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Zusatzmittel für Gußeisen oder Stahl Die Erfindung betrifft neue Zusatzmittel
für Gußeisen oder Stahl.
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Das am häufigsten in der Technik für Bauzwecke verwendete Gußeisen
ist Grauguß; dieser Ausdruck umfaßt einen weiten Bereich von Zusammensetzungen mit
entsprechend in weiten Grenzen variierenden Eigenschaften, die weitgehend von der
Form, in der der Kohlenstoff vorliegt, bestimmt werden.
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Während ein Teil des im Grauguß vorhandenen Kohlenstoffs als Eisencarbid
gebunden sein kann, liegt der größere Teil in elementarer Form als Graphit vor.
Die relativen Mengen von freiem und gebundenem Kohlenstoff sowie Form, Größe und
Verteilung der Partikeln hängen von Faktoren ab, wie der maximalen Temperatur des
Eisens im flüssigen Zustand, der Abkühlungsgeschwindigkeit während und nach der
Erstarrung und der Art der Wärmebehandlung, wenn eine solche überhaupt angewandt
wird, der die erstarrten Gußstücke unterworfen wurden.
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Es ist bekannt, daß der Zusatz von Magnesium und gewissen anderen
Elementen zu Eisen, das sonst einen grauen oder nahezu grauen Guß ergeben würde,
bewirkt, daß der flocken- oder plattenförmige Graphit in sphärischen oder klümpchenförmigen
(spheroids or nodules) Graphit übergeht, wobei gleichzeitig die Festigkeit des Metalls
erhöht und eine gewisse Dehnbarkeit erzeugt wird. Diese
Dehnbarkeit
kann unter verhältnismäßig geringer Einbuße in der Festigkeit des Metalls durch
nachträgliches Glühen erhöht werden.
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Bei den Versuchen, die Anwendung von Magnesium so zu gestalten, daß
man mit Sicherheit die kontinuierlichen Operationen zur Herstellung von Eisengegenständen
von hoher Festigkeit oder von hoher Festigkeit und guter Dehnbarkeit nacheinander
reproduzieren kann, tauchten bedeutende Schwierigkeiten auf. Da der Siedepunkt des
Magnesiums bedeutend niedriger liegt als die Schmelztemperaturen derjenigen Metalle
oder Legierungen, mit denen es zur Gewinnung von Zusätzen vorzugsweise vereinigt
wird, und tiefer als die Temperaturen, bei denen Gußeisen abgestochen und gegossen
wird, ist es äußerst schwierig, die Gesamtausnutzung an :Magnesium aus dem Rohmaterial
zum fertigen Gußeisenerzeugnis zu beeinflussen.
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Der Siedepunkt von Magnesium liegt bei etwa 111o° C, was sehr hohe
Verluste durch das Verdampfen von Magnesium bedingt, wenn dieses zwecks Herstellung
einer Legierung aus 2°% Magnesium und 8°% Nickel geschmolzenem Nickel, welches bei
etwa 1q.54,5° C schmilzt, oder wenn es zwecks Gewinnung einer Legierung aus ao%
Magnesium und 8°% Kupfer dem bei etwa 1°8a,3° C schmelzenden Kupfer zugesetzt wird.
Weitere Schwierigkeiten treten beim Versuch auf, Eisen in diese Legierungen auf
Nickel- oder Kupferbasis einzuführen. Eisen ist ein sehr erwünschtes Trägermetall,
wenn Magnesium in Gußeisen oder Stahl eingeführt werden soll.
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Erfindungsgemäß werden ein oder mehrere der Erdalkalielemente Calcium,
Barium und Strontium und/oder Lithium in bestimmten, kritischen Anteilen zu einer
vorzugsweise als Legierung vorliegenden Zusammensetzung aus Magnesium, Kupfer, Silicium
und Eisen zugesetzt, wodurch man nach dem Zusatz der erhaltenen Legierung zu Gußeisen
verbesserte Ergebnisse erzielt. Dieser Zusatz hat den Zweck, den Kohlenstoff im
erstarrten Gußeisen zu veranlassen, die Form von Klümpchen (nodules) anzunehmen,
was neben anderen Vorteilen eine hohe Festigkeit und bedeutende Dehnbarkeit bedingt.
Wegen der Einführung eines oder mehrerer Erdalkalielemente und/oder Lithium in die
neue Legierung kann der Magnesiumgehalt der Legierung etwas geringer sein als in
früher verwendeten Legierungen, die keine Erdalkalielemente enthalten. Der geringere
Magnesiumgehalt führt zu einer Verminderung der Magnesiumverluste beim Zusatz der
Legierung zu geschmolzenem Gußeisen. Darüber hinaus besitzen alle Erdalkalielemente,
die zur Ergänzung von Magnesium bei der Herstellung der gewünschten Mikrostruktur
zugegeben werden, sowie Lithium, höhere Siedepunkte als das Magnesium; diese liegen
gerade bei oder über den Temperaturen, bei denen man üblicherweise geschmolzenes
Gußeisen behandelt: Ba = 1637,8° C; Ca = 14.o,5° C; Sr = 1381,1° C; Li = 137o° C.
Sie verdampfen daher in minimalem Ausmaß, wesentlich weniger als Magnesium. Die
Erdalkalieletnente und Lithium vereinigen sich leicht mit Magnesium und mit Silicium,
so daß bei der Herstellung der neuen Legierung die Magnesiumverluste bedeutend geringer
sind als bei der Herstellung einer Legierung, die Erdalkalielemente nicht enthält.
Außerdem ist die Ausnutzung dieser Elemente bei der Herstellung der Legierung nahezu
vollständig. Auf diese Weise wird ein bedeutender Fortschritt bei der Herstellung
der Legierung erzielt und ebenso bei ihrer Verwendung zwecks Herstellung der gewünschten
Art von Gußeisen.
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Außerdem ist die zur Erzielung des gewünschten Effektes im Grauguß
erforderliche Menge der neuen Legierung, die neben Magnesium, Silicium, Kupfer und
Eisen ein oder mehrere Erdalkalielemente und/oder Lithium enthält, geringer als
bei der bisherigen Magnesium-Silicium-Kupfer-Eisen-Legierung. Daher besteht außerdem
der Vorteil bei Verwendung der neuen Legierung bei der Behandlung von Gußeisen,
daß eine bessere Wirtschaftlichkeit und ein geringerer Gießverlust an geschmolzenem
Eisen gegeben ist. Das bezieht sich nicht nur auf das Gesamtgewicht der zu Gußeisen
zuzusetzenden Legierung, sondern auch auf die Gesamtmenge von Magnesium in der Legierung,
die zu Gußeisen zugefügt wird.
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Die Grenzen der in den Zusammensetzungen enthaltenen Anteile der verschiedenen
Elemente sind in der Tabelle gegeben:
Bereich Bevorzugter |
Bereich |
Magnesium . . . . . . . . . . . . 2 bis 20 °/0 3 bis 12% |
Calcium, Barium. Stron- |
tium oder Lithium ... 2 bis 15 0/0 2 bis 8% |
Silicium ............... 5bis500/a 25bis4o% |
Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . 3 bis 50 0/0 3 bis 20% |
Eisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 bis 65 0/a 1o bis
50% |
Die in der Tabelle angegebenen Bereiche von 2 bis 15% und 2 bis 8% beziehen sich
auf die Summe von Calcium, Barium, Strontium und Lithium, wenn mehr als eines dieser
Erdalkalimetalle oder Lithium in der zu Gußeisen oder Stahl zuzusetzenden Zusammensetzung
verwendet wurde. Außer den in der Tabelle aufgezählten Elementen sind die üblichen
Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel usw., anwesend, die aber im
allgemeinen eine Gesamtmenge von 4% nicht überschreiten.
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Innerhalb der in der Tabelle gegebenen Bereiche der Zusammensetzungen
werden die relativen Anteile der verschiedenen Elemente vorzugsweise wie folgt eingeschränkt:
Die Summe aus Magnesium und Calcium oder einem anderen Erdalkalimetall einschließlich
Lithium beträgt vorzugsweise nicht über 25%, am besten nicht über 2°%. Der Magnesiumgehalt
beträgt vorzugsweise nicht weniger als ein Drittel und nicht mehr als das Dreifache
des
Gehalts an Erdalkalielementen einschließlich Lithium. Der Siliciumgehalt beträgt
vorzugsweise nicht weniger als das Doppelte und nicht mehr als das Sechsfache der
Summe aus dem Magnesiumgehalt und dem Gehalt an Erdalkalielementen einschließlich
Lithium. Die Summe aus Magnesium und dem Gehalt an Erdalkalielementen einschließlich
Lithium beträgt vorzugsweise nicht weniger als die Hälfte und nicht mehr als das
Vierfache der Kupfermenge.
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Nachstehend sind zwei Beispiele für Legierungen angegeben, deren Zusammensetzung
innerhalb der bevorzugten erfindungsgemäßen Grenzen liegt:
A |
Magnesium . . . . . . . . . . . . 8"42'/o 6,77'/e |
Calcium . . . . . . . . . . . . . . . 3,12'1()
5,87% |
Silicium . . . . . . . . . . . . . . . 28,75'/o 38,20'/o |
Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . 5,26% 6,14% |
Eisen ......... . ....... Bis ioo% |
fehlender Rest |
Die Menge der Legierung, die geschmolzenem Gußeisen, welches in Graugußstücke gegossen
werden soll, zugefügt wird, variiert mit der Natur des Eisens, mit der maximalen,
vom geschmolzenen Eisen erreichten Temperatur, mit der Temperatur, bei der der Zusatz
erfolgt, und möglicherweise mit anderen Faktoren. Im allgemeinen ist die Menge des
Zusatzes so groß zu wählen, daß mit ihm o,o8 bis o,15 % Magnesium in die Gußeisenschmelze
eingebracht werden, jedoch variiert dieser Wert bei Legierungen mit verschiedenem
Gehalt an Erdalkalien und/oder Lithium.
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Die erfindungsgemäßen Legierungen können auch zu geschmolzenem Stahl
hinzugefügt werden, um den Schwefelgehalt des Stahls herabzusetzen.