DE1248239B

DE1248239B - Verfahren zum Impfen von Gusseisen

Info

Publication number: DE1248239B
Application number: DEM63879A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Albert Kaune; Dr-Ing Heiner Traeger
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1965-01-22
Filing date: 1965-01-22
Publication date: 1967-08-24
Also published as: AT259778B; FR1465136A; GB1132055A; CH457738A; NL6600740A; SE330234B

Description

Verfahren zum Impfen von Gußeisen Es ist bekannt, durch Impfen von Gußeisenschmelzen eine Verbesserung des Gußgefüges herbeizuführen. Bekannte Impfmittel sind z. B. Graphit, Legierungen des Siliziums mit den Erdalkali-Metallen, Legierungen des Siliziums mit Magnesium, Eisen, Zirkonium, Nickel oder Mangan, wobei diese Impfmittel allein oder als Gemisch verwendet werden können.
Im Hinblick auf die Art des Einbringens der Impfmittel in die Gußeisenschmelze ist bekannt, die Schmelze in der Gießpfanne etwa durch Einrühren der feinkörnigen Impfmittel zu impfen. Die Impfung erfolgt wegen des mit der Zeit abklingenden Impfeffektes möglichst kurz vor dem Abguß, jedoch läßt sich nicht vermeiden, daß der Impfeffekt bei längeren Gießzeiten am Gießende geringer ist als bei Gießbeginn. Zur möglichst wirkungsvollen Impfung ist ferner bekannt, sogenannte Doppelimpfungen durchzuführen. Dabei wird die Schmelze sowohl vor Gießbeginn in der Gießpfanne als auch nochmals unmittelbar vor dem eigentlichen Abguß geimpft, vorzugsweise beim Umfülllen in die oft verwendeten kleinen Handpfannen. Es ist ferner bekannt, eine geimpfte Schmelze außerhalb der Form durch ein trichterförmig ausgebildetes und impfende Substanzen geeigneter Zusammensetzungen enthaltendes Filter in die Form einzugießen. Andere bekannte Vorschläge sehen auch eine Impfung der Schmelze durch direktes diskontinuierliches oder kontinuierliches Einstreuen des Impfmittels in den Gießstrahl während des Abgusses vor, wie auch die Herrichtung von mit Impfmitteln eingestäubten Gußformen.
Diese bekannten Impfmethoden befriedigen in der betrieblichen Praxis nicht in allen Fällen, sei #es, daß die Impfwirkung zu rasch abklingt, sei es, daß die in dem Gießstrahl oder die lose in der Form befindlichen Impfmittel leicht vom Schmelzfluß weggespült oder eingeschlossen werden und wegen ungleichmäßiger Verteilung und Lösung, nicht zur gewünschten Wirkung kommen. Die Folg.- sind unzureichende oder unterschiedliche Beeinflussungen des Gußgefüges oder Einschlüsse im Guß.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, diese nachteiligen Wirkungen der Impfbehandlungen von Gußeisenschmelzen zu beseitigen und ein hochwirksames Impfverfahren zu entwickeln, bei dem sich das Impfmittel gleichmäßig und schnell in der Schmelze löst, und zwar unmittelbar vor der Erstarrung der Schmelze, weil nur dann eine größtmögliche Auswirkung der von der Schmelze aufgenommenen Impfmittelmenge gegeben ist. Die Erfindung geht dabei von der überlegung aus, daß die C C Impfwirkung des Impfmittels mit der Zeit sehr schnell nachläßt, und zwar sinkt die Impfwirkung unmittelbar nach dem Auflösen des Impfmittels in der Schmelze sehr rasch und dann langsamer ab., was etwa dem Verlauf einer e-Funktion entspricht.
Es wurde nun gefunden, daß ein Verfahren zur verbesserten Impfung von Gußeisen darin besteht, daß die Gußeisenschmelze in der Form beim Durchströmen des Anguß- bzw. Anschnittsystems der Form oder auch Kokille mit dem darin eingeformten Impfmittel in Berührung gebracht wird.
Es hat sich hierbei gezeigt, daß der Metallstrom in günstiger Weise geringe Mengen des Impfmittels ablöst und sofort aufnimmt, ohne daß zugleich Kornpartikeln in nennenswertem Umfang mitgerissen werden.
Zweckmäßi- wird das Impfmittel in Gestalt eines Formkörpers verwendet. Ein solcher Formkörper kann in das Ausguß- bzw. Anschnittsystein als Platte in dafür vorhandene »Kernmarken« eingebracht werden. Er kann aber auch als Rohrstück ausaebildet sein, welches die Schmelze im Anguß- bzw. Anschnittsystem durchströmt.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Impfmittelkörper als sogenannter Siebkern ausgebildet. Siebkerne werden in bekannter Weise häufig zur Regelung der Gießgeschwindigkeit und der Turbulenz der Schmelzen#trömuno, verwendet.
Ein solcher Formkörper des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ganz aus dem Impfmittel bestehen, wobei ein solcher Formkörper durch Vergießen des Impfmittels oder durch Verpressen des zerkleinerten Impfmittels - gegebenenfalls unter Verwendung eines Bindemittels - hergestellt wird. Hierbei richtet sich die Korngröße des Impfmittels nach Art und Größe des Formkörpers, was sich leicht in einfachen Versuchen ermitteln läßt. Der Formkörper kann aber auch nur teilweise aus dem Impfmittel aufgebaut sein, wobei der übrige Teil aus neutralem Material, z. B. Formsand, besteht. Zweckmäßig wird bei einem solchen Formkörper das Impfmittel dann weitgehend in die der einströmenden Schmelze zugekehrten Seite des Formkörpers eingepreßt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich die für das Impfen von Gußeisen an sich bekannten Impfni ittel und Legierungen. Solche Legierungen sind im wesentlichen Legierungen des Siliziums mit den Erdalkali-Metallen, mit Magnesium, mit Zirkonium, mit Eisen, mit Nickel und/oder Mangan. Diese Legierunaen werden für sich allein wie auch im Gemisch verwendet. Gemäß dem Verfahren der Erfindung wird mit besonderem Vorteil eine Legierung oder ein Legierungsgemisch verwendet, das sich zusammensetzt aus 6 bis 16% Mg, vorzugsweise 9 bis 12% M2, 8 bis 20% Fe, vorzugsweise 10 bis 15% Fe, 0,2 bis 10% Ca, vorzugsweise 3 bis 611o Ca, Rest Si, gegebenenfalls, aber nicht notwendigerweise, noch Kupfer und/oder Nickel und/oder Zinn.
Die Verwendung solcher magnesiumhaltigen Impfmittel nach dem erlindungsgemäßen Verfahrcn führt züi einer besonders guten Löslichkeit und Wirksamkeit in der Schmelze, so daß sich die Impfmethode auch bei abgekühlteren Schmelzen durchführen läßt, welche einer Impfbehandlung nach bekannten Verfahren nicht mehr ohne weiteres zugänglich sind, was insbesondere auch für die Verwendung Ca-reicher Impfmittel gilt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung weist wesentliche Vorteile auf, insbesondere beim Vergießen von solchen Gußeisenschmelzen, die der Herstellung von Gußeisen mit lamellarem oder kugelförmigem Graphit dienen. Auf Grund des erst unmittelbar beim Vergießen und auch innerhalb der Form erfolgenden Irnpfprozesses wird eine hohe Wirksamkeit des Impfmittels erzielt. Da das Impfmittel im Formkörper bzw. in der Form fest eingeformt ist, wird nur ein jeweils kleiner und gleicher Anteil von der einströmenden Schmelze in der Zeiteinheit in guter Verteilung aufgenommen und gelöst. Hierdurch wird mit einer wesentlich herabgesetzten Impfmittelmenge eine hohe Zahl von Kristallisationskeimen in die Schmelze eingebracht, und es gelingt, Gußstücke aus Gußeisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit praktisch völlig zementitfrei zur Erstarrung zu bringen, während die nach bekannten Verfahren hergestellten im Gußgefüge noch Zementit enthalten.
Von besonderem Vorteil ist die Impfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Fällen, in denen eine hohe Impfwirkung erwünscht, eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Schmelze aber unterbleiben soll.
Wird üblicherweise eine für Gußeisen mit Lamellengraphit vorgesehene Schmelze mit Impfmittel in einer Menge von 0,1 bis 0,511/o der Schmelzmenge und eine für Gußeisen mit Kugelgraphit vorgesehene Schmelze mit Impfmittel in einer Menge von 0,4 bis 1 % der Schmelzmenge behandelt, so braucht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in beiden Fällen nicht mehr als 0,1%,. vorzugsweise 0,011/o Impfmittel in der Schmelze gelöst zu werden, um bei gleicher Endanalyse des Gußstückes vergleichbare Impfeffekte zu erzielen.
Ein Impfprozeß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann aber auch im Anschluß an eine vorausgegangene Impfung einer Schmelze ausgeführt werden, wobei sich der Impfeffekt der ersten Impfung in der Pfanne und der Impfeffekt des Impfprozesses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergänzen.
An Hand der folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert. Beispiel 1 a) Herstellung eines Siebkernes aus Impfmitteln ohne neutrale Zusätze Gemahlenes Ferrosilizium der Korngröße 0 bis 6 mm wird mit üblichem Wasserglasbinder im Gewichtsverhältnis 9 : 1 gemischt und die Masse zu Siebkernen in geeigneten Kernkästen geformt. Die Aushärtung der Formlinge erfolgt durch Behandeln mit COV Zweckmäßig erfolgt die Verfestigung aber durch einfaches Auslagern, wobei das Ferrosilizium mit dem Wasserglas unter weiterer Silikatbildung reagiert und abgebunden wird. Zur Erzielung blanker Oberflächen wird der Formling abgeschliffen.
b) Herstellung eines Siebkernes aus Impfmitteln unter Verwendunc, von Sand oder keramischen Stoffen C Der für eine Herstellung von Siebkernen geeignete Kernkasten wird mit körnigen Impfmitteln wie Ferrosilizium und Ca-Silizium ausgelegt, die mit Formsand, öl-Sand oder C02-Sand oder keramischen Stoffen hinterstampft werden. Die Verfestigung kann je nach Art des Sandes oder der keramischen Stoffe beispielsweise durch CO,-Behandlung, Auslagern oder durch Brennen erfolgen. Beispiel 2 Impfen von Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen mit Lamellengraphit Eine aus aufgekohltem Stahlschrott hergestellte Gußeisenschmelze mit folgender Zusammensetzung-3,02 C, 0,57 Mn, 0,71 P, 0,044 S, 2,11 Si, Rest Fe, wurde ohne vorausgehende Impfbehandlung jeweils durch verschiedene im Angußsystem der Form befindliche Siebkerne zu Proben verschiedener Wanddicke vergossen. Die Siebkerne enthielten a) kein Impfmittel, b) in der Oberfläche befindliche Stücke von Legierungen aus Ca-Si, Fe-Si und Zr-Si.
Beurteilt wurden Schliffbilder aus Proben mit 15 mm Wanddicke. Die Gußeisenschmelze zeigte folgende Endanalyse: 3,02 C, 0,59 Mn, 0,70 P, 0,044 S, 2,18 Si, Rest Fe. Aus der nun folgenden Tabelle geht hervor, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geimpfte Gußeisen ein rein perlitisches und völlig zementitfreies Grundgefüge hatte, obwohl die Analyse sich durch die Impfung praktisch nicht änderte.

Beispiel 3 Impfen von Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit Eine Gußeisenschmelze mit der Zusammensetzung 3,7 C, 0,3 Mn, 0,04 P, 0,02 S, 1,8 Si, Rest Fe, wurde in bekannter Weise mit 1 % einer Vorlegierung mit 15% Mg und 85% Ni behandelt. Nach dieser Behandlung enthielt die Schmelze etwa 0,05 % Magnesium, was für eine Kugelgraphitbildung bekanntlich völlig ausreicht und 0,85 % Nickel.
Diese Schmelze wurde teilweise ungeimpft und teilweise nach dem Einrühren von 0,7% Ferrosilizium zu Proben gleicher Abmessung vergossen, wobei der Abguß in jedem Fall durch einen im Angußtrichter der Formen befindlichen Siebkern erfolgte. Zur Verwendung kamen: a) Siebkerne aus Sand ohne Impfmittelzusatz, b) Siebkerne aus Sand mit einem in der Oberfläche des Siebkernes befindlichen körnigen Ferrosilizium mit 90% und einer Korngröße von 3 bis 7 mm.

Beurteilt wurden Schliffbilder aus Proben mit 15 mm Wanddicke. Aus der folgenden Tabelle sind die vorteilhaften Ergebnisse des vorgeschlagenen Impfverfahrens hinsichtlich der Beseitigung des Zementits im Gußgefüge ersichtlich.

Grundgefüge

(enthaltend

Schmelze Siebkerntyp 90 Oto freien Graphit

in Form

von Spärolithen)

Ungeimpfte Sandsiebkern 50 % Perlit

Schmelze 40 1/o Zementit

10 % Ferrit

desgl. Sandsiebkern 80 bis 90 % Perlit

+ FeSi: 90 0 bis 5 l)/o Zementit

(in Stücken an 10 bis 20 % Ferrit

der Oberfläche)

Grundgefüge

Schmelze Siebkerntyp (enthaltend 90 ü/o

freien Graphit in

Form von Sphärolithen)

Geimpfte Sandsiebkern 80 bis 90 ofo Perlit

Schmelze 5 bis 10 % Zementit

5 bis 10 ü/o Ferrit

desgl. Sandsiebkern 60 bis 70 % Perlit

+ FeSi: 90

(in Stücken an 20 bis 30 % Ferrit

derOberfläche)

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Impfung von Gußeisenschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußeisenschmelze in der Form beim Durchströmen des Anguß-bzw.Anschnittsystems der Form oder Kokille mit dem darin eingeformten Impfmittel in Berührung gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Formkörper ausgebildetes Impfmittel verwendet wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ganz oder teilweise aus Impfmittel bestehender Formkörper verwendet wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Siebkern ausgebildeter Formkörper verwendet wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Impfmittel an sich bekannte Legierungen wie Silizide der Erdalkalimetalle, des Magnesiums, des Zirkoniums, des Eisens, des Mangans, des Nickels oder deren Legierungsgemische verwendet werden. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Impfmittel eine Legierung oder ein Legierungsgemisch verwendet wird, das zusammengesetzt ist aus: 6 bis 16% Mg, vorzugsweise 9 bis 12 % Mg, 8 bis 20 % Fe, vorzugsweise 10 bis 15% Fe, 0,2 bis 10% Ca, vorzugsweise 3 bis 5% Ca, Rest Si, gegebenenfalls, aber nicht notwendigerweise, Kupfer und/ oder Nickel und/oder Zinn.