DE2611278A1

DE2611278A1 - Verfahren zur herstellung kugelig gegossenen eisens

Info

Publication number: DE2611278A1
Application number: DE19762611278
Authority: DE
Inventors: Mario Remondino
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1976-03-17
Publication date: 1976-09-23
Also published as: FR2304677A1; GB1492725A; DE2611278C3; DE2611278B2; IT1036093B; SU652903A3

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 SbT

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

FIAT Societd per Azioni

Corso Marconi 10

Turin, Italien

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG KUGELIG GEGOSSENEN EISENS

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung kugelig gegossenen Eisens durch Beigabe einer kugelbildenden Legierung zu geschmolzenem Eisen und Gießen dieses Eisens in eine Form, wobei vor dem Schließen der Form die Legierung in einer Kammer angeordnet wird, über die das in die Form zu füllende Eisen hinweggeführt wird.

Verfahren zur Behandlung geschmolzenen Eisens zwecks Erzielung kugelig gegossenen Eisens, um eine kugelige Verteilung beispielsweise von Graphitteilchen in den Gußstükken zu erzielen, sind bereits bekannt. Ein derartiges Ver-

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fahren ist beispielsweise Gegenstand der GB-PS 1 278 265.

Ein derartiges Verfahren arbeitet mit einer Gießtechnik, bei der die genaue Menge einer kugelbildenden Legierung in einer Kammer im Inneren einer Form vor dem Schließen der Form angeordnet wird. Das in der genannten GB-PS beschriebene Verfahren muß derart durchgeführt werden, daß der sogenannte Lösungsfaktor optimal ist, dieser Faktor gibt das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit geschmolzenen Eisens zum Querschnitt der Legierungskammer an. Der Lösungsfaktor bestimmt die Lösungsgeschwindigkeit der Legierung im geschmolzenen Eisen, welches über die Kammer fließt. Die Anwendung des bekannten Verfahrens ermöglicht die beste Ausnutzung der Kugelbildungseigenschaften einer Legierung, weil dabei die Probleme weiterer bekannter Verfahren vermieden werden, die auf eine Verringerung der Anreicherung des Eisens während der Durchführung des Verfahrens zurückzuführen sind. Dieses bekannte Verfahren bietet auch einige weitere Vorteile hinsichtlich Durchführung, Wirtschaftlichkeit und Umweltverschmutzung. Das Verfahren kann jedoch bei der Herstellung von Gußstücken eines grossen Gewichtsbereiches nicht angewendet werden. Hierzu sei beispielsweise der Fall betrachtet, daß zwei Gußstücke oder Mengen von Gußstücken mit einem Gewicht von 50 kg bzw. 400 kg hergestellt werden sollen. Um Probleme der Erosion von Leitungen zu vermeiden, durch die die Eisenschmelze zu den Formen geführt wird, soll der Lösungsfaktor nicht wesentlich erhöht werden, insbesondere ist es unmöglich, diesen Faktor mit 8 zu multiplizieren, wie dies für das zweite Gußstück zur Verwirklichung derselben Gießzeit erforderlich wäre.

Es ist daher eine Gießzeit anzuwenden, die ausreichend

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lang ist, um die Füllung der Form zu ermöglichen. Die Lösungsgeschwindigkeit und die Strömungsgeschwindigkeit werden gleich denjenigen für das erste Gußstück gehalten, wobei der vorstehend genannte optimale Wert für den Lösungsfaktor berücksichtigt wird (für das zweite Gußstück würde sich deshalb eine Gießzeit ergeben, die um den Faktor 8 langer als die erste ist). Dies würde jedoch ein Gießsystem mit übereinstimmenden Abmessungen für beide Gußstükke erfordern, wobei der einzige Unterschied entsprechend der vorstehend genannten GB-PS die vertikale Abmessung der Legierungskammer wäre, die genau proportional der Legierungsmenge sein muß, welche für das jeweilige Gußstück erforderlich ist.

Da die erforderliche Legierungsmenge proportional dem Gewicht des herzustellenden Gußstücks ist, müßte beim vorstehenden Beispiel die Legierungskammer für das zweite Gußstück mit einer vertikalen Abmessung (Tiefe) versehen sein, die um den Faktor 8 größer als diejenige der Legierungskammer für das erste Gußstück ist, während die Abmessungen des Querschnitts dieselben wären. Eine auf diese Weise bemessene Legierungskammer hat ein sehr großes Tiefen-Querschnittsverhältnis und führt nur während des Anfangs des Gießverfahrens zu befriedigenden Ergebnissen (beispielsweise für einen Zeitraum, der der halben Gießzeit entspricht). Die Lösungsgeschwindigkeit der Legierung in dem strömenden Eisen nimmt dann progressiv ab, was auf die ungünstige Form der Legierungskammer zurückzuführen ist, so daß von einem bestimmten Zeitpunkt an, beispielsweise beginnend mit der mittleren Gießzeit, die Eisenschmelze nicht mehr genügend mit kugelbildender Legierung angereichert ist, wodurch dann das erhaltene Gußstück eine unvollständige Kugelbildung aufweist.

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Um diese Einschränkungen des Verfahrens für die Herstellung schwerer Gußstücke oder Gußstückmengen zu vermeiden, kann man gemäß bekannter Technik das Gießsystem in zwei oder mehr parallele Zweige aufteilen, die jeweils eine Legierungskammer der günstigen Abmessungen, auch einer günstigen Vertikalabmessung, enthalten.

Wird jedoch die Anzahl der Gußstücke in jeder Ansatzmenge nicht verringert, so erfordert diese Verfahrensart einen beachtlichen Raum auf der Modellplatte, der allgemein nicht verfügbar ist. Außerdem führt dies zu einer merklichen Verschlechterung des Wirkungsgrades des Gießverfahrens (Verhältnis des Gewichts einwandfreier Gußstücke zum Eisengesamtgewicht).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte Verfahren so zu verbessern, daß es sich auch zur Herstellung schwerer Gußstücke eignet.

Das Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß der Kammer mindestens eine zweite Kammer mit kugelbildender Legierung nachgeordnet wird und daß in allen Kammern außer einer lösungshemmende Mittel unterschiedlicher Stärken vorgesehen werden, so daß die kugelbildende Legierung zuerst in der einen und danach in den das lösungshemmende Mittel enthaltenden Kammern gelöst wird und die Lösungsgeschwindigkeit der Legierung im geschmolzenen Eisen während des gesamten Gießvorganges eine Kugelbildung guter Qualität bewirkt.

Es können also eine oder mehrere Kammern der ersten Kammer nachgeordnet sein, wobei dann eine bzw. alle außer einer Kammer das lösungshemmende Mittel enthalten. Sind hierzu

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mehrere Kammern vorgesehen, so enthalten diese lösungshemmende Mittel unterschiedlicher Stärken, so daß die kugelbildende Legierung in jeder dieser Kammern gelöst wird, wenn sich das jeweilige lösungshemmende Mittel löst. Die Lösungsgeschwindigkeit der kugelbildenden Legierung in der Eisenschmelze gewährleistet dann insgesamt eine Kugelbildung guter Qualität während des gesamten Gießvorganges.

Das Verfahren nach der Erfindung ist also ähnlich wie das durch die GB-PS 1 278 265 bekannte ausgebildet, hat jedoch dazu den Unterschied, daß eine weitere Legierungskammer und in extremen Fällen auch mehrere Kammern im Verlauf zwischen der ersten Kammer und den Gußvorrichtungen angeordnet sind. Die weiteren Legierungskammern sind in Reihe angeordnet, jede wird vor dem Guß mit einem entsprechenden Anteil (die Hälfte oder ein jeweils erforderlicher anderer Anteil) der erforderlichen Gesamtmenge an kugelbildender Legierung versehen, dieser Anteil kann, je nach Erfordernis, leicht erhöht werden. Die Querabmessungen einer jeden Kammer entsprechen denen der Kammer des Grundverfahrens, die Vertikalabmessungen sind jedoch gerade ausreichend, um die vorstehend genannte jeweilige Legierungsmenge aufzunehmen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeiten die Kammern nicht gleichzeitig, sondern nacheinander, was bedeutet, daß sie eine Auflösung der Legierung in Perioden ermöglichen, die weitgestuft sind, oder aufeinanderfolgen, so daß die Eisenschmelze vom Anfang bis zum Ende des Gießvorganges ausreichend mit kugelbildendem Mittel angereichert wird.

Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, daß geeignet bemessene lösungshemmende Mittel in einer oder mehreren Legie-

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rungskammern über der kugelbildenden Legierung vorgesehen sind.

Die genau bemessenen lösungshemmenden Mittel können aus Eisen, beispielsweise Gußeisen, oder Legierungen gebildet sein, die mindestens 20 Gew.-% Eisen enthalten, z.B. ein kompaktes oder gesintertes Material, insbesondere ein aus Eisen und Silicium, vorzugsweise ein aus Stahlblech bestehendes Material. Vorzugsweise bestehen die lösungshemmenden Mittel aus Blech, das so geformt ist, daß es genau innerhalb einer jeweiligen Legierungskammer über der darin vorhandenen kugelbildenden Legierung angeordnet werden kann,

Werden nur zwei Kammern verwendet, so hat das lösungshemmende Mittel vorzugsweise eine solche Dicke, daß es sich in der Stahlschmelze innerhalb eines Zeitraums löst, der nur etwas kurzer ist und beispielsweise zwischen 70 und 90 %, vorzugsweise bei 80% derjenigen Zeit liegt, die für die Auflösung der kugelbildenden Legierung in der anderen Kammer erforderlich ist.

Das Ergebnis besteht darin, daß während nahezu der gesamten Zeit, in der die Eisenschmelze durch die kugelbildende Legierung aus der Kammer ohne lösungshemmendes Mittel angereichert wird, die Legierung in der anderen Kammer, die kein lösungshemmendes Mittel enthält,' oder in allen anderen Kammern, die lösungshemmende Mittel enthalten, intakt bleibt. Kurz vor dem Verbrauch der Legierung in der Kammer ohne lösungshemmendes Mittel vervollständigt die Eisenschmelze die Auflösung des lösungshemmenden Mittels in der nächstfolgenden Kammer. Dies setzt sich für die lösungshemmenden Mittel der weiteren Kammern fort. Nachdem die lösungshemmenden Mittel aufgelöst sind, beginnt die Auflösung der darunter angeordneten Legierung.

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Werden mehr als zwei Kammern verwendet, so wird ein lösungshemmendes Mittel in allen Kammern außer einer angeordnet, hierbei ist jedes lösungshemmende Mittel so geformt, daß es genau innerhalb der jeweiligen Legierungskammer über der kugelbildenden Legierung dieser Kammer angeordnet werden kann. Jedes lösungshemmende Mittel· hat dabei eine derartige Dicke, daß es sich in der Eisenschmelze innerhalb einer Zeit zwischen 70 und 90%, vorzugsweise von 80% der Verfahrenszeit auflöst, die vergeht, bevor sich die kugelbildene Legierung in der anderen Kammer der Reihe auflöst, die so aufgebaut ist, daß sich ihre kugelbildende Legierung unmittelbar vor der jeweils betroffenen Kammer verteilt.

Vorausgesetzt, daß das Material und die Dicke des oder jeden lösungshemmenden Mittels genau ausgewählt sind, sollte die Eisenschmelze vom Beginn bis zum Ende des Gießvorganges mit dem geeigneten Anteil kugelbildender Legierung angereichert sein, wodurch die Qualität der Kugelbildung in dem Gußstück (oder in der Gußstückmenge) während des gesamten Gießvorganges praktisch gleichmäßig erzielt wird.

Die Auswahl des Materials und der Dicke eines jeden lösungshemmenden Mittels hängt von einer Reihe physikalischer Parameter ab, hierzu gehören die Gießtemperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Eisens über die Gießkammer. Die jeweiligen Bemessungen hängen also von den spezifischen Gußbedingungen für jedes Gußstück ab.

Insbesondere gilt, daß mit steigender Temperatur des Eisens und sinkender Strömungsgeschwindigkeit die Dicke des zum Schutz der darunterliegenden Legierung für die erforderliche Zeit nötigen lösungshemmenden Mittels größer sein muß.

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Die genaue optimale Dicke eines lösungshemmenden Mittels bei ausgewähltem Material für bestimmte Gießbedingungen kann berechnet werden, normalerweise werden jedoch lediglich Messungen der fraglichen Parameter durchgeführt. Die optimale Dicke kann leichter auch durch Versuche ermittelt werden, wie dem Fachmann geläufig ist.

Wenn beispielsweise die Temperatur der Eisenschmelze 440° C beträgt, so ist die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Eisens über die Legierungskammer ca. 20 bis 25 cm/sec , und wenn die erforderliche Verzögerungszeit ca. 12 Sekunden beträgt, so sollte ein lösungshemmendes Mittel aus Stahlblech eine Dicke von 0,8 bis 1 mm haben. Ist jedoch die erforderliche Verzögerungszeit ca. 20 Sekunden, so sollte das lösungshemmende Mittel eine Dicke von ca. 1,5 bis 1,7 mm haben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur beschrieben, die einen schematischen Querschnitt eines Gießsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

In der Fig. ist der Teil eines Gießsystems mit einer ersten und einer zweiten Legierungskammer 2 und 4 dargestellt, die einander nachgeordnet sind. Die Legierungskammern 2 und 4 sind als Erweiterungen des Bodens einer Zuführungsleitung 5 für Eisenschmelze ausgebildet und enthalten eine kugelbildende Legierung 6. Ein lösungshemmendes Mittel 8 ist der zweiten Legierungskammer 4 zugeordnet und besteht aus einer Stahlplatte, die die Legierung 6 in der zweiten Kammer 4 abdeckt. Durch Pfeile ist die Strömungsrichtung der Eisenschmelze längs der Leitung 5 dargestellt.

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Von der Leitung 5 aus tritt das geschmolzene Eisen in ein nicht dargestelltes Formsystem ein, in dem die Gußstücke geformt werden. Das Formsystem ist in acht Zweige unterteilt, die so angeordnet sind, daß jeder Zweig genau in einer Folge gefüllt wird. Jeder Zweig hat einen Anschluß zur Durchführung mikrographischer und analytischer Versuche. Durch die Konfiguration und die ausgewählten Abmessungen zeigt jeder Anschluß die Kugelqualität seines jeweiligen Zweiges bzw. des Gußstücks, das mit dem durch diesen Zweig geführten Eisen hergestellt wurde.

Die am Schluß der Besenreibung angegebene Tabelle zeigt die Ergebnisse, die für einen Guß A mit einer einzigen Legierungskammer gemäß dem bekannten Verfahren und mit einem Guß B mit zwei Legierungskammern 2 und 4 gemäß der Erfindung erzielt wurden. Dabei war die zweite Kammer 4 mit einem lösungshemmenden Mittel 8 versehen, welches aus 1,5 mm dikkem Stahlblech bestand und ca. 5 mm unter dem Boden der Leitung 5 angeordnet war.

Die Legierungskammer für den Guß A enthielt 1120 g einer 5%igen kugelbildenden Legierung aus Magnesium-Silicium-Eisen (gleich 0,8% des Gewichts der Eisenschmelze), während die beiden Legierungskammern 2 und 4 für den Guß B jeweils 56Og derselben Legierung 6 enthielten. Das Gesamtgewicht eines jeden Gusses betrug 140 kg, die Gießzeit 40 see und der Querschnitt der Leitung über den Legierungskammern ca.

20 cm . Die Geschwindigkeit der Eisenschmelze in der Leitung über den Kammern wurde mit ca. 23 cm/sec festgestellt. Die Ergebnisse sind in Gew.-% des enthaltenen Mg ausgedrückt, die Tests wurden in jedem der Anschlüsse der acht aufeinanderfolgenden Zweige des Gießsystems durchgeführt. Die erhaltenen Werte zeigen klar den Wirkungsgrad, mit dem die Auflösung des kugelbildenden Mittels während

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des Gießens erfolgte. Bei der Interpretation dieser Daten sollte "berücksichtigt werden, daß durch das praktisch vollständige Fehlen von Oxidation bei dem Prozeß der Kugelbildung in Gußeisen, welches einen Gewichtsanteil von 0,01% Schwefel enthält, ein Anteil in der Größenordnung von 0,03% Mg für eine optimale Kugelbildung ausreicht,- Werte von 0,06% sind in keiner Weise problematisch.

Aus der folgenden Tabelle geht hervor, daß bei dem Guß B bzw. bei dem Verfahren nach der Erfindung die erforderliche Verteilung von Mg in allen Zweigen des Formsystems erreicht wurde, während bei dem bekannten Verfahren eine zufriedenstellende Auflösung der Legierung nur für wenig mehr als die Hälfte des Gusses erfolgte. Ähnlich zeigte eine mikrographische Überprüfung eine vollständige Kugelbildung in dem gesamten Guß B, jedoch eine unvollständige Kugelbildung in dem Guß A.

TABELLE

Zweig 1 2345678

°>⁰³⁵ °'⁰³⁵ °'°³⁵ °'⁰³° °'⁰²⁵ °'^{015 =} °'⁰³⁵ °'°³⁵ °'°³⁵ °'⁰⁴⁵ °'⁰⁶° °'⁰⁴⁵ °>°³⁵ °'⁰³⁰

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung kugelig gegossenen Eisens durch Beigabe einer kugelbildenden Legierung zu geschmolzenem Eisen und Gießen dieses Eisens in eine Form, wobei vor dem Schließen der Form die Legierung in einer Kammer angeordnet wird, über die das in die Form zu füllende Eisen hinweggeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Kammer (2) mindestens eine zweite Kammer (4) mit kugelbildender Legierung (6) nachgeordnet wird, und daß in allen Kammern (2, 4) außer einer lösungshemmende Mittel (8) unterschiedlicher Stärken vorgesehen werden, so daß die kugelbildende Legierung (6) zuerst in der einen und danach in den das lösungshemmende Mittel (8) enthaltenden Kammern gelöst wird und die Lösungsgeschwindigkeit der Legierung (6) im geschmolzenem Eisen während des gesamten Gießvorganges eine Kugelbildung guter Qualität bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mit jedem lösungshemmenden Mittel (8) in den genannten Kammern die Auflösung der darin vorhandenen Legierung (6) um eine andere Periode verzögert wird, so daß die Auflösungsgeschwindigkeit der kugelbildenden Legierung (6) im geschmolzenen Eisen während des gesamten Gießvorganges eine Kugelbildung guter Qualität gewährleistet.

3. 'Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als lösungshemmendes Mittel (8) Eisen- oder Legierungsblech mit einem Anteil von mindestens 20% Eisen verwendet wird, das so ausgebildet

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ist, daß es genau In einer Kammer (4) über der kugelbildenden Legierung (6) anzuordnen ist, und daß dieses Blech mit einer Dicke verwendet wird, die eine Auflösung in der Eisenschmelze Innerhalb einer Zeit zwischen 70 und 90$ derjenigen Zelt ermöglicht, die für die Auflösung der kugelbildenden Legierung (6) In der kein lösungshemmendes Mittel (8) enthaltenden Kammer (2) erforderlich Ist,

h. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung mehrerer Kammern das lösungshemmende Mittel (8) jeweils mit einer derartigen Dicke vorgesehen wird, daß es in der Eisenschmelze innerhalb von 70 bis 90% der Zeit gelöst wird, die vor der Auflösung der kugelbildenden Legierung vergeht, welche In der Kammer angeordnet Ist, In der die entsprechende Legierung unmittelbar vor der hier betroffenen Kammer zur Verteilung gelangt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß als lösungshemmendes Mittel (8) Stahlblech verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß als lösungshemmendes Mittel (8) Gußeisen verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß" als lösungshemmendes Mittel (8) kompaktes oder gesintertes Material verwendet wird, welches hauptsächlich aus Elsen oder Silicium besteht.

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