DE3010623A1 - Vorrichtung zum behandlung von geschmolzenem gusseisen - Google Patents
Vorrichtung zum behandlung von geschmolzenem gusseisenInfo
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Description
METALLGESELLSCHAFT "" ^ BTaiÖtfurc/M;*, 10. Mrz 1980
AKTIENGESELLSCHAFT DrMl/HGa η η 1 η C O
Reuterweg 14 ύ U I U 0 Z 6000 Frankfurt/M. ■ ^
Prov. Nr. 8435 M
Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Gußeisen
Die Erfindung betrifft eine Gießform zur Behandlung von geschmolzenem Metall, insbesondere Gußeisenschmelzen zur
Herstellung von Gußeisen mit Kugel- und/oder Vermiculargraphit.
Es ist bekannt, Gußeisenschmelzen in der Gießform mit den verschiedensten Behandlungsmitteln in Kontakt zu bringen,
sei es um das Grundgefüge oder die Graphitform zu beeinflussen. Dabei wird der Effekt genutzt, daß die Behändlung
umso wirksamer ist, je kürzer der Zeitraum zwischen Zugabe des Behandlungsmittels und der Erstarrung der
Schmelze ist (DE-AS 12 48 239, DE-PS 11 72 806). In einem weiteren aus DE-AS 25 18 367 vorbekannten Verfahren
zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit wird eine Gießform mit Zwischenkammer vorgesehen, wobei es
entscheidend darauf ankommt, daß die Oberfläche des in der Zwischenkammer befindlichen Kugelgraphitbildners stets
gleich bleibt. Daher wird in der Zwischenkammer der im vorbekannten Verfahren verwendeten Gießform die Größe der
Grundfläche der Zwischenkammer als entscheidendes Merkmal angesehen, während andere Abmessungen der Kammer als
nicht von Bedeutung erachtet werden.
Mit der vorbekannten Reaktionskammer hat man bereits befriedigende
Ergebnisse und eine günstige Ausnutzung des Behandlungsmittels erzielen können, jedoch wird auch
dieses Verfahren den Verhältnissen in der Gießereipraxis
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nicht in allen Fällen gerecht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gleichförmige Behandlung der in die Gießform einströmenden
Metallschmelze zu gewährleisten und einen Überschuß des Behandlungsmittels zu vermeiden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Gießform zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen mit Vermicular- und/
oder Kugelgraphit, mit einer im Eingußsystem zwischen dem Einguß und dem Einlauf der eigentlichen Gießform angeordneten
Zwischenkammer für die Aufnahme des Graphitbildners und Kontaktierung mit dem schmelzflüssigen Gußeisen.
Eine Gießform der vorgenannten Art wird gemäß der Erfindung weiter ausgebildet und ist gekennzeichnet durch eine
pyramidenstumpfförmige Zwischenkammer mit in der Ebene der Formenteilung liegender, rechteckiger Grundfläche.
Mit der in die Gießform einströmenden Gußeisenschmelze setzt durch Kontaktierung mit dem Behandlungsmittel eine
Reaktion ein. Wie weiterhin gefunden wurde, ergibt sich eine Gießzeitverlängerung bei einem Gießsystem mit eingelegtem Behandlungsmittel gegenüber einem Gießsystem
ohne eingelegtes Behandlungsmittel. Die Verlängerung der Gießzeit resultiert aus dem Anwachsen des Strömungswiderstandes,
welchen die mit dem Behandlungsmittel reagierende Eisenschmelze der nachströmenden Eisenschmelze entgegensetzt.
Zusätzlich ergibt sich ein Rückstau nach Formfüllung über die Formteilungsebene. Da nun mit zunehmender
Gießzeit die Verweilzeit des Eisens in der Kammer langer wird, muß in Abhängigkeit von der Gießzeit eine
immer kleiner, werdende Oberfläche des Behandlungsmittels angeboten werden, um eine gleichmäßige Behandlung der
Schmelze durchzuführen, beispielsweise eine gleichmäßige Behandlung der Gußeisenschmelze mit Magnesium bzw.
einer magnesiumhaltigen Legierung.
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Gemäß der Erfindung ist die Reaktionskammer in der Gießform als umgekehrter Pyramidenstumpf ausgebildet, dessen
Grundfläche in der Teilungsebene der Form liegt. Die Basisfläche ist rechteckig und insbesondere quadratisch
gestaltet. Die Höhe des Pyramidenstumpfes beträgt zweckmäßig das 2- bis 3-fache der Seitenlänge der Basisfläche.
Die Seitenflächen der pyramidenstumpfförmigen Reaktionskammer haben einen Steigungswinkel von 50° bis höchstens
80°. Diese Steigung bzw. diese Formgebung gewährleistet, daß der Strom der einfließenden Eisenschmelze sich an
der, dem Einguß gegenüberliegenden Wandfläche überschlägt und zwangsgemischt wird. Im Sinne der Erfindung kann die
pyramidenstumpfförmige Reaktionskammer auch in Pontonform
ausgestaltet.sein. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Reaktionskammer auch in Form eines
Kegelstumpfes ausgebildet sein. In weiterer Ausgestaltung der Reaktionskammer gemäß der Erfindung ist der Kammerausgang
im rechten Winkel zum Kammer eintritt angeordnet. Des weiteren ist ein Niveauunterschied zwischen Kammereintritt
und Kammeraustritt vorgesehen, d.h. die Austrittsöffnung für die Schmelze liegt über dem Niveau der Eintrittsöffnung.
Mittels dieser Maßnahmen wird erreicht, daß die nachströmende Eisenschmelze nicht unbehandelt über die in
der Reaktionskammer befindliche und mit dem Behandlungsmittel reagierende Eisenschmelze hinwegströmen kann.
Ein zweckmäßig ausgestaltetes Gießsystem besteht somit aus dem Einguß (1), der erfindungsgemäßen pyramidenstumpfförmigen
Reaktionskammer (2), dem Austritt (3) aus der Reaktionskammer, einer Überschneidung in einen Lauf (4) in
den Oberkasten. Gegebenenfalls enthält der Lauf im Oberkasten noch eine Schlackenbremse (5). Mit (6) ist der
Anschnitt bezeichnet (Fig. 1).
Die Gießform wird zur Behandlung von Metallschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen
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mit Vermicular- und/oder Kugelgraphit verwendet. Der Graphitbildner kann in stückiger, agglomerierter oder in
Pulverform oder als aus der Schmelze gegossener Körper* beispielsweise Kugel, Zylinder, Kegelstumpf, in die pyramidenstumpfförmige
Reaktionskammer eingebracht werden.
Derartige Mittel sind an sich für die Behandlung von Gußeisenschmelzen
bekannt, wie Magnesium oder magnesiumhaltige Vorlegierungen. Für die Herstellung von Kugelgraphiteisen
eignet sich beispielsweise eine magnesiumhaltige Legierung der Zusammensetzung
3 bis 15 Gew.-% Magnesium 40 bis 70 Gew.-% Eisen
gegebenenfalls 0,3 bis 2,5 Gew.-% Calcium gegebenenfalls 0,3 bis 2,0 Gew.-% Metalle d. Seltenen
Erden, wobei der Anteil an Cer 50 Gew.~$,
an Lanthan 20 bis 30 Gew.-% und an übrigen seltenen Erdmetallen weniger als
20 Gew.-9ό beträgt,
• Rest Silicium. 20
Bei einer Legierung der vorgenannten Art mit Metallen der S. E. hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, das
in der Legierungstechnik üblicherweise verwendete Cer-Mischmetall durch Lanthan ganz oder teilweise zu ersetzen.
In solchem Fall muß der Anteil der übrigen Seltenen Erdmetalle im Lanthan kleiner als 20 Gew.-% sein. Demgemäß
hat eine Vorlegierung mit Seltenen Erdmetallen vorzugsweise einen Gehalt an Lanthan von 0,2 bis 1,0 Gew.-%.
Für die Herstellung von Gußeisen mit Vermxculargraphit
eignet sich insbesondere eine Legierung der Zusammensetzung
3,0 - 4,0 % Magnesium 3,0 - 4,5 % Seltene Erdmetalle
4,0 - 5,5 % Titan 0,1 - 1,0 % Calcium
45,0 - 55,0 % Silicium Rest ■ Eisen.
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Mit der vorliegenden Erfindung werden eine Reihe von Vorteilen bei der Behandlung von Gußeisenschmelzen erzielt.
Es gelingt die vollständige Umwandlung von Graphit in die Kugelform oder in die Vermicularform, da eine gleichförmige
Behandlung der Schmelze in der Reaktionskammer mit dem Behandlungsmittel in der Zeiteinheit stattfindet und
seine wirtschaftliche Ausnutzung gewährleistet ist. Die Vorlage eines Überschusses an Behandlungsmittel ist nicht
erforderlich.
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Aufgrund der speziellen geometrischen Form der Reaktionskammer erfolgt eine funktioneile Anpassung der Kammeroberfläche
an die während des Gießprozesses zeitlich sich ändernde Gießleistung. Infolge der Möglichkeit, die Reaktionskammer
über einen unterschiedlichen Steigungswinkel auszulegen, kann ein breiterer Bereich für die Gießleistung
bestrichen werden. Dabei ist die erfindungsgemäße Gießformtinanfälliger gegenüber Schwankungen im Kornaufbau
der Legierung und sie bewirkt eine bessere Durchmischung der Schmelze und optimiert das Ausbringen der Vorlegierung,
Die Gießform gemäß der Erfindung bietet ferner ein größtmögliches Maß an Sicherheit zur Schlackenabscheidung, was
zur absoluten Schlackenfreiheit der Gußstücke führt.
Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.
Im Induktionsofen wurde ein Basiseisen erschmolzen von der Zusammensetzung: 3,75 % C, 2,10 % Si, 0,12 % Mn, 0,035 % P
und 0,010 % S, Rest Fe;-In die pyramidenstumpfförmige
Zwischenkammer mit einer ■ Basisfläche von 45 χ 45 mm und
einem Kammervolumen von 605 cnr wurde unter Berücksichtigung
des Schwefelgehaltes des Basiseisens und der Gießtemperatur von 1450 0C ein Vorlegierungszusatz von
0,7 Gewichtsprozent, bezogen auf die zu vergießende
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Eisenmenge von 60 kg, eingebracht. Die Mg-haltige Vorlegierung
einer Körnung 1 bis 4 mm hatte die Zusammensetzung: 6,0 % Mg, 0,5 % Ca, 45,0 % Si, 0,9 % Cer-Mischmetall,
Rest Fe. Der Abguß der Form erfolgte in 17 see. Die chemische Analyse des Abgusses ergab 3,7 % C,
2,41 % Si, 0,12 % Mn, 0,035 % P, 0,008 % S, Magnesiumrestgehalt
0,028 %, Rest Eisen. Die metallographische Untersuchung des Gußstückes im Wanddickenbereich 8 bis
30 mm ergab eine Ausbildung von kugelförmigem Graphit von mind. 90 % Sphärolithen bei 93 % Ferrit und 7 %
Perlit als Gefügebestandteile. Überraschend hoch war die Anzahl der Sphärolithe mit ca. 300/mm2 Schlifffläche.
Die metallagraphische Untersuchung des Gußstückes in mehreren Bereichen ergab, daß das Gußstück vollkommen
frei von Reaktionsprodukten und Schlackeneinschlüssen war.
Das in Beispiel 1 aufgeführte Basiseisen wurde für den Abguß
eines weiteren Gußstückes mit 30,5 kg Gießgewicht herangezogen, wobei eine Mg-haltige Vorlegierung mit folgender
Analyse verwendet wurde: 5,7 % Mg, 0,3 % Ca, 46,1 % Si, 0,5 % La, Rest Fe. In der pyramidenstumpfförnigen
Zwischenkammer mit einer Basisfläche von 35 x 35 mm und einem Kammervolumen von 300 cnr befanden sich 183 g
Vorlegierung der Kornfraktion 0,5 bis 3 mm. Der Abguß der Gießform erfolgte in 11 see. Die Gießtemperatur betrug
1440 0C. Die Endanalyse ergab 3,67 % C, 2,35 % Si,
0,11 % Mn, 0,03 % P, 0,006 % S und 0,024 % Mg, Rest Fe.
Die metallographische Untersuchung einer angegossenen Probe von 20 mm Durchmesser ergab eine Ausbildung von
kugelförmigem Graphit von ca. 95 % Sphärolithen bei 95 bis 100 % Ferrit und 0 bis 5 % Perlit als Gefügebestandteile
. Es wurde kein Zementit im Grundgef üge beobachtet,
Die Anzahl der Sphärolithe betrug ca. 350/mm pro Schlifffläche. Das Gußstück war frei von Einschlüssen jeder Art.
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'S ·
Aus der angegossenen Probe wurden Probestäbe nach DIN herausgearbeitet und folgende Werte ermittelt:
Zugfestigkeit Rp 0,2 : 288 N/mm2 -
Streckgrenze Rm : 457 N/mm
Bruchdehnung cf= : 22,5 %
Brinellhärte HB307^5 . 182/182
Im Induktionsofen wurde ein Basiseisen erschmolzen der Zusammensetzung: 3,52 % C, 0,18 % Mn, 0,044 % P, 1,95 % Si
und 0,006 % S, Rest Fe. Für ein Gußstück von-23 kg Gießgewicht
war die pontonförmige Zwischenkammer mit einer Basisfläche von 25 x 45 mm auf ein Volumen von 250 cm
ausgelegt worden. In der Zwischenkammer befanden sich 130 g Vorlegierung in der Kornfraktion 1 bis 3 mm mit
folgender Analyse: 3,3 % Mg, 0,5 % Ca, 50,7 % Si, 4,0 %
Cer-Mischmetall, 3,5 % Ti, Rest Fe. Der Abguß der Gießform
erfolgte in 8 see mit einer Gießtemperatur von 1450 0C.
Die Endanalyse ergab 3,48 % C, 0,38 % Mn, 0,044 % P,
2,18 % Si, 0,06 % Ti, 0,004 % S, 0,015 % Mg, 0,014 % Cer,
Rest Fe.
Im Gußgefüge wurde in allen Querschnitten des Gußstockes, d.h. 7 bis 15 mm, kompakter Graphit in überwiegend ferritischer
Matrix ermittelt, wobei der Graphit zu ca. 80 % vermicular und zu ca. 20 % sphärolitisch ausgebildet war.
Lamellare Ausbildungsformen des Graphits wurden nicht beobachtet. Das Gußstück war frei von Einschlüssen.
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Claims (3)
1. Gießform zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen
mit Vermicular- und/oder Kugelgraphit mit einer im Einguß syst em zwischen dem Einguß und dem Einlauf der
eigentlichen Gießform angeordneten Zwischenkammer für die Aufnahme des Graphitbildners und Kontaktierung
mit dem schmelzflüssigen Gußeisen, gekennzeichnet durch eine pyramidenstumpfförmige Zwischenkammer mit
in der Ebene der Formenteilung liegender, rechteckiger Grundfläche.
2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche quadratisch und der Steigungswinkel
50° bis höchstens 80° beträgt.
3. Gießform nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe des Pyramidenstumpfes das 2- bis 3-fache der Seitenlänge der Grundfläche beträgt.
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