DE2425122B2 - Verfahren zur herstellung von kugelgraphitgusseisen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen, bei dem der Schmelze kugelgraphitbildner in Form von Preßlingen zugesetzt herden, die aus Magnesium oder einer äquivalenten Klenge an seltenen Erden oder Kalzium, Rest Eisen, bestehen.

Ein solches, beispielsweise aus der DT-AS 17 58 468 bekanntes Verfahren leidet unter dem Mangel, daß die verwendeten, aus Magnesium und Eisen bestehenden Preßlinge sehr rasch zerfallen, was zu einer schlechten Ausbeute des Magnesiums führt. Außerdem läuft das Verfahren nicht gleichmäßig ab, d. h., es kommt nicht zu einer gleichmäßigen Verteilung des Kugelgraphitbildners im Gußstück.

Es hat sich gezeigt, daß eine solche gleichmäßige Verteilung des Kugelgraphitbildners im Gußstück erreicht werden kann, wenn gemäß der Erfindung in ihrem Gehalt an reinem Kugelgraphitbildner unterschiedliche Preßlinge verwendet und nach abnehmendem Gehalt an Kugelgraphitbildner geordne', in den Weg der in die Form fließenden Schmelze eingesetzt werden.

Aus der ÜT-OS 19 36 153 ist es zwar bereits bekannt, <>o in eine Gußeisenschmelze am Eintritt in die Form eine Fe-Si-Mg-Legierung einzuführen. Die Verwendung einer solchen Behandlungssubstanz hat aber mit der Erfindung nichts zu tun, da es sich hier um den Einsatz einer Legierung handelt, die neben dem Kugelgraphit- (15 bildner Mg auch ein Impfmittel, nämlich Si, enthält und zum anderen nicht als aus den einzelnen Bestandteilen hergestellter Preßling vorliegt.

Auch aus der noch älteren, ebenfalls zum Stande der Technik zu berücksichtigenden DT-PS 9 26 254 ist nur die Beigabe einer Legierung mit einem Gehalt an Magnesium von 4 bis 20%, Rest Eisen, zu entnehmen, wobei hier, wie auch nach der Lehre nach der DT-AS 17 58 458 diese Legierung nicht in den Weg der Gußeisenschmelze in die Form zugegeben wird, sondern in eine Pfanne, die zum Transport des schmelzflüssigen Gußeisens dient

Vorzugsweise nimmt in weiterer Ausbildung der Erfindung der Gehalt an Kugelgraphitbildner, berechnet auf der Basis von Magnesium, zwischen 75 und 5 Gew.-% von einer Gruppe Preßlingen zur anderen ab.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Gehalt an Kugelgraphitbildner auf der Basis eines durchschnittlichen Gehaltes von 10Gew.-% Magnesium berechnet, und die Reihenfolge der Preßlinge besteht aus einem Preßling mit 75 Gew.-%, zwei Preßlingen zu 10 Gew.-% und 13 Preßlingen zu 5 Gew.-°/o Magnesium.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird der Kugelgraphitbildner mit 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gußeisenschmelze, verwendet.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen schematischen Schnitt d'irch eine Form. mit der sich das Verfahren nach der Erfindung durchführen läßt,

Fi g. 2 eine Kurve, welche den Gehalt an Magnesium in der Schmelze zeigt, wie er sich bei der Durchführung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ergibt,

Fig.3 einen Längsschnitt durch eine Gießform, mit der ein Kugelgraphitbildner gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung in die Gußeisenschmelze eingeführt werden kann,

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3 und in

F i g. 5 eine Kurve, welche den Rest Magnesiumanteil im Gußeisen als Funktion der Gießzeit wiedergibt.

Die Menge an Kugelgraphitbildner, welche nach der ersten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung verwendet wird, beträgt 0,5 bis 3%, bezogen auf das Gewicht des Gußeisens. Der Kugelgraphitbildner besteht aus einem aus feinen Teilchen reinen Magnesiums und reinen Eisens zusammengesetzten Preßling. Das verwendete Eisen- und Magnesiumpulver setzt sich zusammen aus einem Gemisch von 1 bis 20Gew.-%, vorzugsweise 10Gew.-% Magnesium und 80 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 90 Gew.-% Eisen. Ein höherer Magnesiumanteil erlaubt keine homogene Verteilung im schmelzflüssigen Gußeisen, da die Reaktion dann übereilt abläuft; andererseits hat ein geringerer Anteil zur Folge, daß das notwendige Volumen der Preßlinge erheblich erhöht wird. Darüber hinaus ist die Granulometrie des Pulvers nicht ohne Bedeutung, da zur Erzielung einer von Verspritzungen freien Auflösung die Körner so fein wie möglich sein sollten. Man wählt deshalb zweckmäßig einen granulometrischen Bereich von 0 bis 500 Mikron, vorzugsweise von 100 bis 300 Mikron.

Das Eiscn-Magnesium-Pulver wird in einer Presse unter einem Druck von wenigstens einer t/cm², vorzugsweise mehreren t/cm² verpreßt, beispielsweise zu dicken scheibenartigen Preßlingen mit einem Durchmesser zwischen 0,5 und 5 cm und einer Dicke von ebenfalls zwischen 0,5 und 5 cm. Man kann das Pulver auch in eine einer Kugel nahekommende Form,

beispielsweise auch in eine Art Würfel, verpressen, d. h. in eine Form, die eine stabilere Stapelung der Preßlinge im Strom des schmeizflüssigen Gußeisens ermöglicht

Bei Verwendung einer Form nach F i g. 1 gelangt das scbmelzflüssige Gußeisen über einen Gießtrichter 1 und durch eine Gießöffnung 2, an deren unterem Ende ein gegebenenfalls durch einen Filter 3 gebildeter Träger für drei Preßlinge 4 angeordm t ist. Sobald die Preßlinge 4 mit der Schmelze in Berührung kommen, steigt die Temperatur der Preßlinge so weit, bis sie mäßig ι ο reagieren.

Die Reaktion bei der Magnesiumzugabe zum Gußeisen erfolgt also progressiv und die Gleichmäßigkeit der Magnesium-Zuführung kann in der folgenden Weise verdeutlicht werden. ι s

Nach Durchgang durch das Filter 3 wird die Schmelze über einen Kanal 5 in in etwa vertikale keilförmige Räume Cl, C2, C3, C 4 und C5 geführt, die senkrecht zu diesem Kanal 5 angeordnet sind. Die Gießform steht an dem Ende, wo sich der keilförmige Raum C5 befindet, auf einem Keil 6, so daß die Schmelze nacheinander in die keilförmigen Räume Cl bis C5 eintritt. Anschließend werden die Gehalte an Magnesium in den Gußstücken, beginnend mit dem aus Cl entnommenen Gußstück gemessen. Es wurden zwei ^s getrennte Versuche durchgeführt, einer mit einem üblichen Kugelgraphitbildner, der andere mil einem Kugelgraphitbildner nach der Erfindung. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgetragen:

Tabelle

Keilförmiger
Raum

Gehalt an Magnesium (%) O O O O

Versuch I
(St. d. T.)
Versuch H
(Erfindung)

0.040 0,035 0,028 0,025 0,015 0,035 0,033 0,030 0,022 0,020

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Entsprechende Kurven sind in F i g. 2 aufgetragen, wo die durchgezogene Linie dem Versuch 1 entspricht, während die andere gestrichelte Linie den Versuch Il wiedergibt.

Man erkennt, daß der mittlere Abfall der Kurve Il geringer als derjenige der Kurve I ist, was nicht nur die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Magnesiums bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung beweist, sondern auch noch einen geringeren Verlust des Kugelgraphitbildnereffekts über die Zeit belegt. Da die experimentellen Gießzeiten länger als die üblichen Gießzeiten unter industriellen Bedingungen sind, ist dort das Ergebnis noch günstige/, weil dort der anwendbare Teil der Kurve hauptsächlich im ersten Bereich liegt. s

Als Kugelgraphitbildner lassen sich auch Ferro-Silizium-Legierungspulverpreßlinge einsetzen, was den Vorteil bietet, daß die Legierungszugabe zum Gußeisen .gleichzeitig mit der Kugelgraphitbildnerreaktion erfolgt. Im übrigen können die Magnesiumteilchen durch do Calcium- oder Cer-Pulver oder Pulver einer anderen Kugelgraphit bildenden seltenen Erde ersetzt werden.

Nach dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 fließt das schmelzflüssige Gußeisen in eine Form 11, die aus einem oberen Teil 11a unu einem unteren Teil Wb besieht, welche längs einer horizontalen Verbindungsebenc P-P vereinigt sind. Das Vergießen erfolgt über einen vertikalen Gießtrichtcr 12, der unten in einen seitlichen Abstich 13 übergeht, welcher symmetrisch zu der Ebene P-P angeordnet ist und in den ein prismatischer horizontaler Kanal 14 mündet, der ebenfalls symmetrisch zu der Ebene P-P verläuft. Sein Querschnitt ist wegen der zum Entformen bei der Fertigung der beiden Formhälften notwendigen Verjüngung in etwa hexagonal.

In dem Kanal 14 sind aufeinanderfolgend Preßlinge 15a, \Sb, 15c usw. in Form von Zylinderabschnitten angeordnet, deren Durchmesser praktisch gleich der Höhe des Querschnittes des Kanales 14 ist und die aus einem verpreßten Pulver aus pulverförniigem Eisen und Magnesium gebildet sind, bei denen das Magnesiumverhältnis von Preßling zu Preßling beispielsweise zwischen 5 und 75%, Rest Eisen, variiert. Diese Preßlinge stehen längs der Achse des Kanals miteinander in Berührung und werden durch den Druck von Formoberteil 1 la und Formunterteil 1 ϊ b an ihrem Platz gehalten.

Der Kanal 14 weist an seinem vom Abstich 12 abgewendeten Ende einen eingeschnürten Teil 16 auf, so daß die Schlacken, die gegebenenfalls eine Wirkung des schmelzflüssigen Metalls auf die Preßlinge zur Folge hätten, durch die von diesem Querschnitt ausgeübte Drosselung stillgesetzt werden. Das schmelzflüssige Metall verteilt sich dann in einem Hohlraum 17 entsprechend dem zu formenden Gußstück.

Man führt die der Behandlung dienenden Preßlinge 15a, 15£>, 15c in die untere Hälfte des Kanals 14 ein und setzt dann den oberen Teil 11a der Form auf. Dann vergießt man das schmelzflüssige Gußeisen über den Gießtrichter 12. Das Gußeisen strömt in dem Kanal 14 zwischen dessen Wandungen und den Preßlingen derart, daß das Gußeisen durch den Kontakt mit diesen Preßlingen fortschreitend derart behandelt wird, daß der enthaltene Graphit Kugelform annimmt. Der freie Durchtrittsquerschnitt zwischen den Wandungen des Kanals und den Preßlingen wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Durchsatz an flüssigem Metall bestimmt.

Das folgende Anwendungsbeispiel demonstriert die erhaltenen Vorteile.

Verwendet wird eine Form entsprechend der Form nach F i g. 3, wobei nur der Hohlraum 17 entfällt, so daß das Gußeisen frei aus der Form 11 in Kupfertiegel fließen kann, welche für Analysen des behandelten Gußeisens bestimmt sind. In den Kanal 14 führt man sechszehn Behandlungspreßlinge ein. welche die folgenden Eigenschaften aufweisen:

ein Preßling mit 75% Magnesium,
zwei Preßlinge mit 10% Magnesium.
dreizehn Preßlinge mit 5% Magnesium,
in sämtlichen Preßlingen Rest Eisen.

Man ordnet den 75% Magnesium enthaltenden Preßling vorne an, so daß das flüssige Metall schnell behandelt wird; dann die folgenden Preßlinge in hinsichtlich ihres Magnesiumgehaltes sinkender Reihenfolge. Die Gießtemperatur liegt zwischen 1400 und 1420° C.

Die Bedingungen sind also wesentlich ungünstiger als beim Formgießen industrieller Gußstücke, weil beim Arbeilen mit freiem Ausströmen in Tiegel nicht die spätere normale Durchrührung im Hohlraum 17 ausgenutzt werden kann, wodurch eine bessere Homogenität sichergestellt wäre; dies um se mehr, als das Magnesium Zeit hätte, im gegossenen Gußstück beim Abkühlen zu diffundieren und sich auszubreiten.

Die Entnahmetiegel ermöglichen es dann, den restlichen Magnesiumgehall des behandelten Metalls als

Funktion der Gießzeit zu bestimmen, die gemessen wird vom Beginn des Gießvorgangs des schmelzflüssigen Gußeisens in den Gießtrichter, einschließlich der Analysezeit des Inhalts des Tiegels (in der Größenordnung von ²/ioo Minuten). s Man erhält so die folgenden Ergebnisse:

Gießzeit
(Vtooo Min.)
Mg-Gehalt
(tausendstel °/o)

Wie Fig. 5 erkennen läßt, ist der Magnesiumgehalt praktisch konstant und liegt zwischen 0,022 und 0,024%. Dieses beachtliche Ergebnis zeigt, daß die unter

5 10 15 20 15

24 22 22 22 24

ähnlichen Bedingungen gegossenen Stücke eine günsti ge Homogenität des Magnesiumsgehalts erkennei lassen. Ferner läßt sich feststellen, daß die Form de: Graphits und die Struktur des Gefüges besonder: gleichmäßig sind.

Selbstverständlich kann man, genauso wie bei de ersten Ausführungsform, bei dieser zweiten Ausfüh rungsform das Magnesium durch Calcium, Cer oder ein« seltene Erde ersetzen. Die Granulometrie der Eisen und Kugelgraphitbildnerpulver liegt vorzugsweise zwi sehen 0 und 500 Mikron und besonders vorteilhaf zwischen 100 und 300 Mikron. Die Preßlinge werder vorzugsweise in einer Presse unter einem Drucl gepreßt, der mehr als eine t/cm² beträgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kugelgraphitgußeisen, bei dem der Schmelze Kugelgraphitbildner in Form von Preßlingen zugesetzt werden, die aus Magnesium oder aus einer äquivalenten Menge an seltenen Erden oder Kalzium, Rest Eisen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrem Gehalt an reinem Kugelgraphitbildner unter- ι ο schiedliche Preßlinge verwendet und nach abnehmendem Gehalt an Kugelgraphitbildner geordnet in den Weg der in die Form fließenden Schmelze eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Kugelgraphitbildner, berechnet aut der Basis von Magnesium, zwischen 75 und 5Gew.-% von einer Gruppe Preßlinge zur anderen abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Kugelgraphitbildner auf der Basis eines durchschnittlichen Gehaltes von 1OGew.-°/o Magnesium berechnet ist, und die Reihenfolge der Preßlinge aus einem Preßling mit 75Gew.-%, zwei Preßlingen zu 10 Gew.-% und dreizehn Preßlingen zu 5 Gew.-% Magnesium besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelgraphitbildner mit 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gußeisenschmelze, verwendet wird.