Hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoff mit einem austenitischen Grundgefüge

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff mit einem austenitischen Grundgefüge, dessen Kohlenstoff überwiegend als Graphit vorliegt.

[0002] Derartige hochlegierte Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffe werden nach DIN 1694 als austenitisches Gußeisen bezeichnet, wobei nach der Art der Graphitausscheidungen unterschieden wird zwischen austenitischem Gußeisen mit Lamellengraphit und austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit. Beim austenitischen Gußeisen mit Lamellengraphit liegen die Graphitausscheidungen im Gußeisen als zusammenhängendes und nicht in den Grundwerkstoff eingebettetes Gebilde aus feinverteilten Verästelungen vor, während beim austenitischen Gußeisen mit Kugelgraphit die Graphitausscheidungen als einzelne nicht miteinander in Verbindung stehende Kugeln vorliegen.

[0003] Das austenitische Grundgefüge des Werkstoffes wird durch das Hinzufügen von Legierungselementen erreicht. Die jeweils verwendeten Legierungszusätze beeinflussen dabei die Werkstoffeigenschaften des fertigen Gußstücks, so daß diesen in Art und eingesetzter Menge erhebliche Bedeutung zukommt. So ist beispielsweise bei niedriglegierten Gußwerkstoffen zu beachten, daß die unteren Grenzwerte für den Nickelgehalt nicht unterschritten sind, da sonst das Grundgefüge nicht mehr rein austenitisch vorliegt, wobei allerdings ein zu niedriger Nickel-, Mangan- bzw. Nickel- und Kupfergehalt ein Auftreten von Ferromagnetismus, höhere Härte und beeinträchtigte Bearbeitbarkeit des Gußstückes zur Folge haben können. Weiterhin muß beispielsweise bei einem austenitischen Gußeisen beachtet werden, daß der Chromgehalt sich innerhalb bestimmter Grenzen bewegen muB, wobei mit steigendem Chromgehalt die Festigkeit, Härte, Zunderbeständigkeit und Schweißbarkeit des GuBstückes verbessert werden kann, jedoch die Bearbeitbarkeit des Gußstückes bei einem geringeren Chromgehalt um so besser ist. Hieraus ist zu ersehen, daß durch die das austenitische Grundgefüge hervorrufenden Legierungszusätze die Eigenschaften des Gußwerkstoffes in erheblicher Weise verändert werden können, darüber hinaus können aber auch die Legierungszusätze die Graphitausscheidungsart in erheblicher Weise beeinflussen.

[0004] Als nachteilig bei den bekannten austenitischen Gußeisensorten ist anzusehen, daß trotz der verschiedenartigen Legierungszusätze nur bestimmte Festigkeitsbereiche abgedeckt werden können. So sind beispielsweise mit einem austenitischen Gußeisen mit Lamellengraphit Zugfestigkeitswerte von 140 bis 170 N/mm2 und mit austenitischem Gußeisen mit _Kugelgraphit Zugfestigkeitswerte zwischen 370 bis 440 N/mm2 zu erreichen, so daß Gußstücke, die beispielsweise den Zwischenfestigkeitswert von 250 _N/mm² zu erfüllen haben, nur mit einer austenitischen Gußeisensorte mit Kugelgraphit dargestellt werden können. Austentisches Gußeisen mit Kugelgraphit ist aber außerordentlich schwierig herzustellen, da Legierungszusätze die Ausbildung der Graphitkugeln in erheblicher Weise beeinflussen können. Ein weiterer Nachteil des austenitischen Gußeisens mit Kugelgraphit ist die Fehlerhaftigkeit durch Dross, Lunker, RiBneigung und die schlechte Gießbarkeit, hervorgerufen durch die insbesondere bei austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit verhandenen hohen Magnesiumrestgehalte.

[0005] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff herzustellen, der die Festigkeitsbereiche zwischen austenitischem Gußeisen mit Lamellengraphit und austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit abdecken kann und darüber hinaus auch noch gute Gießeigenschaften aufweist.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Graphit zum überwiegenden Teil als vermiculare Graphitausscheidung ausgebildet ist. Mit einem derartigen erfindungsgemäßen hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff können die Zwischenfestigkeitsbereiche in idealer Weise abgedeckt werden, so daß die erreichbaren Festigkeitswerte über den Festigkeitswerten des austenitischen Gußeisens mit Lamellengraphit liegen, während die Grenzen zu austenitischen Gußeisen mit Kugelgraphit überlappend gestaltet werden können. Die Graphitausscheidungen liegen überwiegend als einzelne, nicht direkt zusammenhängende Gebilde vor, die fest mit dem Grundwerkstoff verankert sind. Sie haben eine etwa würmchenartige, d.h. vermiculare Form im austenitischen Gefüge. Die angestrebten Festigkeitsbereiche lassen sich in idealer Weise durch einen Restmagnesiumgehalt von 0,01 bis 0,04 Gew.-% im Gußwerkstoff darstellen, womit der weitere Vorteil erzielt wird, daß aufgrund dieser geringen Magnesiumrestgehalte eine sehr gute Gießbarkeit des Werkstoffs erreicht wird.

[0007] Der erfindungsgemäße hochlegierte Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff kann erfindungsgemäß aus einer Basiseisenschmelze, deren Grundgefüge durch Hinzufügen von Legierungszusätzen austenitisch ausgebildet wird, dadurch hergestellt werden, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus Reinmagnesium zugegeben wird. Hiermit ist der herausragende Vorteil verbunden, daß durch die erfindungsgemäße Reinmagnesiumbehandlung das austenitische Gußeisen mit Vermiculargraphit besonders treffsicher reproduzierbar und insbesondere gestuft nach den angestrebten Festigkeitswerten ohne Zugabe von weiteren Behandlungszusätzen herstellt werden kann. Hierbei sind Einflüsse auf die durch die Zugabe der Legierungszusätze angestrebten Werkstoffeigenschaften auszuschließen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Reinmagnesiumbehandlung besteht darin, daß die erfindungsgemäßen _Restmagnesiumgehalte von 0,01 bis 0,04 Gew.-% auf einfache Wrise zur Darstellung der jeweiligen Zwischenfestigkeitswerte durch Zugabe des Reinmagnesiumbehandlungszusatz in einer Menge von 0,05 bis 0,3 Gew.-% erreicht wird.

[0008] Daneben ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff aus einer Basiseisenschmelze, deren Grundgefüge durch Hinzufügen vor Legierungszusätzen austenitisch ausgebildet wird, dadurch herzustellen, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus einer Magnesiumvorlegierung in einer derartigen Menge zugegeben wird, daß im hochlegierungen Gußwerkstoff 0,01 bis 0,04 Gew.-% Restmagnesium vorhanden ist. Hierbei wird bevorzugt der Basiseisenschmelze 0,5 bis 2,0 Gew.-% FeSiMg-Vorlegierung oder 0,05 bis 1,0 Gew.-% NiMg-Vorlegierung zugegeben, was sich insbesondere im Hinblick auf die Abklingdauer der Schmelze und somit auf die Vermeidung des Umkippens der vermicularen Graphitausbildung in ein lamellares Gefüge als vorteilhaft herausgestellt hat.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Herstellung des erfindungsgemäßen Gußwerkstoffs ist es in vorteilhafter Weise möglich, sogar schwefelreiche Basiseisenschmelzen treffsicher zu dem austenitischen Gußeisen mit vermicularer Graphitausbildung zu verarbeiten, so daß die hohen Anforderungen, die an die Basiseisenschmelzen von austenitischem Gußeisen mit Kugelgraphit insbesondere hinsichtlich Spurenelemente und Störelemente gestellt werden, weit verringert sind, was insbesondere im Hinblick auf eine großtechnische Verwendung und Anwendung einen erheblichen Kostenvorteil beinhaltet.

[0010] Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Basiseisenschmelze vor der Zugabe des Behandlungszusatzes einer _Vorentschwefelung unterzogen wird, wobei die Vorentschwefelung bevorzugt mittels Reinmagnesium erfolgt.

Ansprüche

1. Hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff mit einem austenitischen Grundgefüge, dessen Kohlenstoff überwiegend als Graphit vorliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit zum überwiegenden Teil als vermiculare Graphitausscheidung ausgebildet ist.

2. Hochlegierter Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Restmagnesiumgehalt von 0,01 bis 0,04 Gew.-% .

3. Verfahren zur Herstellung eines hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 oder 2 aus einer Basiseisenschmelze, deren Grundgefüge durch Hinzufügen von Legierungszusätzen austenitisch ausgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus Reinmagnesium zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine derartige Menge an Reinmagnesium der Basiseisenschmelze zugegeben wird, daß im hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff 0,01 bis 0,04 Gew.-% Restmagnesium vorhanden ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze 0,05 bis 0,3 Gew.-% Reinmagnesium zugegeben wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffs nach Anspruch 1 oder 2 aus einer Basiseisenschmelze, deren Grundgefüge durch Hinzufügen von Legierungszusätzen austenitisch ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze ein Behandlungszusatz aus einer Magnesiumvorlegierung in einer derartigen Menge zugegeben wird, daß im hochlegierten Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoff 0,01 bis 0,04 Gew.-% Restmagnesium vorhanden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze 0,5 bis 2,0 Gew.-% FeSiMg-Vorlegierung zugegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Basiseisenschmelze 0,05 bis 1,0 Gew.-% NiMg-Vorlegierung zugegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Basiseisenschmelze eine übliche Graugußeisenschmelze, z.B. eine schwefelreiche Kupolofeneisenschmelze, verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiseisenschmelze vor der Zugabe des Behandlungszusatzes vorentschwefelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorentschwefelung mittels Reinmagnesium erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Behandlungszusatz behandelte hochlegierte Basiseisenschmelze in einer mit Inertgas geschützten Warmhaltevorrichtung für den _Gießvor- gang bereitgehalten wird.