DE2132395A1

DE2132395A1 - Verfahren zur Herstellung von Gussstuecken aus Gusseisen mit Kugelgraphit

Info

Publication number: DE2132395A1
Application number: DE19712132395
Authority: DE
Inventors: Mccaulay James Lindsay; Dunks Clifford Matthew
Original assignee: Materials and Methods Ltd
Current assignee: Materials and Methods Ltd
Priority date: 1970-07-02
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1972-01-13
Also published as: LU63446A1; AU3070571A; NL7109060A; FR2104772B2; FR2104772A2; BE769450R; GB1364837A

Description

Anmelder : Materials and Methods limited, ———————— Meerion House, Altert Road Uorth,

Reigate, Surrey, England.

Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen

mit Kugelgraphit

Zusatz zur Patentanmeldung Aktz. P 19 36 153 .'6 ( 1 936 153)

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit. Es stellt eine v/eitere Ausbildung des Verfahrens des Patents 1 936 153 dar.

Gegenstand des Patents 1 936 153(P 19 36153.6) ist ein Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus Gußeisen, dessen Graphitgehalt in Knötehen- oder Kugelforra vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß nichtbehandeltes geschmolzenes Graugußeisen in Gießformen durch wenigstens eine Zwischenkammer gegossen wird, welche einen KugelMldner oder ein die Kugelform des Graphits bewirkendes Mittel in einer Menge enthält, die gerade ausreicht, um sämtliches im Gußeisen enthaltenes Graphit in Knötehen- oder Kugelform umzuwandeln. Die die Kugelformung des Graphits hervorrufenden Zuschlagstoffe können in Klümpchenform, als zerkleinertes Schüttgut, in Pulverform oder in Form von extrudierten oder zusammengeklebten Partikeln zugegeben werden.

Die Grosse und Form der Partikel der Zuschlagstoffe und die benötigte Menge derselben hängt - wie dem Fachmann bekannt ist - von einer Anzahl von Parametern ab, zu denen die Grosse und Form der Zwischenkammer, die Strömungsgeschwindigkeit des durch die Zwischenkammer strömenden geschmolzenen Metalles, die Metalltemperatur und die Zusammensetzung, das Gewicht und die Art des Gußstückes und das Verfahren zu seiner Herstellung gehört.

ORIGINAL INSPECTED

Dera Fachmann ist bekannt, dass diese Faktoren je nach der Art der Gußstücke und in gewissen Fällen von Tag zu Tag je nach den speziellen Herstellungsbedingungen, den zur Verfügung stehenden Ausgangsprodukten usw. beträchtlich schwanken können. Es ist weiterhin anerkannt, dass diese Faktoren einen starken Einfluss auf die Auflösungsgeschwindigkeit des Eugelbildners und damit auf die endgültigen Hetalleigenschaften und die Struktur und Qualität der Gußstücke haben.

Es wurde gefunden, dass eine mathematische Beziehung zwischen der Auflösungsgeschwindigkeit des Kugelgraphit— bildners, der Gießgeschwindigkeit und der Fläche der Zwischenkäufer besteht. Aufgrund dieser Beziehung kann die Auflösungsgeschwindigkeit eines gegebenen Kugelgraphitbildners je nach den Anforderungen dadurch geändert werden, dass die Fläche der Zwischenkaraaer oder die Auflösunggeschwindigkeit oder beides geändert wird. Diese Beziehung kann natürlich auch durch schwankende Hetallteaperaturen beeinflusst werden. Bei der praktischen Durchführung der Herstellung von Gußeisenstücken wurde jedoch gefunden, dass keine merkliche Schwankung eintritt innerhalb eines Temperaturbereiches * 35° C bezogen auf eine vorbestinmte gewünschte Gießtemperatur für das iegierungssystem und/oder die Art des zu giessenden Gußstückes.

Diese Beziehung kann für einen gegebenen Kugelgraphitbildner in der einfachsten Form durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:

Gießgeschwindigkeit (Gewichtseinheit/Zeiteinheit) ^v

= Auflösungs-

Fläche der Zwischenkammer . faktor (f)

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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgeraäss ein Verfahren, zum Herstellen von Gußstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit, wobei geschmolzenes Graueisen in eine Gießfora durch eine oder nehrere Zwischenkammern geleitet wird, die Kugelgraphitbildner in einer ausreichenden Ilenge enthalten, um den im Eisen vorliegenden Graphit in Kugel- oder Knötchenfora urazuv/andeln, das gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass das geschmolzene Graueisen in die Gießform unter solchen Bedingungen eingeführt wird,, dass die Beziehung zwischen der Auflösungsgeschwindigkeit des Kugelgraphifbildners, der Gießgeschwindigkeit und der Fläche der Zwischenkaramer der folgenden Gleichung

GieBgeschwiiidigkeit (Gewichtseinheit/Zeiteinheit) ■—' : = Auflösungs-Fläche der Zv/ischenkamaer faktor (f)

entspricht.

Die oben beschriebene Beziehung stellt eine positive Möglichkeit dar, viele der bisher bestehenden Probleme hinsichtlich der Änderung der Auflösungsgeschwindigkeit des Kugelgraphitbildners und/oder der in das Hetall eingearbeiteten Gesamtmengen an Kugelgraphitbildner zu lösen.

Der Ausdruck "Auflösungsfaktor", wie er gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezieht sich bei einem gegebenen Zuschlagstoff auf das Ausmaß der Fähigkeit sich zu lösen und/ oder mit den geschmolzenen Eisen zu reagieren, wobei der im unbehandelten Eisen in Flockenform vorliegende Graphit in Kugel- oder Knötehenform übergeführt wird. Dieser Faktor ist nicht -ein "innewohnender" Faktor, sondern er schwankt für einen gegebsnen Zuschlagstoff in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen er den geschmolzenen Eisen während des Gießvorganges ausgesetzt^/ird. ·

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Gemäß dö& Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Auflösungsfaktor für einen gegebenen Kugelgraphifbildner experimentell'zu ermitteln.

Das Verfahren zur Bestimmung dieses Paktors gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Serie von identischen Versuchsformen hergestellt wird, die jeweils mit einer Zwischen· kammer verbunden sind, deren Dimensionen bei den einzelnen Versuchsformen verschieden sind. Die Zwischenkammern v/erden mit dem Kugelgraphit bildenden Zuschlagstoff, der untersucht v/erden soll, gefQ.lt, und die Gießformen werden mit geschmolzenem Eisen mit einer in Abhängigkeit von der Größe und der Form der Versuchsfornen vorbestimmten Gießgeschwindigkeit gefüllt. Die so. hergestellten Gußstücke werden untersucht, um herauszufinden, welches die verschiedenen gewünschten physikalischen Eigenschaften hat bzw. möglichst weitgehend erreicht. Auf diese Weise wird die Zwischenkammer mit der optimalen Fläche für das untersuchte als Zuschlagstoff verwendete die Kugelgraphitbildung bewirkende Mittel gefunden.

Aufgrund dieses Ergebnisses wird der Auflösungsfaktor für den gegebenen die Kugelgraphitbildung bewirkenden Zuschlagstoff gemäß der oben v/i e der gegebenen Gleichung ermittelt.

Da. die Gießgeschwindigkeit für eine gegebene Größe und Form einer Gießform vorgegeben ist, ist es ersichtlich, daß dann, wenn der Auflösungsfaktor für ein bestimmtes die Kugelgraphitbildung bewirkendes Mittel festgestellt worden ist, unter Einsatz der obigen Gleichung die Bestimmung der erforderlichen Fläche der Zwischenkäufer mit Sicherheit durchgeführt v/erden kann. Es ist danach möglich in reproduzierbarer Weise Gußstücke von gleichmäßiger Qualität herzustellen.

Die "Fläche" der Zwischenkammer im Sinne der Erfindung ist deren Längsschnitt,in Richtung des Durchflusses des geschmolzenen Eisens. Die Oberfläche des Impfstoffes, die dem flüssigen Metall ausgesetzt ist, bleibt also während des Gießvorganges

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beim Verfahren gemäß der Erfindung konstant.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiel erläutert. Die Gießgeschwindigkeiten wurden dabei in kg pro Sekunde ermittelt und die Zwisehenkammerflache wurde in era geraessen.

Beispiel 1

Das Beispiel wurde mit einem Kugelgraphifbildner mit einer Zusammensetzung innerhalb der folgenden Grenzen durchgeflhrt:

Mg	5 bis 7 Jo
Si	40 bis 55 Io
Ca	0.05 bis 0.6 fo
Al	0.03 bis 1.5 f>
Pe	restliche Menge

Durch Versuche mit diesein Kugelgraphitbildner wurde festgestellt, daß ein Auflösungsfaktor von 0.8 bis 1.2 eine sichere und wirtschaftliche Auflösungsgeschwindigkeit/Verbrauch ergab. Mit anderen ¥orten:"Es wurde dadurch erreicht, daß die gewünschte Menge Magnesium im Gußstück verbleibt, die erforderlich ist, um die Umwandlung des Graphits aus der Flockenform in die Kugelform sicherzustellen. .

Wenn der Auflösungsfaktor über diesen Wert, beispielsweise bei 1.7 lag, hatte dies eine geringere Auflösungsgeschwindigkeit zur Folge mit dem Ergebnis, daß schlechtere Kugelgraphitstrukturen aufgrund einer zu geringen Behandlung erhalten wurden, (d.h. es lag ein zu niedriger Gehalt an aufgenommenem Magnesium vor).

Umgekehrt vrarde bei einem niedrigeren Auflösungsfaktor von beispielsweise 0.4 eine hohe Auflösungsgeschwindigkeit erzielt mit dem Ergebnis, daß die gesamte Legierung gelöst wurde, ehe die Form voll war. Deshalb war es möglich, daß ein Teil des Gußstückes nicht' vollständig die Kugelgraphitstruktur enthielt, ^; ' - - 6 -

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Yfenn andererseits eine überschüssige !!enge an Eugelgraphitbildner verv;endet wird, um der schnellen · AufIcsungsgeschwindigkeit Rechnung zu tragen, können Mcht Fehlgußstellen durch Überbehandlung (d.h. hohen Gehalt an Magnesium.) eintreten, und es werden Gußstücke von schlechter Qualität oder α it harten weis'sen Strukturen erhalten, je nach der Wandstärke und der Fora der Gußstücke.

Bei Anwendung de3 Verfahrens gemäß der Erfindung ist es.deshalb möglich die Auflösungsgeschwindigkeit der Legierung nach den jeweiligen Erfordernissen sicherzustellen und zu kontrollieren. Genauer ausgedrückt ist es so, daß "bei Zunahme der Fläche der Zwischenkarmaer die Auflösungsgeschv/indigkeit steigt und umgekehrt, wenn die Fläche der Zwischenkäufer abnimmt", die lösungsgeschv/indigkeit ebenfalls abnimmt.

Wenn die Gießgeschwindigkeit steigt, erhöht sich die Auflösungs geschwindigkeit und umgekehrt.

Beispiel 2

Auf-

Es wurde der gleiche Kugelgraphitbildner wie im Beispiel 1 verwendet, und der gewünschte Auflösungsfaktor wurde mit 1.1 ausgewählt. . ■ .

Die Gießkastenausrüstung wurde deshalb derart abgeändert, daß eine Zwischenkammer zwischen dem Eingußrohr und dem Einlaß zur Steigkammer eingeordnet wurde. Die Zwischenkammer hatte eine Fläche, die in einer solchen Beziehung zur Gießgeschwindigkeit stand, daß ein Auflösungsfaktor von 1.1 gegeben'war. Das Gesamtvolumen war derart, daß es 0.7 Gew.£ des Eugelgraphitbildners aufnehmen konnte.

Fach Herstellung der Form wurde diese gemessene Ilenge Kugelgraphitbildner in die Zwischenkammer gegeben, und die Form ■ wurde so zum Gießen fertiggemacht.

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In einem Kupolofen geschmolzenes graues Eisen, dessen Bruch-

festigkeit 2520 kg/cn "betrug, wurde zum Gießen der Porm "bei einer Temperatur von 141O⁰C verwendet. Während des Gießvorganges trat überhaupt keine Turbulenz, kein Rauch und keine Feuererseheiiiung auf, und das erhaltene Gußstück war in jeder Beziehung zufriedenstellend. Die Struktur enthielt gutgeformten kugelförmigen Graphit in einem dichten perlitischen Gefüge.

Die Bruchfestigkeit des Gußstückes betrug 7.850 kg/cm . Die Bruchdehnung betrug 3 /S und die Brinell-Härte 230«

Im Beispiel 1 wurde nach den Umständen ein Auflösungsfaktor von 0.7 bis 1.2 für die 5 bis 7 ^cp Hg, enthaltende Eisen-Siliciumlegierung festgesetzt. Unter den gleichen Bedirgingen, jedoch bei Verwendung einer Kugelgraphit bildenden Legierung enthaltene

Hg	8	bis	10 ^c/o
Si	40	bis	58 $
Ca	0.05	bis	1.0 fo
Al	0.03	bis	1.5 fo
Pe	restliche	Menge

wurden ähnliche Iletalleigenschaften erhalten, wenn ein Auf lösungsfaktor zwischen 1 und 1.8 angewandt wurde.

Beispiel 3

Versuche mit einem Kugelgraphitbxldner mit einer Zusammensetzung innerhalb der nachfolgend angegebenen Grenzen

Mg 13 bis 15 #

Si 40 bis 55 ^

Ca 0.005 bis 1.5 $

Al 0.03 bis 1.5 $

Pe restliche Menge

ergaben, daß ein Auflösungsfaktor von 1.5 bis 2.7 eine sichere und wirtschaftliche Auflösungsgeschwindigkeit "ergab. Die im Beispiel 2 beschriebene Zwischenkammer wurde so geändert, daß eine Auflösung von 1.7 und ein Volumen erhalten wurden, das

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Q. 3 Gew./j Kugelgraphitbildner aufnehmen kann. Diese Legierung wurde in die Zwischenkaramer gegeben, und .die Gießfora wurde sum Gießen fertiggestellt.

Bntschwefeltes in einem Kupolofen geschmolzenes Graueisen mit einer Bruchfestigkeit von 2280 kg/cm wurde eingesetzt. V/ahrend des Gießvorganges trat keine turbulenz, kein Rauch und keine Peuererscheinung auf. Die erhaltenen Gußstücke waren in jeder Beziehung zufriedenstellend. Die Struktur zeigte gut ausgebildeten kugelföraigen Graphit in einem- ferritischen Gefüge. Die Bruchfestigkeit betrug 5510 kg/cm . Die Bruchdehmm betrug 13 ~fo und die Brinell-Härte war 170 ohne nachbehandlung.

Im allgemeinen kann man sagen, daß für eine Magnesium-Eisen- . Siliciun-Legierung, wie sie im wesentlichen in Beispiel 1 beschrieben wurde, in den meisten Fällen eine z.uf r ie dens teil ende Produktion durchgeführt werden kann, wenn ein Auflösungsfaktor im Bereich von 0*7 bis 1.2 angewandt wird. Pur spezielle Gußstücke kann es erforderlich sein, diesen Bereich aus zu de linen. Dies ist beispielsweise dann der Pail, wenn dieser Kugelgraphitbildner verwendet wird und das Gußstück besonders starke Wandstärken aufweist. In solchen Fällen ist es normal, einen höherei MagnesiumgehaIt vorzusehen, um sicherzustellen, daß eine vollständige Kugelgraphitbildung im gesamten Gußstück hervorgerufen wurde. In diesem Pail sollte ein niedrigerer Auflösungsfaktor angewandt werden von beispielsweise 0.3. Umgekehrt kann ein höherer Auflösungsfaktor von beispielsweise 1.4 erfolgreich angewandt werden, wenn der gleiche Kugelgraphitbildner zur Herstellung von Gußstücken mit dünnen Wandstärken eingesetzt wird.

In ähnlicher Weise wurde bei Verwendung der 9 I* Hg enthaltenden Kugelgraphitbildungs-legierung, die -oben beschrieben wurde, ein Auflösungsfaktor im Bereich von 1.15 bis 2.3 erfolgreich angewandt, um eine Yielzahl verschiedener Gußstücke herzustellen. Mit einem Kugelgraphitbildner, der 14 $ Magnesium enthielt, wurden Auflösungsfaktoren im Bereich von 0.7 bis 3.0 je nach den speziellen Herstellungsbedingungen angewandt.

— Q _

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Auf Grund der oben dargestellten grundsätzlichen Besiehung zwischen der Gießgeschwindigkeit und der Pläche zur Festsetzung des Auflösungsfaktors ist es ersichtlich," daß dieses Verfahren auf jeden beliebigen Kugelgraphitbildner bei der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphitstruktur angewandt werden kann.

Es ist offensichtlich, daß bei der Auswahl geeigneter Auflösungsfaktoren, abgesehen von der Zusammensetzung des Kugelgraphit uildners, der Biiifluß der Metallzusammensetzung, insbesondere hinsichtlich des Gehalts an Schwefel, Oxiden, Silicaten und irgendwelchen Gasen, in Betracht gezogen werden muß, um sicherzustellen, daß der gewünschte llagnesium-Gehalt vorhanden ist, der zur Überführung des in nockenform vorliegenden Graphit in die Kugelfora erforderlich ist in Übereinstimmung mit der üblichen !Praxis des Verfahrens der Kugelgraphitbildung.

Patentansprüche

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Claims

Patentansnrüche:

Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit, wobei geschmolzenes G-raueiseii in eine Gießfora durch eine oder nearere Zwischenkäufern geleitet wird, die Kugelgraphitbildner in einer ausreichenden ITenge enthalten, um den im Eisen vorliegenden Graphit in Eugel- oder Eaötehenform umsuv/andeln, dadurch gekennzeichne daß das geschmolzene Graueisen in die Gießfora unter solchen Bedingungen eingeführt wird, daß die Beziehung zwischen der Auflösmagsgeschwindigkeit des Eugelgraphitbildners, der Gießgeschwindigkeit und der Fläche der Zwischenkäufer der folgenden Gleichung

Gießgesehwindigkeit (Gewichtseinheit/Zeiteinheit) AufIc—

sungs

Fläche-der Zv/ischenkaaaer

entspricht.

Verfahren zur Bestimmung des Auflösungsfaktors für einen gegebenen die Kugelgraphitbildimg bewirkenden Z-uschlagsstoff dadurch gekennzeichnet, daß in eine Yersuchsgießform durch eine Zwischenkaaaer ait einer experimentell vorbestimmten !"lache, die eine ausreichende Menge des Kugelgraphitbildners enthält, um den ±a Bisen vorliegenden Graphit in Kugel- oder Eriötchenforin überzufahren, unbehandeltes geschiaolsenes Graueisen mit einer zweckmäßigen Gieß-Geschwindigkeit eingeleitet tmd der Auflösungsfaktor für die die Kugelgraphifbildung bewirkende Legierung gemäß der Gleichung

Gießgeschwindigkeit (Gewichtselnheit/Zeiteiiiheit) Auflösungs-

— ; > ■ ■ 1—'·—=f akt or

Fläche der Zwischenkammer
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