Verfahren zur Herstellung von Gussstücken aus Gusseisen mit Vermicular-Grafit

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruhhes und die Verwendung des nach diesem Verfahren hergestellten Materials.

[0002] In der DE-OS 27 05 630 ist ein Verfahren zur Herstellung des speziellen Gußeisens beschrieben. Die in dieser Schrift erwähnte Vorlegierung enthält Magnesium zur Bildung von Grafitkugeln. Da Titan die Kugelbildung behindert, entsteht schließlich Vermicular-Grafit. Der Kalzium-Bestandteil verbessert die Fähigkeit, Vermicular-Grafit im Gußeisen zu erzeugen, und zwar über einem großen Bereich an ursprünglich vorhandenem Schwefel. Bezüglich des Schwefelgehaltes der Schmelze sind ausführliche Untersuchungen angestellt worden mit dem Ergebnis, daß die Vorlegierung bei Schwefelgehalten im Bereich von 0,01 bis 0,035 % verwendet werden kann, was insbesondere dem Kalziumzusatz zugeschrieben wird.

[0003] Die genannte Vorlegierung ist in grober Körnung im Handel. Sie wird der Schmelze in der Pfanne zugesetzt, und zwar unter Berücksichtigung der jeweils vorhandenen Schwefelgehalte. Ein Problem bei dieser Behandlungsart ist das mögliche Abklingen der Behandlung. Die Schmelze muß deshalb schnell vergossen werden. Die recht grobe Körnung verhindert zudem eine völlig gleichmäßige Verteilung in der Schmelze. Aus diesem Grunde scheidet das Behandlungsverfahren zur Erzeugung von Gußstücksarten mit dünnen Wandstärken aus. Es ist nämlich weder eine gleichmäßige Ausbildung von Vermicular-Grafit noch ein einheitlich weiches Gußgefüge ohne Karbidausbildungen zu erzielen. Diese Nachteile als Folge der groben Körnung der Vorlegierung und deren Einsatz in der Pfanne werden noch durch den empfohlenen, weit gespreizten Schwefelgehalt der Schmelze verstärkt. Es hat sich als unmöglich erwiesen, nach den Angaben in der DE-OS 27 05 630 ein brauchbares Gußeisen mit Vermicular-Grafit für dünnwandige,schnell erstarrende Gußstücke zu erzeugen.

[0004] Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, dem Gußeisen mit Vermicular-Grafit einen neuartigen Einsatzbereich zu erschließen, für den das bisher bekannte Behandlungsverfahren nicht geeignet war. Dieser Einsatzbereich sind dünnwandige Gußstücke, bei denen es auf ein karbidfreies Gußgefüge und auf eine gleichmäßige Ausbildung und Verteilung des Vermicular-Grafits ankommt. Zu diesem Zweck soll ein Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit Vermicular-Grafit geschaffen werden, bei dem das Abklingen der Behandlung verhindert wird und bei dem die Verteilung des Vermicular-Grafits über die Schmelze gleichmäßig ist. Dabei soll außerdem die Ausscheidung von Karbiden verhindert werden.

[0005] Die gestellte Aufgabe wird durch die im Patentanspruch erwähnten Verfahrensschritte gelöst.

[0006] Die Mängel der bisher eingesetzten grobkörnigen Vorlegierung werden durch die speziell zu diesem Zweck hergestellte Feinkörnung beseitigt. Es ergibt sich eine wesentlich bessere Auflösung und Verteilung, was zu einer einwandfreien Ausbildung des Vermicular-Grafits auch bei dünnwandigen Gußstücken führt.

[0007] Die Eingabe einer Vorlegierung in die zu behandelnde Schmelze während des Eingießens in die Gießform, etwa durch Eingabe in eine Behandlungskammer im Eingußsystem, ist aus der DE-AS 19 36 153 und der DE-AS 25 18 367 an sich bekannt. Es handelt sich dort aber ausschließlich um die Erzeugung von Gußeisen mit Kugelgrafit. Die Anwendung dieses Verfahrens für andere Gußeisensorten, insbesondere für Gußeisen mit Vermicular-Grafit, ist dort weder angedeutet noch nahegelegt worden.

[0008] Die eingangs genannte DE-OS 27 05 630 erfaßt Schmelzen mit einem Schwefelgehalt von 0,01 bis 0,035 %. Sie deutet jedoch nicht an, daß gerade bei etwa 0,02 % Schwefel hervorragende Ergebnisse bezüglich der Vermicular-Grafit-Ausbildung und eines karbidfreien Gußgefüges bei dünnwandigen Gußstücken erzielt werden. Ein solcher Schwefelgehalt ist auch bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgrafit nirgends als besonders günstig angegeben. Dort strebt man bewußt niedrigere Schwefelgehalte um 0,01 % an.

[0009] Der im Patentanspruch genannte Körnungsbereich von etwa 1-3 mm schließt ein nach oben und unten begrenztes Körnungsspektrum ein, welches weitgehend frei von Staubanteilen ist und eine obere Grenze von 4 mm besitzt. Auf jeden Fall ist die Körnung wesentlich kleiner als die bisher übliche und ausschließlich im Handel erhältliche Körnung der Vorlegierung von etwa 10-30 mm.

[0010] Während bisher ein Schwefelgehalt von 0,01 bis 0,035 % zugelassen war und die Menge der Vorlegierung je nach dem gerade vorhandenen Schwefelgehalt eingestellt wurde, wird gemäß der Erfindung ein fester Schwefelgehalt in der Schmelze eingestellt, um immer mit einer konstanten Vorlegierungsmenge arbeiten zu können. Das Einstellen des Schwefelgehaltes in der Schmelze ist natürlich wesentlich schwieriger als eine Anpassung der Vorlegierungsmenge an den gerade vorhandenen Schwefelgehalt. Dafür bringt aber nur diese Methode unter Verwendung eines ganz eng begrenzten Schwefelgehaltes die gewünschten Ergebnisse bei dünnwandigen Gußstücken. Der in Patentanspruch genannte Schwefelgehalt von etwa 0,02 % schließt je nach Art der Vorlegierung und nach Ausbildung der Behandlungskammer einen Bereich um 0,02 bis 0,03 % mit einer Abweichung von höchstens t 10 % vom genau festgelegten Wert ein.

[0011] Es wurde festgestellt, daß bei einer Verwendung einer einzigen Behandlungskammer, wie sie bei der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgrafit üblich ist, einige nicht ausreichend behandelte Zonen im Gußstück entstehen. Dieses wird durch eine zusätzliche vom ersten Gießstrahl zu erreichende Behandlungskammer abgestellt, in die ein Teil der Vorlegierung eingefüllt wird. Hier kann evtl. auch ein gewisser überschüssiger Anteil an Vorlegierung eingesetzt werden. Der erste Gießstrahl, der bisher nicht genügend zur Auflösung der Vorlegierung beitragen konnte, wird jetzt ebenfalls ausreichend behandelt. Als zusätzliche Behandlungskammer empfiehlt sich der Bereich unter dem Eingußtrichter.

[0012] Es ist auch möglich, den zusätzlichen Anteil an Vorlegierung direkt in den Gießstrahl einzugeben. Eine vollständige Behandlung im Gießstrahl ist grundsätzlich ebenfalls denkbar. Hierfür muß die gesamte Vorlegierung in dosierter Menge kontinuierlich dem Gießstrahl zugegeben werden.

[0013] Der Anwendungsbereich für dünnwandige, schnell erstarrende Gußstücke stellt eine völlige Neuheit dar, da solche Gußstücke wegen der geschilderten Mängel des bekannten Herstellungsverfahrens bisher nicht mit Vermicular-Grafit erzeugt werden konnten. Gerade bei dünnwandigen Teilen, die hohen Temperaturwechselbeanspruchungen ausgesetzt sind, wie etwa bei Auspuffkrümmern, bringt das Gußeisen mit Vermicular-Grafit mit seiner hohen Festigkeit bei niedrigem Elastizitätsmodul, seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und guter Zunderbeständigkeit beste Ergebnisse.. Den fortwährenden Temperaturwechseln wird ohne übermäßigen Verzug und ohne zu starke Verzunderung der Oberfläche begegnet. Es war bisher nicht möglich, diese Erkenntnis in die Tat umzusetzen. Alle Versuche, zu diesem Zweck Gußeisen mit Vermicular-Grafit einzusetzen, schlugen fehl, weil die bekannte Herstellungsmethode für dünnwandige Gußstücke ungeeignet war. Die erforderliche gleichmäßige Ausbildung und Verteilung des Vermicular-Grafits konnte hierdurch nicht erzielt werden. Ferner ergab sich kein karbidfreies Gußgefüge, während sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein größtenteils ferritisches bzw. ein ferritisch-perlitisches Gefüge ergibt. Da ein Glühen nicht erforderlich ist, sind Verzugserscheinungen zu vermeiden.

[0014] Auch andere dünnwandige Gußstücke, wie etwa Rohre, bei denen die geringe Oxydations- und Korrosionsneigung des Gußeisens mit Vermicular-Grafit zum Tragen kommt, können auf diese Weise hergestellt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Gußeisens mit Vermicular-Grafit für die Erzeugung von dünnwandigen, schnell erstarrenden Gußstücken durch Behandlung einer 0,01 - O,035 % Schwefel enthaltenden Schmelze mit einer Vorlegierung,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorlegierung mit einer an sich bekannten Zusammensetzung aus Silizium, Magnesium, Titan, Kalzium und Metallen der seltenen Erden in einer Körnung von etwa 1-3 mm verwandt und mit der zu behandelnden Schmelze während des Eingießens in die Gießform in Berührung gebracht wird und daß der Schwefelgehalt der Schmelze auf etwa 0,02 % eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung in eine Behandlungskammer im Eingußsystem der Gießform eingegeben wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen.1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Vorlegierung in eine zusätzliche, vom ersten Gießstrahl zu erreichende Behandlungskammer eingegeben wird.

4. Verfahren.nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Vorlegierung direkt in den ersten Gießstrahl eingegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung in dosierter Menge kontinuierlich dem Gießstrahl zugegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorlegierung in die Behandlungskammer eingegeben wird, die weitgehend frei von Staubteilen ist und eine maximale Körnung von 4 mm besitzt und daß der Schwefelgehalt der Schmelze auf einen Wert um 0,02 % bis höchstens 0,03 % mit einer maximalen Abweichung von t 10 % vom genau in Abhängigkeit von der festgelegten Menge an Vorlegierung ermittelten Wert eingestellt wird.

7. Nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestelltes Gußeisen, gekennzeichnet durch seine Verwendung für starken Temperaturwechselbeanspruchungen ausgesetzte Gußstücke wie Auspuffkrümmer.

8. Nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestelltes Gußeisen, gekennzeichnet durch seine Verwendung für oxydations- und korrosionsgefährdete Gußstücke mit karbidfreiem Gefüge.