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Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen Die Erfindung
betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen durch
das Legieren von Zusätzen zu einer geschmolzenen Eisencharge.
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Es ist bekannt, daß Gußeisen mit Kugelgraphit als Folge des Vorhandenseins
von Magnesium oder Cer oder beiden eine relativ große Anzahl kleiner Kugeln oder
eine kleinere Anzahl großer Kugeln enthalten kann. Diese Kugeln können vollkommen
rund oder sphärisch sein, sie können aber auch im Umriß unregelmäßig sein oder mit
Graphit in Stäbchenform oder mit verdichtetem flockenförmigem Graphit oder mit zellularem
Graphit oder mit auseinandergeplatzten Kügelchen gemischt sein, die man alle unter
dem Begriff "entartete Graphitformen" zusammenfassen kann.
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Es ist ferner bekannt, daß das Vorhandensein solcher entarteter Formen
im Kugelgraphit-Gußeisen zu schlechteren mechanischen Eigenschaften führt, insbesondere
in Hinsicht auf die Schlagfestigkeit und die Dehnung.
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,f Es ist ferner bekannt, daß das Vorhandensein kleiner, gut gerundeter
Kugeln in größerer Anzahl zu einer erhöhte
Zugfestigkeit und Streckgrenze
und zu einer größeren Freiheit von der Graphitseigerung im Gußstück führt, was mitunter
durch den Begriff "Kohlenstoff-Flotation" ausgedrückt wird.
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Der Effekt von oft als störend empfundenen Begleitelementen auf die
Graphitform von Kugelgraphit-Eisen ist bekannt gewesen, seit festgestellt worden
ist, daß bestimmte Elemente, beispielsweise Magnesium, Cer, Calcium, Yttrium u.a.
beim Zusetzen zu Gußeisen in bestimmten kritischen Mengen dazu führen, daß Graphit
in Kugel-oder Sphärolithform in solchen Gußeisen auftritt. Die Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen
ist Gegenstand vieler Patente und Patentanmeldungen in den letzten zwanzig Jahren
gewesen.
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Es ist bekannt, daß die genaue Form der Kugeln, das Fehlen entarteten
Graphits und die Größe der Kugeln bzw.
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die "Kugelzahl" durch eine große Anzahl von Faktoren beeinflußt werden,
beispielsweise die Kohlenstoff-Xquivalenz des Metallbads, die Kühlgeschwindigkeit
des Gußeisens, das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Begleitelemente und der
Abschreckwert oder die Graphitisierungsleistung des Bads. Beispielsweise führt ein
geschmolzenes Metall mit einem hohen Ausgangs-Abschreckungswert im allgemeinen zu
größeren Kugeln, die in geringerer Anzahl vorliegen und eine mangelhaftere Form
haben, als das bei einem geschmolzenen Metall mit einem geringeren Abschreckungswert
bei den gleichen Herstellungsbedingungen der Fall ist. Indem man den Abschreckungswert
des Bades auf einen geringeren Wert bringt, und zwar durch ein spätes Impfen mit
Silizium (entweder vor oder nachdem ein kugelgraphitbildendes Element zugesetzt
worden ist), erreicht man im allgemeinen eine Erhöhung
der Kugelgraphitzahl
und eine Verbesserung der Kugelgraphitform. ähnlich führt ein Bad mit einer höheren
Kohlenstoff-Aquivalenz, beispielsweise eine übereutektische Zusammensetzung, zu
einer verbesserten Kugelgraphitzahl und zu einer verbesserten Form, als das bei
einem Bad aus mehreren untereutektischen Zusammensetzungen der Fall ist. Ferner
ist bekannt, daß übereutektische Badzusammensetzungen zu einem Guß rühren, bei dem
eine größere Tendenz zum Auftreten einer Kohlenstoffwanderung vorliegt, als das
bei untereutektischen Badzusammensetzungen unter den gleichen Bedingungen der Fall
ist.
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Eine ausführliche Untersuchung über den Einfluß von Begleitelementen
auf Gefüge und Eigenschaften von Gußstücken aus Gußeisen mit Kugelgraphit gibt J.
Motz (Gieß.Forsch. 19 (1967) ), S. 1o9/124, insbesondere Seite 122/4). J. Motz weist
auf die nachteilige Wirkung von Kupfer, Blei und Antimon hin. Bereits Spuren von
Blei begünstigen die Bildung von Zementit außerordentlich stark. Weitere Elemente,
wie Titan, Aluminium u.a. sind als starke Faktoren. für das Vorhandensein entarteter
Graphitformen erkannt worden, insbesondere in schwereren, langsamer abkühlenden
Stücken Kuge lgraphi t-Guße i sens.
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Um deren Effekt entgegenzuwirken, wurde dem kugelgraphitbildenden
Zusatz schon seit langem Cer zugegeben. Dieses Cer kann in Jeder Verfahrensphase
zugesetzt werden, im allgemeinen wird jedoch angenommen, daß ein größerer Effekt
bei spätem Zusatz erreicht wird.
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Andere Elemente, beispielsweise Zinn, Arsen, Wismuth, Antimon u. a.
sind unter bestimmten Voraussetzungen als in Richtung einer verbesserten Kugelgraphitzahl
und einer verbesserten Kugelgraphitform wirkend nachgewiesen
worden.
Die meisten dieser Elemente schlagen bei Zusatz in zu großer Menge in ihrer Rolle
als Graphitverbesserer um, und führen zu entarteten Graphitformen. Bestimmte Elemente,
beispielsweise Wismuth, die zwar die Kugelgraphitzahl verbessern, müssen in Verbindung
mit cer verwendet werden, um das Entstehen entarteter Formen zu vermeiden.
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Es besteht erhebliche Verwirrung hinsichtlich der genauen Anteile
dieser verschiedenen Elemente, die unter bestimmten Voraussetzungen nützlich, aber
unter anderen, davon abweichenden Voraussetzungen schädlich sein können.
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Diese Verwirrung ist z.T. auf die große Anzahl von Elementen zurückzuführen,
die einen Einfluß ausüben können, die Schwierigkeit der genauen chemischen Bestimmung
dieser Elemente, der kumulative Effekt verschiedener Kombinationen von Elementen,
die sich addieren oder aufheben können, und allgemein das Fehlen von Kenntnissen
hinsichtlich der genauen Mechanismen, die während der Erstarrung von Graphit in
der Kugelgraphitform Gültigkeit haben.
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Als ein typisches Beispiel dafür wird von vielen Fachleuten Cer als
schädliches Element angesehen, während eine gleiche Anzahl erfahrener Metallurgen
Cer als vorteilhafter ansehen, da es in Richtung der Neutralisierung des schädlichen
Effektes anderer Elemente wirkt.
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Die Wahrheit liegt irgendwo dazwischen. Cer hat in kleinen Mengen
unter bestimmten Voraussetzungen durchaus vorteilhafte Effekte, während es in größeren
Anteilen und unter anderen Voraussetzungen zu dem Entstehen entarteter Graphitformen
führen kann. Genau das gleiche Verhalten kann Magnesium in seiner Rolle als kugelgraphitbildendes
Mittel zugeschrieben werden. Kleine
Anteile an Magnesium fuhren
nicht zu vollständigen Kugelstrukturen.
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Es ist allgemein bekannt, daß das Vorhandensein von mindestens 0,03
ffi oder 0,04 ffi Magnesium erforderlich ist, um vollständige Kugelstrukturen entstehen
zu lassen. Unter anderen Bedingungen können 0,005 % oder 0,01 ß Magnesium voll wirksam
sein. Andererseits entstehen weniger perfekte Graphitformen unter bestimmten Voraussetzungen
bei größeren Anteilen an Magnesium, beispielsweise etwa o,o8 fi oder mehr.
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Im allgemeinen führen alle üblichen Begleitelemente unter gegebenen
Voraussetzungen zu einem vorteilhaften Effekt in kleinen Anteilen und zu einem schädlichen
Effekt in größeren Anteilen; deshalb ist eine Voraussage über das Verhalten dieser
Spurenelemente bei gegebenen Voraussetzungen außerordentlich schwierig, wenn nicht
überhaupt unmöglich. Während ein allgemeiner qualitativer Effekt vorausgesagt werden
kann, ist es derzeit nicht möglich, irgendeine quantitative Voraussage zu machen.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung
kleinerer Graphitkugeln größerer Rundung. Weiter soll gemäß der Erfindung ein Verfahren
geschaffen werden, das zu verbesserten mechanischen Eigenschaften in dem Kugelgraphit-Gußeisen
führt. Weiter soll gemäß der Erfindung ein Kugelgraphit-Gußeisen geschaffen werden,
das in schweren Gußstücken eine verbesserte Graphitstruktur aufweist. Weiter soll
ein Verfahren zum Überwinden des Effektes bestimmter Wander-oder Spurenelemente
in der Zusammensetzung des Kugelgraphit-Gußeisens geschaffen werden. Außerdem soll
ein
Verfahren zur Herstellung eines Kugelgraphit-Gußeisens geschaffen werden, das eine
erhöhte Gleichförmigkeit in der Kugelgraphitform und -größe an allen Stellen des
Gußteils aufweist und bei dem das Problem einer Kohlenstoff- oder Graphitwanderung
nicht auftritt.
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Erfindungsgemäß ist
festgestellt worden, daß das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Elemente in kleinen
Anteilen zu einem Überdecken, Neutralisieren oder Aufheben des zuvor erwähnten Einflusses
der Badzusammensetzung oder des Badabschreckungswertes fUhren kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bestimmte Elemente
mit niedrigem Schmelzpunkt, insbesondere Blei und Germanium in solchen Mengen zugesetzt
werden, daß der Gesamtgehalt in der Schmelze bis zu 0,05 % beträgt. Dieser Zusatz
führt zu einer Erhöhung der Kugelzahl und zu einer verbesserten Graphitform.
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Das ist.in Anbetracht der Tatsache überraschend, daß kaum etwas, wenn
überhaupt, über das Verhalten von Germanium in Gußeisen bekannt ist und daß Blei
immer als ein sehr schädliches Element betrachtet worden ist, insofern nämlich,
als es zum Entstehen von entartetem Graphit in Kugelgraphit-Gußeisen führt. Die
Verwendung von Cer in Kugelgraphit-Gußeisen ist vorgeschlagen worden, um die schädlichen
Effekte von Blei aufzuheben.
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Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, daß das Gegenteil der Fall
ist und daß Blei in der Kugelgraphit-Gußeisen-Zusammensetzung aufzunehmen ist, um
die schKdlichen Effekte von Cer zu beseitigen. Bisher ist Blei allgemein als schädliches
Element angesehen worden, dessen Vorhandensein zu verhindern ist, gleichgültig was
es kostet und gleichgültig unter welchen Voraussetzungen.
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Es ist ferner festgestellt worden, daß andere Elemente, beispielsweise
Wismuth, Antimon, Zinn, Arsen, Selen usw., in der gleichen Richtung wie Blei und
Germanium unter bestimmten Herstellungsvoraussetzungen wirken.
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Ferner ist erfindungsgemäß festgestellt worden, daß die Silikate oder
Oxide dieser Elemente diesen Effekt begünstigen, obgleich sie wahrscheinlich unter
den meisten Voraussetzungen nicht ebenso wirksam wie die Metalle selbst sind.
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Es ist erfindungsgemäß festgestellt worden, daß die Verwendung von
Germanium oder Blei besonders wirkungsvoll ist, insofern nämlich, als sie zu einer
stärkeren Verbesserung in der Kugelzahl führen im Bereich von 0,002 % bis 0,02 %.
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Dabei soll keine Festlegung auf einen bestimmten Bereich der Zusammensetzung
erfolgen, und zwar wegen der Schwierigkeit einer genauen chemischen Bestimmung aller
dieser Elemente und aller Spurenelemente. Unter bestimmten Voraussetzungen also
können sogar noch kleinere Anteile an Blei oder Germanium wirksam sein, und unter
anderen Voraussetzungen können u.U. auch noch größere Anteile in wirkungsvoller
Weise verwendet werden. Da viele dieser Elemente anderersets den Effekt von Blei
oder Germanium verstärken oder andererseits dem Effekt von Blei oder Germanium entgegenwirken
können, wird verständlich, warum es so schwierig ist, genaue Angaben über den Anteil
von Blei oder Germanium einzeln oder in Kombination zu machen, der zum Entstehen
des erfindungsgemäßen Produktes führt.
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Es ist nicht genau bekannt, warum Blei oder Germanium den Effekt einer
verbesserten Kugelform und einer verbesserten Kugelzahl erbringen, die Tatsache
wird aber
als bedeutungsvoll angesehen, daß sie Einschlüsse oder
Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt erzeugen und daß sie aufeinanderfolgende
Elemente in der Periodentafel sind. Es ist eine Arbeitstheorie entwickelt worden,
um den Mechanismus der Erfindung zu erklären, und man erhält dabei das Resultat,
daß eine große Anzahl von Elementen verwendet werden kann, und zwar einzeln oder
in Kombination, um einen außerordentlich wichtigen Beitrag in diesem Bereich zu
liefern. Eine Beschränkung auf eine genaue Theorie soll dabei natürlich nicht erfolgen,
und zwar wegen der quantitativen Schwierigkeiten, die bereits erwähnt worden sind.
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Es gibt keine universell annehmbare Theorie hinsichtlich der Art des
Entstehens von Graphitkugeln bzw. Sphärolithen bei der Erstarrung des Gußeisens,
dem effektive Mengen an kugelbildenden Mittel zugesetzt worden sind. Es wird im
allgemeinen angenommen, daß Kugelgraphit sich auf einem Kern niederschlägt, beispielsweise
Magnesiumsilicid, im Falle von Magnesium-Kugelgraphit-Eisen und daß mit Ausnahme
der Ubereutektischen Sphärolithen die Erstarrung mit der Kristallisation von Austenit
und Sphärolith beginnt, wobei der Austenit die Sphärolithen umgibt und das Wachstum
der Sphärolithen durch Wandern von Kohlenstoff im Austenit zum Graphit-Sphärolith
vorangeht. Das Fehlen anderer bekannter Kerne, beispielsweise Mangansul iid, ist
für die Herstellung von Kugelgraphit entscheidend, und das ist der Hauptgrund, warum
Schwefel auf einen sehr geringen Wert reduziert werden muß, ehe eine Sphärolithbildung
wirksam erfolgt.
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Wie bei jeder Erstarrung geschmolzenen Metalls ist es klar, daß das
Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Kerne
in der Schmelze eine
Einheit der Kristallisation ist.
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Bei Fehlen von Kristallisationskernen, die ein Unterkühlen bei schneller
und gleichzeitiger Kristallisation von Graphitsphärolithen und Austenithüllen verhindern
können, hängt die Größe und Form der Sphärolithen im großen Maße von der Anzahl
der Kristallisationskerne und der linearen Geschwindigkeit der Kristallisation ab.
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Bei einer hohen Anzahl von Kristallisationskernen sind die entstehenden
Sphärolithen außerordentlich klein, und bei einer hohen linearen Kristallisationsgeschwindigkeit
haben sie im allgemeinen eine gute Form.
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Wenn andere Kristallisationskerne, die im allgemeinen als Einschlüsse
vorhanden sind, in der Schmelze vorliegen, können sie sehr entscheidend das sehr
feine Gleichgewicht beeinflussen, das für das Entstehen von Graphitsphärolithen
erforderlich ist, und selbst wenn sie dieses Entstehen nicht vollständig unterdrücken,
beeinflussen sie nichtsdestoweniger die Anzahl der Kristallisationskerne und die
lineare Kristallisationsgeschwindigkeit bis zu einem Punkt, an dem die Sphärolithen
in einer geringeren Anzahl vorhanden sind und unvollständig geformt sein können
oder so langsam entstehen können, daß sie in der Schmelze wegschwimmen und eine
extreme Seigerung entstehen lassen, die man auch als Kohlenstoffwandern bezeichnet.
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Die genaue Charakterisierung der Zusammensetzung der üblichen Einschlüsse
in Gußeisen ist außerordentlich schwierig. Einmal gelten allgemeine Gesetze hinsichtlich
der chemischen Wechselbeziehungen nicht immer bei der erhöhten Temperatur, die in
geschmolzenem Gußeisen vorliegt, das sich in der Erstarrung befindet. Es ist allgemein
anerkannt, daß diese Einschlüsse die Form
von Oxiden, Silikaten,
Sulfiden und Nitriden verschiedener Elemente haben, genauer als Komplexe von Oxiden
und Sulfiden. Es ist ferner bekannt, daß diese Komplexe hohe Schmelzpunkte haben
und in flüssigem Gußeisen unlöslich sein können, um sich damit niederzuschlagen,
ehe eine Erstarrung erfolgt, oder sie können niedrigere Schmelzpunkte haben und
mit flüssigem Gußeisen löslich oder vermischbar sein. Ihre Entstehungstemperatur
und relative Löslichkeit in der Schmelze bestimmen entscheidend ihren allgemeinen
Einfluß auf die Erstarrung und auf das Niederschlagen von Kugelgraphit aus der Schmelze.
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Zum überwiegenden Teil dürften Silikatkomplexe von Mangan, Aluminium
und Titan in den meisten Gußeisen vorhanden sein, die den größten Einfluß auf den
Vorgang der Erstarrung ausüben. Im Falle des Mangan-Silikat-Sulfid-Komplexes beispielsweise
ist es bekannt, daß entweder die Beseitigung von Schwefel oder von Mangan das Entstehen
von Kugelgraphit ermöglicht oder genauer die Unterdrückung des üblicheren Flockengraphits.
Im Falle von Titankomplexen ist es bekannt, daß das Vorhandensein von Titan normalerweise
zum Entstehen unterkflhlten Graphits des Typs "D" führt, anstatt zu den üblicheren
Flockenformen von Graphit. Die Rolle von Aluminium oder Aluminiumoxidkomplexen ist
nicht ebenso bekannt, da aber die meisten feuerfesten Stoffe und die meisten Ferrolegierungen
und Impfmittel bestimmte Mengen an Aluminium enthalten, ist es außerordentlich schwierig,
eine Schmelze zu bilden, die keine Aluminiumoxidkomplexe und Aluminium führende
Einschlüsse enthält.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist festgestellt worden, daß insbesondere
bei Schmelzen hoher Reinheit Elemente, die mit großer Wahrscheinlichkeit vorhanden
sind und
Einschlüsse mit hohem Schmelzpunkt bilden, beispielsweise
Aluminium, Cer und Titan und sogar Magnesium in größeren Mengen, zu schlechteren
und entarteten Graphitformen führen.
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Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand von Fotografien bzw. anhand
einer Kurve näher erläutert.
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Dabei sind: Fig. 1 eine Fotografie in loo-facher Vergrößerung der
Struktur eines Kugelgraphit-Gußeisens mit mangelhafter Graphitform, Fig. 2 eine
Fotografie einer Kugel im selben Eisen in 6oo-facher Vergrößerung, Fig. 3 eine Fotografie
in loo-facher Vergrößerung desselben Kugelgraphit-Gußeisens, dem Blei zugesetzt
worden ist, Fig. 4 eine Fotografie in loo-facher Vergrößerung des in Fig. 2 gezeigten
Eisens, dem Germanium zugesetzt worden ist, Fig. 5 eine Fotografie in loo-facher
Vergrößerung eines Kugelgraphit-Gußeisenss das als Begleitelement 0,056 % Aluminium
enthält, Fig. 6 eine Fotografie in loo-facher Vergrößerung des in Fig. 5 gezeigten
Kugelgraphit-Gußeisens, dem 0,02 % Blei zugesetzt worden ist, und
Fig.
7 eine zeichnerische Darstellung des 2 -Siliziumschnittes des Eisen-Kohlenstoff-Silizium-Diagramms,
wobei die Schmelz punkte der Oxide verschiedener Elemente eingezeichnet worden sind,
die man häufig in Kugelgraphit-Gußeisen findet oder die als Spurenelemente Kugelgraphit-Gußeisen
zugesetzt werden.
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In Fig. 7 ist der Schmelzpunkt des Oxids des Elementes als Vergleichswert
ausgedrückt worden, weil nur sehr wenige Daten hinsichtlich des Schmelzpunktes,
der Zusammensetzung oder der Löslichkeit und Stabilität von Silikaten oder Silikat-Sulat-Komplexen
dieser Elemente vorhanden sind. Dabei wird von der allgemeinen Annahme ausgegangen,
daß die Elemente mit hochschmelzenden Oxiden Silikate oder Silikatkomplexe mit höheren
Schmelzpunkten haben. Dabei ist klar, daß für jede Kombination von Elementen der
genaue Schmelzpunkt nur zu vermuten ist und daß alle Keramikkombinationen bestimmte
eutektische Kombinationen mit geringerem Schmelzpunkt zu zeigen neigen.
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Andererseits ist festgestellt worden, daß Elemente, die zur Bildung
von Oxiden mit geringerem Schmelzpunkt neigen und deshalb auch zu Silikaten und
Silikatkomplexen mit niedrigerem Schmelzpunkt, das Entstehen kleinerer und perfekter
geformter Kugelgraphitformen begünstigen, obgleich sie selbst keine sphärolithbildenden
Elemente sind. Mindestens für den Mechanismus unserer Erfindung wird festgehalten,
daß die Elemente, die Oxide niedrigeren Schmelzpunkts haben, dazu neigen, sich mit
den Elementen zu kombinieren, die Komplexe höheren Schmelzpunktes
haben,
welche im allgemeinen zum Entstehen mangelhafter Sphärolithformen führen, und sie
unwirksam zu machen, indem der Gesamtschmelzpunkt gesenkt wird und vielleicht sogar
die Löslichkeit dieser Komplexe in der Schmelze verringert wird.
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Es ist also in wirkungsvoller Weise möglich, Elemente wie Blei zu
benutzen (wie in Fig. 6 dargestellt), um die schädlichen Effekte von Aluminium zu
neutralisieren (wie das in Fig. 5 gezeigt ist). Die Tatsache, daß Blei mit Aluminium
ein Silikatkomplex mit niedrigem Schmelzpunkt bildet, wird als Grund dafür angenommen,
warum in wirkungsvoller Weise ein Effekt verhindert wird> den es auf den Kristallisationsvorgang
für Kugelgraphit ausüben kann. Man kann auch annehmen, daß übermäßige Mengen an
Blei oder anderen Elementen, die Komplexe mit niedrigem Schmelzpunkt oder Einschlüsse
bilden, dazu neigen können, mit Magnesium-Kristallisationskernen zusammenzuwirken,
die in Kugelgraphit-Gußeisen vorhanden sind, d.h. Magnesiumsilikat, um damit deren
Wirksamkeit im Entstehen einer vollständigen Sphärolithbildung zu beeinträchtigen.
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Es genügt festzustellen, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren der
Zusatz kleiner Mengen aller in Fig. 7 gezeigten Elemente, die Oxide haben, welche
bei Temperaturen unter dem Flüssig/Festbereich von Kugelgraphit-Gußeisen schmelzen,
eine verbesserte Sphärolithstruktur begünstigen. Andererseits begünstigen Elemente,
die Oxide mit hohem Schmelzpunkt bilden, welche erheblich über dem Flüssig/Festbereich
liegen., entartete Graphitformen, und diese Tendenz zum Bilden entarteter Formen
kann ferner durch das absichtliche Zusetzen von Elementen ausgeglichen werden, die
Oxide bilden, welche einen Schmelze punkt haben, der erheblich unter dem Flüssig/Festbereich
von Kugelgraphit-Eisen liegt.
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Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird eine ausreichende Menge eines
Elementes, beispielsweise Blei, dessen Oxid einen niedrigen Schmelzpunkt hat, zugesetzt,
um den Anteil der Oxide mit höherem Schmelzpunkt zu kompensieren, beispielsweise
Aluminium, die in der Schmelze vorhanden sein können. Wenn beispielsweise Aluminium
in einem Anteil von 0,05 ffi in der Schmelze vorhanden ist, wird zwischen 10 ffi
und 75 % dieses Anteils in der Form von Blei zugesetzt. Wenn Titan, Blei und Cer
vorhanden werden sind,
deren Gesamtmenffen bei der becksichtigt Bestimmung des Anteils zuzusetzenden Bleis.
Andererseits werden dann, wenn Elemente wie Arsen, Antimon, Wismuth und Zinn vorhanden
sind, deren Anteile vom Anteil des zuzusetzenden Bleis abgezogen.
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Als Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Schmelze,
die 0,02 ffi Titan und 0,03 % Aluminium enthält, genommen. Der Arsengehalt dieser
Schmelze betrug 0,005 %, der Bleigehalt betrug 0,001 , und der Zinngehalt betrug
0,002 %. Einem Teil dieser Schmelze wurde eine Magnesium-Silizium-Legierung zugesetzt,
so daß sich ein Restmagnesiumgehalt von 0,04 ffi ergab. Eine gegossene Probestange
ergab etwa 80 X Kugelgraphit und etwa 20 % entarteten sphärolithischen Graphit,
wobei etwa 50 % dieses entarteten Graphits als auseinandergeplatzter übereutektischer
Graphit vorhanden war.
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Da der Gesamtanteil an Oxidelementen mit hohem Schmelzpunkt 0,02 %
+ 0,03 %, also 0,05 ffi betrug und die Summe der Oxidelemente mit niedrigem Schmelzpunkt
0,005 + 0,001 + 0,002, also o,oo8 X betrug, lag eine Differenz zugunsten der Oxide
mit höherem Schmelzpunkt im Werte von 0,005 ffi ./. 0,008 X, also 0,042 % vor. Es
worden also 50 % davon, also 0,021 % in der Form von Blei der
Schmelze
zugesetzt, und danach wurde eine Magnesium-Silizium-Legierung zugesetzt, um dieser
zweiten Schmelze einen Magnesiumgehalt von 0,04 % zu verleihen. Daraus wurde eine
zweite Probestange gegossen. In diesem Fall wurde festgestellt, daß die Struktur
100 %-ig aus kleinen Sphärolithen bestand und im wesentlichen kein entarteter Graphit
und keine auseinandergeplatzten Graphitsphärolithe vorhanden waren. Es ist festgestellt
worden, daß Elemente, die Kupfer und Molybdän, die ebenfalls Oxidkomplexe mit niedrigerem
Schmelzpunkt bilden, in Richtung eines Ausgleichs des entarteten Graphits wirken,
der durch Oxidsubstanzen mit höheren Schmelzpunkt gebildet wird, im allgemeinen
lassen sie sich aber quantitativ schlecht erfassen, so daß erfindungsgemäß Blei
und Germanium für diesen Zweck bevorzugt werden.
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Es ist ferner festgestellt worden, daß Elemente mit Oxiden niedrigen
Schmelzpunkts, beispielsweise Wismuth, Antimon und Arsen, in wirkungsvoller Weise
das Entstehen entarteten
Graphits als Folge des Vorhandenseins von Oxiden höheren Schmelzpunktes beseitigen,
daaber Wismuth nur dann vollständig zur Wirkung gelangt, wenn es mit Cer verwendet
wird, und da Blei und Germanium die Sphärolithzahl erheblich verbessern, werden
sie erfindungsgemäß bevorzugt.
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Der Effekt der anderen Elemente neben Blei und Germanium ist klar,
anstatt sie aber absichtlich als zusätzliche Mittel zuzusetzen, wird erfindungsgemäß
vorzugsweise lediglich deren Einfluß berUoksichtlgt, um zu entscheiden, wieviel
Blei oder Germanium zugesetzt werden muß, um annehmbare Ergebnisse zu erhalten.
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Wegen der Schwierigkeiten in der genauen chemischen Bestimmung der
verschiedenen Spurenelemente werden
erfindungsgemäß vorzugsweise
die Mengen an Elementen bestimmt, die absichtlich zugesetzt worden sind, und zwar
mit Hilfe von Versuchen. Bei einer bestimmten Schmelze in einem bestimmten Verfahren
also wird ausreichend Magnesium zugesetzt, um einen Magnesiumgehalt des Gußeisens
von 0,04 ffi zu erbringen. Davon wird eine stangenförmige Normalprobe gegossen,
entweder mit 25 mm Querschnitt oder 75 mm Querschnitt, je nach durchschnittlicher
Querschnittsgröße der zu gießenden Gußteile.
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Danach wird die Sphärolithbildung der Gußprobe in Hinsicht auf die
Sphärolithzahl und das Vorhandensein entarteten Graphits untersucht. In Abhängigkeit
von den Ergebnissen dieser Untersuchung wird der Schmelze Blei oder Germanium zugesetzt,
und zwar im wesentlichen bezogen auf die vorhandene Menge an Aluminium und Titan.
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Danach wird eine weitere Stangenprobe gegossen, und zwar in Hinsicht
auf die Untersuchung des Aussehens der Struktur. Auf dieser Grundlage wird versucht,
den kleinsten Anteil an Blei- oder Germaniumzusatz zu messen, der voll wirksam ist,
und es wird versucht, den Zusatz überhöhter Mengen zu vermeiden. Dieser Zusatz wird
dann als sSa Normalverfahren unter den jeweils vorliegenden Voraussetzungen verwendet.
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Vorzugsweise erfolgt eine Beschränkung auf Blei- oder Germaniumzusätze,
die wesentlich weniger als 0,05 ffi betragen, und zwar wegen der etwas begrenzten
Kenntnisse über den Einfluß von größeren Zusätzen, insbesondere in Hinsicht auf
schwerere Gußstücke. Wenn ein solcher Zusatz keine Wirkung erbringt, werden vorzugsweise
die Schmelzbedingungen angepaßt, oder es werden Stoffe zugesetzt, um den Bedarf
an höheren Zusätzen von Germanium oder Blei zu verhindern. Beispielsweise können
der
Aluminium- oder Titangehalt der Schmelze verringert werden.
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Was die Wahl zwischen Blei und Germanium anbelangt, wird Blei bevorzugt,
und zwar wegen der geringeren Kosten, Germanium wird aber der Vorzug gegeben, wenn
es wichtig ist, eine ferritischere Struktur zu erzeugen. Es ist festgestellt worden,
daß Germanium dazu neigt, stark erhöhte Mengen von Ferrit im gegossenen Zustand
zu bilden.
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Patentansprüche: