Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit durch Behandeln der Gußeisenschmelze mit einem Magnesium oder Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltenden Behandlungsmittel.

[0002] Zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit ist es bekannt, die Gußeisenschmelze mit die Kugelgraphitbildung induzierenden Elementen zu behandeln, wie Alkali- oder Erdalkalimetalle, Magnesium oder Metalle der Seltenen Erden. Die beiden letzteren werden in der technischen Praxis bevorzugt. Magnesium kann in reiner metallischer Form eingesetzt werden, wobei man sich geeigneter Vorrichtungen bedient, die der hohen Reaktivität des Metalls bei der Schmelzbehandlung in sicherer Weise Rechnung tragen. Eine vereinfachte Handhabung bieten magnesiumhaltige Vorlegierungen, die z.B. als schmelzgegossene Formkörper oder als gepreßte Pulverkörper bzw. Briketts üblicherweise im Tauchverfahren oder Übergießverfahren eingesetzt werden. Magnesiumhaltige Behandlungsmittel sind auch als sogenannte Fülldrähte bekannt, wobei die pulverförmige Legierung als gepreßter Kerndraht von einem hochschmelzenden Metallmantel, wie Stahlmantel umschlossen ist (DE-AS 26 03 412).

[0003] Legierungskomponenten des Magnesiums oder der Metalle der Seltenen Erden sind in den überwiegenden Fällen Calcium, Aluminium, Silicium, Nickel und Eisen. Übliche Legierungen haben beispielsweise die Zusammensetzung 5,5 bis 6,5 % Mg, 1,5 bis 2,5 % Ca, 0,5 bis 1,5 % Al, 45 bis 50 % Si, Rest Fe.

[0004] Es ist ersichtlich, daß in einer Gußeisenschmelze, die für den erstrebten Zweck nur einmal mit einer Mg-Vorlegierung behandelt wird, der Einfluß der anderen, nicht induzierend wirkenden Legierungskomponenten, wie Silicium und Aluminium, auf die Basiseisenschmelze, nicht vernachlässigt werden kann; dies ist beispielsweise der Fall bei der Behandlung der Gußeisenschmelze mit Mg-haltigen Vorlegierungen auf Basis von z.B. Ferrosilicium in der Behandlungspfanne oder bei der Behandlung in der Gießform.

[0005] Hingegen erfordern Verfahrensweisen in sogenannten Vergießöfen in aller Regel besondere Aufmerksamkeit. In Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten solcher Vergießöfen, wie Bauweise, Alter, unterschiedlichste Fertigungsprogramme, z.B. Kugelgraphiteisen, Vermiculargraphiteisen, nickellegiertes Gußeisen usw., läßt sich der gewünschte Restmagnesiumgehalt der behandelten Schmelze in den überwiegenden Fällen nur in einer sogenannten Über- oder Unterbehandlung oder in einer Mehrfachbehandlung der Basisschmelzen mit einem Magnesiumträger einstellen. Ersichtlich wird durch eine z.B. Überbehandlung mit üblichen magnesiumhaltigen Vorlegierungen aber auch die Zusammensetzung des Basiseisens in meist unerwünschter Weise verändert, beispielsweise Veränderung des Gehaltes an z.B. Si, C, Al, Mn.

[0006] Eine unerwünschte Änderung der Analyse des Basiseisens bei der Magnesiumbehandlung von Eisenschmelzen läßt sich im Prinzip dadurch vermeiden, daß die Mg-Behandlung z.B. mit einem Produkt vorgenommen wird, das aus Reinmagnesium besteht. Ein solches Produkt ist unter den Bedingungen der Eisenschmelzen hochreaktiv und nur mit hohem technischen und apparativen Aufwand einzusetzen und daher wenig wirtschaftlich Außerdem läßt sich mit Reinmagnesium der angestrebte sogenannte Restmagnesium-Gehalt erfahrungsgemäß in der technischen Praxis nicht hinreichend genau und reproduzierbar einstellen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Behandlungsverfahren für Gußeisenschmelzen unter Verwendung eines magnesiumhaltigen Behandlungsmittels anzugeben, bei dem die Basisschmelze auch bei überhöhter Zugabe des Mittels keine nennenswerte Abweichung von ihrer Richtanalyse erfährt.

[0008] Die Erfindung löst die Aufgabe, ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit und/oder mit Vermiculargraphit durch Behandeln der Gußeisenschmelze mit einem magnesiumhaltigen Behandlungsmittel. Bei einem Verfahren der genannten Art besteht lösungsgemäß die Erfindung darin, daß ein Magnesium oder Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltendes Behandlungsmittel eingesetzt wird, dessen Zusammensetzung mit der Maßgabe erfolgt, daß die Komponenten, ausgenommen das Magnesium bzw. das Magnesium und die Seltenen Erdmetalle, in dem Verhältnis (in Gew.-%) darin enthalten sind, welches dem Verhältnis (in Gew.-%) der Legierungskomponenten in der zu behandelnden Gußeisenlegierung entspricht.

[0009] In dem Verfahren der Erfindung werden als geeignete magnesiumhaltige Behandlungsmittel solche der Zusammensetzung eingesetzt:

1,00	bis	45,00	Gew.-%	Magnesium
3,00	bis	5,00	"	Kohlenstoff
1,50	bis	6,00	"	Silicium
0,10	bis	0,60	"	Mangan
	max.	0,05	"	Phosphor
	max.	0,01	"	Schwefel
0	bis	5,00	"	Seltene Erdmetalle
0	bis	0,20	"	Titan
0	bis	6,00	"	Chrom
0	bis	1,00	"	Kupfer
0	bis	40,00	"	Nickel
Rest				Eisen

[0010] Das im Verfahren der Erfindung eingesetzte magnesiumhaltige Behandlungsmittel muß als wesentliche Komponenten insbesondere Kohlenstoff, Silicium und Mangan enthalten.

[0011] Zur Behandlung gemäß dem Verfahren der Erfindung geeignete Gußeisenschmelzen sind beispeilsweise solche zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit der Analyse: 3,7 Gew.-% C
2,5   "    Si
0,25  "    Mn
0,008 "    S
0,020 "    P
0,040 "    Mg
0,02 "    Ti
Rest       Fe
oder Gußeisenschmelzen zur Herstellung von Gußeisen mit Vermiculargraphit der Analyse:

3,6 Gew.-% C
2,6   "    Si
0,20  "    Mn
0,010 "    S
0,020 "    P
0,025 "    Mg
0,16  "    Ti
Rest       Fe

oder Gußeisenschmelzen zur Herstellung von legiertem Gußeisen mit Kugelgraphit der Analyse:

 2,6    Gew.-% C
 4,5       "   Si
 0,60      "   Mn
30,0       "   Ni
 2,0       "   Cr
 0,050     "   Mg
Rest           Fe

[0012] Die Herstellung des im Verfahren der Erfindung verwendeten Mg-haltigen Behandlungsmittels erfolgt nach an sich bekannten Methoden. Beispielsweise werden die einzelnen Komponenten in Pulverform gebracht und die verschiedenen Pulver zur gewünschten Zusammensetzung vermischt, wie Pulver aus Graphit, Magnesium, FeSiMg, Eisenpulver zu einem Behandlungsmittel, beispielsweise der Zusammensetzung: 3,6 Gew.-% C, 2,2 Gew.-% Si, 0,11 Gew.-% Mn, 16,0 Gew.-% Mg, 0,1 Gew.-% Cu, Rest Fe.

[0013] Das erhaltene Behandlungsmittel der angegebenen Zusammensetzung kann dann beispielsweise zur Herstellung eines Preßkörpers aus Legierungspulver verwendet werden.

[0014] Insbesondere wird in dem Verfahren der Erfindung das Mg-haltige Behandlungsmittel in Form eines Fülldrahtes verwendet, wobei das Behandlungspulver von einem Metallmantel umschlossen ist. Der Mantelwerkstoff ist im allgemeinen Stahl; es können aber auch Ummantelungen der Kernfüllung aus Nickel und Nickellegierungen verwendet werden. Ein Mantelwerkstoff aus Nickellegierungen wird im erfindungsgemäßen Verfahren dann verwendet, wenn z.B. ein austenitisches Gußeisen mit Kugelgraphit hergestellt werden soll.

[0015] Die Vorteile des Verfahrens der Erfindung sind darin zu sehen, daß insbesondere im Zusammenhang mit einem Vergießofen die Zugabemenge des Mg-haltigen Behandlungsmittels in weiten Grenzen variiert werden kann, ohne daß sich die Zusammensetzung des Gußeisens, außer im Mg-Gehalt oder im Gehalt an Mg und SE-Metallen nennenswert ändert.

[0016] Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher und beispielhaft erläutert.

[0017] In den nachfolgenden in der Tabelle aufgeführten Beispielen wurden Basiseisen unterschiedlicher Analyse in einem Netzfrequenz-Induktionsofen erschmolzen und anschließend in einem an sich bekannten Behandlungsgefäß mit einem Magnesium bzw. Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltenden Behandlungsmittel bei Temperaturen zwischen 1460 und 1500°C behandelt. Das Behandlungsmittel bestand aus einem Fülldraht mit einem Außendurchmesser zwischen 5 und 6,5 mm. Der das Behandlungspulver einhüllende Stahlmantel hatte eine Dicke von 0,35 mm. An Proben des behandelten Eisens wurden die chemische Zusammensetzung sowie an Schliffbildern Art und Menge der Graphitausbildung ermittelt.

Beispiel	Basiseisen NFI-Ofen in %		Mg-Behandlungsdraht			Behandlungsmenge in kg	Eisentemperatur in °C	Zugabe Mg-Beh.-draht in %	Chemische Zus.setzung d.beh.Eisens in %		Graphitausbildung in %	Mg-Ausbringen in %
			Draht-⌀ in mm	Chemische Zus.setz. in %
1	C	3,600	5,0	C	3,600	1.000	1.470	0,85	C	3,600	95 Kugeln	ca. 35
	Si	2,200		Si	2,200				Si	2,200
	Mn	0,110		Mn	0,110				Mn	0,120
	P	0,025		P	0,004				P	0,025
	S	0,011		S	0,005				S	0,009
	Fe	Rest		Mg	16,000				Mg	0,048
				Fe	Rest				Fe	Rest
2	C	3,700	5,0	C	3,600	600	1.490	1,0	C	3,600	> 90 Kugeln	ca. 31
	Si	2,300		Si	2,200				Si	2,300
	Mn	0,160		Mn	0,110				Mn	0,150
	P	0,031		P	0,004				P	0,030
	S	0,020		S	0,005				S	0,016
	Fe	Rest		Mg	16,000				Mg	0,050
				Fe	Rest				Fe	Rest
3	C	3,900	6,5	C	4,000	1.500	1.470	0,35	C	3,870	70 vermicular	ca. 40
	Si	2,600		Si	2,600				Si	2,650
	Mn	0,240		Mn	0,110				Mn	0,220
	P	0,026		P	0,004				P	0,025
	S	0,010		S	0,005				S	0,005	30 Kugeln
	Ti	0,150		Mg	16,000				Mg	0,021
	Fe	Rest		Ti	0,150				Ti	0,150
				Fe	Rest				Fe	Rest
4	C	3,900	5,0	C	3,900	900	1.460	0,35	C	3,850	75 vermicular	ca. 38
	Si	2,600		Si	2,800				Si	2,650
	Mn	0,240		Mn	0,100				Mn	0,230
	P	0,026		P	0,004				P	0,025
	S	0,010		S	0,005				S	0,009	25 Kugeln
	Ti	0,150		Mg	17,500				Mg	0,023
	Fe	Rest		Ti	0,150				Ti	0,150
				CerMM	3,5				CerMM	0,006
				Fe	Rest				Rest	Rest
5	C	3,600	6,5	C	4,000	800	1.500	3,40	C	3,720	> 90 Kugeln	ca. 25
	Si	1,700		Si	1,900				Si	1,760
	Mn	0,750		Mn	0,650				Mn	0,730
	P	0,030		P	0,004				P	0,030
	S	0,045		S	0,005				S	0,040
	Cr	3,250		Mg	17,500				Mg	0,150
	Ni	17,500		Ni	20,000				Ni	17,600
	Fe	Rest		Cr	3,000				Cr	3,100
				Fe	Rest				Fe	Rest

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit, durch Behandeln der Gußeisenschmelze mit einem Magnesium enthaltenden Behandlungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnesium oder Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltendes Behandlungsmittel eingesetzt wird, dessen Zusammensetzung mit der Maßgabe erfolgt, daß die Komponenten, ausgenommen das Magnesium bzw. das Magnesium und die Seltenen Erdmetalle, in dem Verhältnis (in Gew.-%) darin enthalten sind, welches dem Verhältnis (in Gew.-%) der Legierungskomponenten in der zu behandelnden Gußeisenlegierung entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behandlungsmittel verwendet wird der Zusammensetzung:
1,00 bis 45,00 Gew.-% Magnesium
3,00 bis  5,00    "   Kohlenstoff
1,50 bis  6,00    "   Silicium
0,10 bis  0,60    "   Mangan
     max. 0,05    "   Phosphor
     max. 0,01    "   Schwefel
   0 bis  5,00    "   Seltene Erdmetalle
   0 bis  0,20    "   Titan
   0 bis  6,00    "   Chrom
   0 bis  1,00    "   Kupfer
   0 bis 40,00    "   Nickel
   Rest               Eisen

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel als gepreßter Pulverkörper Formkörper verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel in Form eines Drahtes verwendet wird, wobei ein Pulvergemisch als Kern von einem Metallmantel umschlossen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelwerkstoff Stahl oder Nickel und Nickellegierungen ist.