DE1758004C - Verwendung von Siliziumdioxid als keimbildenden Schmelzzusatz bei Gußeisen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von synthetischem feinteiligem Siliziumdioxid als dosierten keimbildenden Schmelzzusatz bei vorher überhitzten Schmelzen zur Herstellung von Gußeisen, wobei sie ein»¹! feinkörnige Erstarrung der Gußeisenschmelze bei gleichzeitiger feinverteilter Graphitausscheidung ermöglicht und zu Gußstücken mit höheren Festigkeiten ohne Steigerung der Härte führt.

Für die Eigenschaften von Gußeisen ist einerseits die Ausbildung des Graphits, andererseits das Gefüge der metallischen Grundmasse von ausschlaggebender Bedeutung. Beide sind wesentlich von der Analyse sowie von den Schmelz-, Gieß- und Abkühlungsbedingungen abhängig. Für das Verständnis der Kristallisationsvorgänge in Gußeisen ist zu beachten, daß die durch die üblichen Gehalte des Gußeisens an Silizium und Phosphor bedingten Abweichungen gegenüber dem Eisen-Kohlenstoff-Zustandsschaubild nicht mehr — wie etwa beim Kohlenstoffstahl — zu vernachlässigen sind. Man muß vielmehr die entsprechenden Drei- und Mehrstoff-Zustandsschaubilder, insbesondere das Eisen-Kohlenstoff-Silizium- und das Eisen-Kohlenstoff-Phosphor-Zustandsschaubild, mit heranziehen. Für die Kristallisation des Graphits aus der Schmelze ist die Feststellung des unter- oder übereutektischen Zustandes des betreffenden Gußeisens von wesentlicher Bedeutung.

Bei lamellarer Graphitausbildung tritt der Graphit in der Regel in Form von mehr oder weniger groben, unregelmäßig gekrümmten Blättchen auf, die häufig in Nestern angeordnet sind.

Der Grund für die Neigung zu grobblättriger Ausbildung des Graphits im Eutektikum ist darin zu sehen, daß der Graphit, welcher die führende Kristallart im Eutektikum darstellt, in seiner kristallisation stark von Keimwirkungen beienflußt wird.

Bekanntlich verursachen metallische, in Schmelzen lösliche Beimengungen Änderungen der Korngrößen im Sinne einer Kornverfeinerung oder auch Konivergrößerung im erstarrenden Metall. Im Grundmetall unlösliche Fremdelemente, metallische oder nichtmetallische Verbindungen erscheinen im Endprodukt als besondere Phase in Form von an den Korngrenzen oder innerhalb der Körner des Grundmetalls angeordneten Kugeln, Kristalliten oder Häutchen. Die feindispersen unlöslichen Bestandteile wirken dann vielfach als anregende Keime, addieren ihre Wirkung den gegebenenfalls bereits vorhandenen Keimen hinzu und wirken kornverfeinernd. Als impffähige Fremdkeime können sowohl metallische Ausscheidungen als auch nichtmetallische Einschlüsse (Oxide, Nitride, Sulfide, Silikate usw.) in Frage kommen.

Für die Ausbildung des Graphits ist auch die metallurgische Vorbehandlung der Schmelze vor dem

to Vergießen von wesentlicher Bedeutung. Der Grund hierfür liegt darin, daß durch die Überhitzung die Kristallisationskeime in verstärktem Maße in Lösung gebracht werde. Das führt zu einer stärkeren Unterkühlung und damit zu einer Graphitverfeinerung.

Zur Herstellung hochwertiger Gußeisensorten, welche sich insbesondere für heute immer häufiger verwendete dünnwandige Produkte eignem, ist die feinkörnige Erstarrung und feinverteilte Graphitausscheidung der Schmelze in besonderem Ausmaß er-

ao forderlich.

Es sind zahlreiche Verfahren, welche auf den Grundlagenarbeiten von E. Piwowarsky und Mitarbeitern beruhen, bekannt, nach einer Überhitzung der Schmelze durch dosierte Zugabe geeigneter

Keimbildner Gußeisenschmelzen zu einer feinkörnigen Erstarrung und feinverteilten Graphitausscheidung zu bringen. Diese durch Überhitzen und Impfen gekennzeichnete Schmelzbehandlung führt zu hochfesten Gußeisensorten mit guter Bearbeitbarkeit.

Als Impf mittel verwendet man vorwiegend FeSi. CaSi oder andere Mischlegierungen auf Siliciumbasis, welche lose gekörnt oder in abgepackter Form der Schmelze zugesetzt werden. Diese Impfmittel wirken desoxydierend und teilweise auch entschwefelnd und

verbessern die eutektische Struktur des Gußeisens. Die Zusatzmengen betragen im allgemeinen z. B. 4 kg Kalzium-Silizium pro Tonne Eisen. Den hohen Ansprüchen der modernen Gießtechnik genügen die bekannten Zusatzstoffe bei der Impf-Schmelzbehandlung jedoch nicht immer, da infolge der Uneinheitlichkeit der Teilchengröße der Zusatzstoffe und des unterschiedlichen Verbrauchs für Desoxydationsund Entschwefelungsvorgänge die Bildung möglichst zahlreicher lokaler Kristallisationszentren begrenzt ist und deshalb die entstehenden Graphitlamellen unterschiedliche Größenanordnungen aufweisen.

Alle bisher bekanntgewordenen und in der Praxis verwendeten Impfmittel erleiden einen starken Abklin^effekt der Impfwirkung mit der Zeit. Die Folge davon ist, daß beim Vergießen größerer Pfanneninhalte von geimpftem Eisen die zuerst abgegossenen Gußstücke bessere Festigkeitseigenschaften aufweisen als die zuletzt abgegossenen, bei denen infolge der längeren Gießdauer der Impfeffekt bereits voll-

ständig oder erheblich abgeklungen war. Diese bekannte Tatsache hat zu dem Verfahren der Impfung des Eisens in der Gießform geführt, das aber auch verschiedene Nachteile, z.B. durch Schlackeneinschlüsse in den Gußstücken, mit sich bringt.

Es wurde auch schon vorgeschlagen und versucht, Siliziumdioxid als solches in pulvriger, feinvermahlener Form als keimbildenden Schmelzzusatz für Gußeisen zu verwenden. Eine Verbesserung des Impfeffektes hierdurch konnte jedoch nicht nachgewiesen

6s werden.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabenstellung aus, fUr die dosierte Zugabe von keimbildenden Schmelzzusätzen in die Schmelzen ein Impfmittel zu

verwenden, mittels welchem durch besondere Aus- effektes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren äu-

wahl der Keimbildner möglichst viele lokale Kristalli- ßert sich darin, daß die unmittelbar nach dem Imp·

sationszentrcn und damit feinverteflter Graphit gebil- fen, nach 5, 10, 20 und 30 Minuten nach dem Imp-

det werden. fen vergossenen Proben annähernd die gleichen Fe-

AIs Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die 5 stigkeitswerte und Härten haben.
Verwendung von auf pyrogenem Wege in der Gas- Es wurde gefunden, daß zur Durchführung des phase oder durch Naßfällung gewonnenem Silizium- Verfahrens bereits Zusatzmengen von nur 10 bis dioxid mit einer Teilchengröße von 5 bis 100 Nano- 100 g SiO₂ pro Tonne Gußeisen ausreichen, um die meter als dosierter keimbildender Schmelzzusatz zur erstrebte Wirkung zu erzielen. Daß so geringe Zusatz-Herstellung von Gußeisen vor. Dieses Siliziumdioxid xo mengen für die erstrebte Wirkung ausreichen, ist erfüllt infolge semer Feinteiligkeit in besonderer ebenfalls durch die Feinheit des Siliziumdioxids als Weise die Forderung, daß die Keime möglichst viele Keimbildner zu erklären sowie dadurch, daß im Gelokale Kristallisationszentren bilden und dem Gitter- gensatz zur bekannten Zugabe von CaSi oder FeSiaufbau der Metallkristalle entsprechen. Es entsteht Legierungen keine unkontrollierbare Bildung von ein Gefüge mit feinverteiltem Graphit, wobei darüber 15 Desoxydations- oder Entschwefelungsprodukten hinaus die Graphitausscheidung so wesentlich geför- stattfindet.

dert wird, daß die durch bevorzugte Wärmeabgabe an Im nachstehenden Beispiel wird das Verfahren nä-

den Kanten ei<TS Gußstückes hervorgerufene Kan- her beschrieben: SUiziumdioxid mit einer Teilchen-

tenhärte, die zu Bearbeitungsschwierigkeiten führt, größe von 5 bis 100 mn wird in einer Menge von

verschwindet." 20 etwa 100g/t Schmelze in Form eines abgepackten

Die Anwendung des Siliziumdioxids mit einer Teil- Zusatzes in einer Blechdose, welche roch ein Treibchengröße von 5 bis 100 mm verhindert den Abkling- mittel enthält, in die Gießpfanne gegeben. Damit sich effekt wenigstens bis zu einer Gießdauer von 30 Mi- das SiO₂ gut über den gesamten Pfanneninhalt vernuten nach dem Impfen mit Sicherheit Als Ursachen teilt, wird das Paket zunächst durch Beimengung für diese Langzeitwirkung dürfen die extrem hohe as trockener Eisenspate als Beschwerstoff selbsttauchend Feinteiligkeit und damit die lange Ausscheidungs- gemacht, d. h., es sinkt in der Pfanne zu Boden. Als dauer des Keims aus der Schmelze, das Vorliegen des Treibmittel sorgt eine Zugabe von stickstoffabgeben-Keims in festem Zustand und die erreichbare kolloi- den Salzgemischen für das Austreiben des Siliziumdale Verteilung ..'es Siliziumdioxids in der Schmelze dioxids aus der Büchse und eine gleichmäßige Verteiangenommen werden. Die Langz^twirkung des Impf- 30 lung des SiO₂ über den ganzen Pfanneninhalt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verwendung von auf pyrogenem Wege in der Gasphase oder durch Naßfällung gewonnenem Siliziumdioxid mit einer Teilchengröße von 5 bis 100 Nanometer als dosierten keimbildenden Schmelzzusatz bei vorher überhitzten Schmelzen zur Herstellung von Gußeisen.

2. Verwendung von Siliziumdioxid nach Anspruch 1 zum genannten Zweck, dadurchgekennzeichnet, daß das Siliziumdioxid der Schmelze in einer Menge von 10 bis 100 g pro Tonne Gußeisen, abgepackt zusammen mit getrockneten Eisenspänen als Beschwerstoff und einem Stickstoff abgebenden Salzgemisch, zugesetzt wird.