, im wesentlichen gleiche Querschnittsfläche gegeben wird.

   J>. Verfahrennach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Masse eine von inneren Magnesiumoxyd -Einschluss en im wesentlichen freie Masse verwendet wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse eine feste und mindestens weitgehend homogene Magnesiumlegierung ist.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse festes Magnesium-Ferrosilizium ist.

   - 2 709809/0738

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 j dadurch gekennzeichnet, daß die blockförmige Masse satt in die Aussparung eingesetzt wird.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse auf eine maximale Porosität von etwa lOfo und auf eine grüne Biegefestigkeit von wenigstens etwa 70 kg/cm verdichtet ist.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Masse auf eine Dichte verdichtet ist, die wenigstens etwa hOffo höher ist als die Dichte lose geschütteter entsprechender Materialteilchen.

   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die für die aufbereitende Berührung maßgebliche Grenzfläche aus dem Verhältnis berechnet wird, das sich als der Quotient aus dem um die Gießrate der Gußeisenschmelze vermehrten prozentualen Kugelgraphitanteil des fertigen Gußstückes und dem um einen Paktor K vermehrten prozentualen Magnesiumanteil der für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Zusatzmaterialien darstellt, wobei der Faktor K einen Wert zwischen 25 und 30 für Querschnittsdicken zwischen etwa 6,35 und 25j4 mm und einen Wert zwischen 20 und 22 für Querschnittsdicken zwischen etwa 25,4 und 76*2 mm annimmt.

   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse aus Zusatzmaterialien mit einem Magnesiumgehalt zwischen 5 und 15$ ausgebildet wird.

   11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem veränderlich gesteuerten Verteilungsgrad des prozentualen Kugelgraphit-

   709809/0738

   263Λ687

   anteils im fertigen Gußstück die Gußeisenschmelze mit einer konstanten Gießrate vergossen und der blockförmigen Masse in den entsprechenden Blockhöhen proportional angepaßte, wechselnde Querschnittsflächen zur zeitmäßig begrenzten Berührung mit den jeweiligen Teilmengen der Schmelze gegeben wird, die entsprechend definierte Teilbereiche des oder der hohlen Formräume ausfüllen.

   12, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, da5 zur Aufbereitung einer Gußeisenschmelze mit 2,5 bis 4,0$ Kohlenstoff, 0,005 bis 0,02$ Schwefel, 1,5 bis 3,5$ Silizium, bis 1,5$ Mangan, 0,02 bis 0,l£ Phosphor, Resteisen und übliche Spurenelemente, eine im Kokillenguß blockförmig ausgebildete Masse benutzt wird, die durch eine Reduzierung von Kieselsäure zu Silizium gewonnen wird, in welchem Eisen in einer Menge zwischen 20 und 50$, Magnesium in einer Menge zwischen 5 und 15 $, Aluminium in einer Menge zwischen 0,5 und 1,5$, Kalzium in einer Menge zwischen 0,3 und 2,0$ und Cer in einer Menge zwischen 0,3 und 1,5$ gelöst ist.

   709809/0738