DE10340994A1

DE10340994A1 - Verfahren zur Herstellung eines hochlegierten Stahlgusswerkstoffes mit feiner Kornstruktur.

Info

Publication number: DE10340994A1
Application number: DE2003140994
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Grahle; Roland Ruch; Hans Stiegeler
Original assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Current assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31
Also published as: WO2005026396A1

Abstract

Ein hochlegierter, hitzebeständiger, chromhaltiger Stahlgusswerkstoff soll prozesssicher mit einem gleichmäßig verteilten, feinen Gefüge herstellbar sein. DOLLAR A Zu diesem Zweck erfolgt ein Impfen der Stahlgussschmelze mit einem Impfmittel, das folgende Elemente enthält: DOLLAR A Ce und/oder Samarium und/oder ein anderes Element aus der Gruppe der Lanthanoide: 8,0-18,0 Gew.-% DOLLAR A Si: 15,0-25,0 Gew.-% DOLLAR A Cr: 25,0-40,0 Gew.-% DOLLAR A Fe: mindestens 90% des restlichen Anteils.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochlegierten Stahlgusswerkstoffes mit feiner Kornstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gattungsgemäße Stahlgusswerkstoffe werden insbesondere im Schleuderguss- und Sandgussverfahren verarbeitet. Die aus derart gegossenen Werkstoffen bestehenden Rohlinge werden insbesondere zerspanend zu beispielsweise Ventilsitzringen für Fahrzeugmotoren, Abgasturbolader-Komponenten von Fahrzeugmotoren und hitzebeaufschlagten Teilen von Abgasrückführungseinrichtungen in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren verarbeitet.

Bevorzugte Anwendungsbereiche für Teile aus gattungsgemäßem Stahlguss sind beispielsweise unter jeweiliger Angabe einer hierfür besonders geeigneten, jedoch lediglich beispielhaften in Gewichts-% angegebenen Legierungszusammensetzung die folgenden: A) Abgasturbolader-Komponenten (ferritischer Stahlgusswerkstoff)

C	1,0–1,4 %
Si	1,8–2,1 %
Mn	0–1,0 %
S	0–0,6 %
Cr	33,0–35,0 %
Mo	2,0–2,5 %
Andere	0–3,0 %
Fe	Rest

B) Abgasturbolader (austenitischer Stahlgusswerkstoff)

C	0,4–0,7 %
Si	1,8–2,2 %
Mn	0–1,5 %
S	0,2–0,4 %
Cr	18,0–21,0 %
Ni	12,0–14,0 %
Andere	0–3,0 %
Fe	Rest

C) Heißkorrosiver Anwendungsbereich (ferritischer Stahlwerkstoff)

C	1,0–2,3 %
Si	1,8–2,1 %
Mn	0–0,6 %
Cr	33,0–35,0 %
Ni	0–0,5 %
Mo	2,0–2,5 %
Andere	0–3,0 %
Fe	Rest

D) Komponenten von Abgasturboladern von Verbrennungsmotoren (ferritischer Stahlgusswerkstoff)

C	0–1,0 %
Si	3,0–6,0 %
Mn	0–1,5 %
S	0–0,3 %
Cr	12,0–16,0 %
Andere	0–3,0 %
Fe	Rest

E) Hochwarmfeste Ventilsitzringe für Diesel- und Ottomotoren (ferritischer Stahlgusswerkstoff)

C	1,8–2,3 %
Si	0,8–1,3 %
Mn	0–1,0 %
Cr	12,0–14,0 %
Ni	0–0,5 %
Mo	2,0–2,5 %
Andere	0–3,0 %
Fe	Rest

F) Gussteile für Abgasturbolader von Verbrennungsmotoren (ferritischer Stahlgusswerkstoff)

C	0,3–0,6 %
Si	1,5–3,5 %
Mn	0–1,5 %
S	0,1–0,4 %
Cr	15,0–22,0 %
Andere	0–3,0 %
Fe	Rest

G) Ventilsitzringe für Diesel, Otto- und Gasmotoren (ferritischer Stahlgusswerkstoff)

C	2,0–2,4 %
Si	1,5–1,9 %
Mn	1,0–1,3 %
Cr	11,0–13,0 %
Ni	38,0–42,0 %
Mo	5,0–7,0 %
V	0,8–1,0 %
W	0,4–0,6 %
Andere	0–3,0 %
Fe	Rest

Alle vorgenannten Werkstoffe neigen aufgrund der für sie erforderlichen hohen Gießtemperatur und einer teilweise wandstärkenbedingt langsamen Abkühlung zu Grobkornbildung mit einer gerichtet erstarrten Stengelkristallzone. Häufig liegen verschiedene Gefügestrukturen innerhalb eines Gussrohlings vor und zwar

– eine feinkörnige, globulitische Randzone und
– eine gerichtet erstarrte, grobkörnige Stengelkristallzone.

Solche Gefügestrukturen verursachen folgende Probleme

– ungleichmäßiges, anisotropes Ausdehnungsverhalten mit der Folge eines Verzuges unter Temperatureinfluss,
– schlechte, stark schwankende Bearbeitbarkeit mit der Folge eines erhöhten Fertigungsausschusses beziehungsweise erhöhter Bearbeitungskosten.

Als Abhilfemaßnahme gegen die vorgenannten Probleme erfolgt bisher üblicherweise eine Impfung der Gussschmelze mit FeSi und/oder FeTi. Durch eine Zugabe solcher keimwirksamer Impfmittel wird das Erstarrungsverhalten beziehungsweise die Gefügeausbildung im Gusszustand gezielt beeinflusst. In der Regel kann auf diese Weise eine feinkörnige, globulitische Gefügestruktur erzielt werden.

Sofern gattungsgemäße Werkstoffe nennenswerte Chromanteile enthalten, kann es trotz intensiver Desoxidation bei der Schmelz- und Wärmebehandlung besonders bei FeTi-geimpften Schmelzen zu heftigen Reaktionen mit Luftsauerstoff während des Gießens kommen. Titan neigt sehr stark zum Verschlacken. Als Folge stellen sich relativ hohe Schlackeneinschlüsse im Gussrohling ein. Des Weiteren bildet Titan zusammen mit Kohlenstoff fein verteilte Titankarbide. Beide vorgenannten Erscheinungen erschweren die Bearbeitbarkeit.

Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein besseres Impfverfahren zu schaffen. Hierbei wird insbesondere angestrebt

– Vermeidung von Bildung zusätzlicher Karbide durch das Impfmittel,
– geringe Verschlackungsneigung,
– feinkörnige, globulitische Gefügestruktur über den gesamten Querschnitt,
– Vermeidung eines gerichteten Erstarrungsverhaltens.

Gelöst wird das vorgenannte Problem durch ein Impfen nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die erfindungsgemäße Art des Impfens werden die vorstehend genannten Ziele insgesamt in sehr hohem Maße erreicht und zwar insbesondere bei ferritischen Stahlwerkstoffen.

Ein besonders vorteilhaftes, konkretes Ausführungsbeispiel stellt sich wie folgt dar.

Schmelze mit der in der Beschreibungseinleitung bei der Schmelze A angegebenen Zusammensetzung.

Impfmittel mit jeweils in Gewichts-% enthaltend die Elemente

Ce	13,4 %
Si	19,5 %
Cr	31,4 %
Fe	34,0 %

Der Gewichtsanteil des Impfmittels an der Stahlschmelze beträgt etwa 0,3–0,4 Gewichts-%.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines hochlegierten, hitzebeständigen, chromhaltigen Stahlgusswerkstoffes mit einer Impfbehandlung durch ein Impfmittel enthaltend Ce und/oder Samarium und/oder ein anderes Element aus der Gruppe der Lanthanoide: 8,0–18,0 Gew.-% Si: 15,0–25,0 Gew.-% Cr: 25,0–40,0 Gew.-%. Fe: mindestens 90% desrestlichen Anteil.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines ferritischen Stahlgusswerkstoffes Ce und/oder Samarium und/oder ein anderes Element aus der Gruppe der Lanthanoide: 10,0–15,0 Gew.-% Si: 16,0–23,0 Gew.-% Cr: 28,0–35,0 Gew.-%.
verfahren nach Anspruch 2 mit einem Impfmittel enthaltend Ce und/oder Samarium und/oder ein anderes Element aus der Gruppe der Lanthanoide: 12,0–14,0 Gew.-% Si: 18,0–21,0 Gew.-% Cr: 30,0–32,0 Gew.-%.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Impfmittels mit Bezug auf die Schmelze 0,005–2,0 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Impfmittels mit Bezug auf die Schmelze 0,1–1,0 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Impfmittels mit Bezug auf die Schmelze 0,2–0,8 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erzeugung eines Stahlgusswerkstoffes mit einem Chromanteil von wenigstens 8 Gew.-%.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines ferritischen Stahlgusswerkstoffes.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung eines austenitischen Stahlgusswerkstoffes mit der Zusammensetzung C 0,4–0,7 % Si 1,8–2,2 % Mn 0–1,5 % S 0,2–0,4 % Cr 18,0–21,0 % Ni 12,0–14,0 % Andere 0–3,0 % Fe Rest
Ventilsitz eines Hubkolben-Verbrennungsmotors aus einem nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Werkstoff.
Abgasturbolader eines Verbrennungsmotors mit zumindest den Abgastemperaturen ausgesetzten Bereichen aus einem nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellten Werkstoff.
Abgasrückführeinrichtung eines Verbrennungsmotors mit zumindest den Abgastemperaturen ausgesetzten Bereichen aus einem nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellten Werkstoff.