DE4104562A1 - Impfdraht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Impfdraht, bestehend aus einem mit pulverförmigem Ferrosilizium gefüllten Hohldraht aus Stahl, Kupfer, Nickel oder Aluminiumlegierung, zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit bzw. Vermikulargraphit.

Bekanntlich werden Gußeisenschmelzen mit Reinmagnesium bzw. Magnesiumvorlegierung behandelt, um eine kugelförmige bzw. Vermikulare Ausbildung des Graphits in der Gußeisenmatrix zu erreichen und dadurch die mechanisch-technologischen Eigenschaften der daraus gegossenen Werkstücke in vorteilhafter Weise zu beeinflussen.

Bei der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit bzw. Vermikulargraphit ist die Nachbehandlung der Gußeisenschmelze durch Impfen mit besonderen Impflegierungen in aller Regel Bestandteil der Produktionstechnik, um den gestiegenen Qualitätsansprüchen gerecht zu werden, wobei insbesondere Ferrosiliziumlegierungen (DIN 17 560; Firmenprospekt: GfE Gesellschaft für Elektrometallurgie mbH, Düsseldorf, Mai 1989; Firmenprospekt: Metallgesellschaft AG, Frankfurt, Metallurgie und Gießereitechnik, Juni 1979, s. 10/11) sehr häufig angewendete Impfmittel sind. Durch die keimbildende Wirkung des Impfmittels wird die Gefahr der Karbidbildung verhindert. Die Wirkung beruht darauf, daß das Impfmittel Keime für die Graphitausscheidung bildet. Ferner wird durch den hohen Siliziumgehalt im Impfmittel örtlich die Löslichkeit des Kohlenstoffs herabgesetzt, so daß die Graphitausscheidung bei der Erstarrung erleichtert wird. Eine Unterkühlung der Gußeisenschmelze wird deutlich verringert, die Anzahl der eutektischen Zellen bzw. Sphäroliten vergrößert und damit das Gefüge feinkörniger. Die geringe Impfmittelzugabe von etwa 0,05 bis maximal 1,0% entspricht einer Silizium-Aufnahme der Schmelze von 0,05 bis 30% Zur Begrenzung der Silizium-Aufnahme sowie des Temperaturverlusts der Schmelze wird i.a. der Einsatz von geringen Impfmittelmengen jedoch effektiven Impfmitteln angestrebt. Durch den Zusatz von Impfmitteln werden verbesserte mechanische und physikalische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Zähigkeit und Dehnung, erzielt.

Da die Impfwirksamkeit des Impfmittels einem zeitlichen Abklingeffekt unterliegt, sollte die Zugabe des Impfmittels so kurz wie möglich vor der Erstarrung erfolgen, beispielsweise durch Anwendung des Formimpf-Verfahrens. Es ist auch bekannt, pulverförmige Ferrosiliziumlegierungen in vergleichsweise dünnwandigen Hohldrähten aus Stahl, Kupfer, Nickel oder Aluminiumlegierungen unterzubringen (Firmenprospekt: INFORM-Impfdraht, CHEMETALL GmbH, Frankfurt, März 1988). Der Impfdraht wird mit gleichbleibender Geschwindigkeit in die Gußeisenschmelze gespult oder beim Vergießen der Schmelze in den Gießstrahl geführt. Da sich das abzuschmelzende Ende des Impfdrahtes in der Gußeisenschmelze bzw. -gießstrahl befindet, erfolgt eine ideale gleichmäßige Zugabe und eine kontrollierte Verteilung des Impfmittels in der Schmelze.

Ein Abklingeffekt tritt auch bei der Behandlung der Gußeisenschmelze mit Magnesium bzw. Magnesiumlegierung auf, der um so stärker ist als unter betrieblichen Bedingungen das Zeitintervall zwischen der Behandlung und dem Vergießen der Schmelze größer als nach der Behandlung der Schmelze mit einem Impfmittel ist. Aus diesem Grunde ist die Behandlung der Gußeisenschmelze mit Magnesium bzw. Magnesiumlegierung stets mit einem Überschuß an Magnesium durchzuführen. Dieser Überschuß ist nur bedingt wirksam, da der Abklingeffekt gleichzeitig verstärkt wird.

Im Bestreben einer weiteren Verbesserung der Treffsicherheit bei der Herstellung von Produkten aus Gußeisen mit Kugelgraphit oder Vermikulargraphit hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Impfdraht des eingangs beschriebenen Aufbaus bereitzustellen, dessen Füllung eine deutliche Vergrößerung des Impfeffekts im Vergleich zu Impfmitteln aus Ferrosiliziumlegierungen bewirkt und auch den mit der Magnesiumbehandlung verbundenen Abklingeffekt verringert.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß 1 bis 50 Vol.% der Füllung aus pulverförmigem Magnesiumsilizid bestehen.

Beim Kontakt des erfindungsgemäß aufgebauten Impfdrahtes mit der Gußeisenschmelze löst sich der Mantel des Hohldrahtes vollständig auf und setzt das im wesentlichen aus Ferrosiliziumlegierung und Magnesiumsilizid bestehende Impfmittelgemisch frei. Das führt zu einer beachtlichen Erhöhung der Zahl der Keime der Basis-Gußeisenschmelze und verstärkt gleichzeitig die Wirkung des Magnesiums auf die Kugelgraphit- bzw. Vermikulargraphit-Bildung.

In der technischen Praxis der Gießereien hat sich herausgestellt, daß ein Behandlungsmittel aus Magnesiumsilizid in der stöchiometrischen Zusammensetzung der Formel Mg₂ Si (63,4 Gew.% Magnesium) bei der Behandlung von Gußeisenschmelzen wegen seines relativ hohen Magnesiumgehaltes einen unkontrolliert heftigen Reaktionsverlauf bewirken kann. Aus diesem Grunde hat das für die Füllung des Hohldrahts verwendete Magnesiumsilizid eine Zusammensetzung von 55 bis 63 Gew.% Magnesium und 36 bis 45 Gew.% Silizium.

Um einen ruhigen und kontrollierten Reaktionsverlauf zu erzielen, ist es zweckmäßig, daß der stöchiometrische Siliziumgehalt (36,6 Gew.%) des Magnesiumsilizids nicht unterschritten wird. Das Magnesiumsilizid enthält deshalb einen geringen Überschuß an Silizium.

Mit Vorteil wird daher ein Magnesiumsilizid verwendet, das sich aus 58 bis 62 Gew.% Magnesium und 37 bis 42 Gew.% Silizium zusammensetzt.

Eine Zugabe von Seltenerd-Metallen bis zu 1 Gew.% vorzugsweise 0,5 bis 0,75 Gew.%, im Magnesiumsilizid verstärkt die kugelgraphitbildende Wirkung des Magnesiums sowie den ruhigen Reaktionsverlauf. Ein ruhiger kontrollierter Reaktionsverlauf ist eine notwendige Voraussetzung zur sicheren Einstellung eines gewünschten Restmagnesiumgehalts der Gußeisenschmelze bei gleichzeitig hoher Magnesiumausbeute.

Die Füllung des Impfdrahtes kann noch 1 bis 15% Kohlenstoff und/oder 1 bis 50% Siliziumcarbid enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen näher und beispielhaft erläutert.

Es zeigen in jeweils 100-facher Vergrößerung Fig. 1 das Gefüge von Gußeisen mit Kugelgraphit in perlitischer grauer Grundmasse, das in herkömmlicher Weise mit mit Fesi-Legierung gefülltem Impfdraht behandelt worden ist, und Fig. 2 das Gefüge von Gußeisen mit Kugelgraphit in perlitischer grauer Grundmasse, das mit mit einem Gemisch aus Fesi-Legierung und Magnesiumsilizid gefülltem Impfdraht behandelt worden ist.

Ein Vergleich der in Fig. 1 und Fig. 2 wiedergegebenen Gefügebilder zeigt augenfällig die kornfeinende Wirkung von Magnesiumsilizid gemäß Fig. 2. Die quantitative Gefügeanalyse der Gefüge von Gußeisen mit Kugelgraphit nach Fig. 1 und Fig. 2, ergibt, daß sich die Anzahl der als schwarze Punkte erkennbaren Sphärolithen von 511/mm² gemäß Fig. 1 auf 1256/mm² gemäß Fig. 2 mehr als verdoppelt hat, wobei, wie Fig. 2 zeigt, die einzelnen Sphärolithen des mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Impfdraht behandelten Gußeisens mit Kugelgraphit deutlich kleiner sind.

Dieser Zusammenhang ist in dem in Fig. 3 dargestellten Balkendiagramm wiedergegeben, das die Abhängigkeit des mittleren Durchmessers der Sphärolithen von ihrer relativen Häufigkeit zeigt. Es ergibt sich eine vergleichsweise deutliche Verschiebung der Durchmesser der Sphärolithen des mit dem erfindungsgemäßen Impfdraht behandelten Gußeisens mit Kugelgraphit zu kleineren Durchmessern hin.

Wie aus dem in Fig. 4 wiedergegebenen Balkendiagramm hervorgeht, nimmt bei dem erfindungsgemäß behandelten Gußeisen mit Kugelgraphit auch die Nodularität der einzelnen Sphärolithen vergleichsweise deutlich zu. Das bedeutet, daß die Tendenz zu einer Entartung der Sphärolithen, charakterisiert durch die Anzahl der Sphärolithen mit geringer Nodularität, deutlich abnimmt.

Claims (5)

1. Impfdraht, bestehend aus einem mit pulverförmigem Ferrosilizium gefüllten Hohldraht aus Stahl, Kupfer, Nickel oder Aluminiumlegierung, zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit bzw. Vermikulargraphit, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zu 1 bis 50 Vol.% aus pulverförmigem Magnesiumsilizid besteht.

2. Impfdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumsilizid aus 55 bis 63 Gew.% Magnesium und 36 bis 45 Gew.% Silizium zusammengesetzt ist.

3. Impfdraht nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumsilizid aus 58 bis 62 Gew.% Magnesium und 37 bis 42 Gew.% Silizium zusammengesetzt ist.

4. Impfdraht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumsilizid bis 1 Gew.%, vorzugsweise 0,50 bis 0,75 Gew.%, Seltenerd-Metalle enthält.

5. Impfdraht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch 1 bis 15% Kohlenstoff und/oder 1 bis 50% Siliziumcarbid in der Füllung.