MODIFIKATIONSKÖRPER

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Modifikationskörper zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit und das Herstellungsverfahren eines Gussstücks mittels des erfindungsgemäßen Modifikationskörpers sowie das Gussstück selbst. Der Modifikationskörper dient der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit insbesondere mit mehrheitlich ferritischem Gefüge beinhaltend ein Trägermaterial vorzugsweise eine Eisen-Silizium-Legierung, wobei der Modifikationskörper 7 - 16 Gewichtsprozent Bor aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Modifikationskörper zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit und das Herstellungsverfahren eines Gussstücks mittels des erfindungsgemäßen Modifikationskörpers sowie das Gussstück selbst. Der Modifikationskörper dient der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit insbesondere mit mehrheitlich ferritischem Gefüge beinhaltend ein Trägermaterial vorzugsweise eine Eisen-Silizium-Legierung.

[0002] Gusseisen enthält im Allgemeinen zwischen 2 bis 4 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Der Kohlenstoff ist innig mit dem Eisen vermischt und die Form die der Kohlenstoff im verfestigten Gusseisen annimmt definiert die Merkmale und Eigenschaften der Gusseisenstücke. Wenn der Kohlenstoff die Form von Graphit annimmt ist das Gusseisen eher weich und maschinell verarbeitbar.

[0003] Graphit kann in verschiedenen Formen auftreten. Gusseisen mit Kugelgraphit weist eine hohe Festigkeit auf, wobei dabei die Gefügearten zu berücksichtigen sind. Gusseisen mit Kugelgraphit das ein rein ferritisches Gefüge aufweist und somit keinen Zementit enthält ist weich und gut bearbeitbar. Wohingegen Gusseisen mit Kugelgraphit und einem perlitischen Gefüge durch die hohe Festigkeit gute Verschleisseigenschaften aufweist. Ein perlitisch/ferritisches Gefüge weist wiederum eine höhere Festigkeit als ein rein ferritisches Gefüge auf.

[0004] Bei der Herstellung von Gusseisen wird Stahlschrott wie auch Kreislaufmaterial als Einsatzmaterial verwendet. Da in solchem Einsatzmaterial meist ein hoher Mn und Cu Gehalt vorliegt entsteht ein unerwünscht hoher Perlitgehalt im Gusseisen bzw. im Gussteil.

[0005] Des Weiteren wird der unerwünscht hohe Perlitgehalt im Gussteil durch ein beschleunigtes Abkühlen unterstützt.
Um die unerwünscht hohe Perlitbildung zu reduzieren bzw. unterdrücken wurde bisher hochreiner Stahlschrott und / oder hochwertiges Roheisen in die Gusslegierung zugegeben, welche wenig Mn und Cu enthalten. Solche Stahlschrotte und Roheisen sind nur begrenzt am Markt verfügbar und deshalb teuer in der Beschaffung. Wenn die zu hohen Mn- und/oder Cu-Gehalte erst nach dem Schmelzen erkannt werden, kann dies höchstens noch durch Verdünnung der Schmelze mit einer Schmelze mit niedrigerem Mn- und/oder Cu-Gehalt korrigiert werden. Dies ist aber ein teurer Vorgang und in den meisten Fällen kaum realisierbar so dass die produzierten Teile durch ihren zu hohen Perlitgehalt eine zu hohe Festigkeit aufweisen und für den vorgesehenen Einsatz nicht brauchbar sind und verschrottet werden müssen.

[0006] Es ist Aufgabe der Erfindung einen Modifikationskörper und ein damit verbundenes Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit vorzuschlagen, das durch die Reduzierung des Perlitgefüges im Gusseisen bzw. Gussteil eine geringere Härte und eine höhere Bruchdehnung gewährleistet, ohne das Gusseisen bzw. die Gussteile in der Herstellung zu verteuern.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Modifikationskörper, der 7 bis 16 Gewichtsprozent Bor enthält, gelöst. Des Weiteren wird mindestens ein erfindungsgemässer Modifikationskörper in das Giesssystem eingelegt, wo er vom Gusseisen bzw. der Schmelze umströmt wird, oder der Schmelze wird vor dem Abguss mindestens ein erfindungsgemässer Modifikationskörper zugegeben und von dieser aufgelöst. Dadurch wird ein Gussstück aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt, das einen Borgehalt von 0.002-0.008 Gewichtsprozenten aufweist.

[0008] Der perlitgehaltreduzierende Einfluss von Bor ist bekannt, allerdings bisher in der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit als negativ erachtet, da bei einem zu hohen Borgehalt Mikroporosität und Karbide auftreten können, die bei einer Überschreitung von 0.01 Gewichtsprozenten gravierend sind und bei weiterer Erhöhung zudem starke Graphitentartungen auftreten.

[0009] Um den Perlitgehalt im Gusseisen zu reduzieren und dadurch die Bruchdehnung zu erhöhen und die Härte zu reduzieren wird mindestens ein erfindungsgemässer Modifikationskörper der einen Borgehalt von 7 bis 16 Gewichtsprozente aufweist vor dem Giessen in das Giesssystem eines Gussstücks eingelegt. Während des Formfüllvorgangs wird der Modifikationskörper vom Gusseisen bzw. der Schmelze umströmt und gibt kontinuierlich Bor ab, welches vom Gusseisen aufgenommen wird.

[0010] Dazu wird mindestens ein Modifikationskörper vor dem Giessen in das Giesssystem eingesetzt. Selbstverständlich können auch mehrere Modifikationskörper im Giesssystem angeordnet werden, dies ist entsprechend dem benötigten Borgehalt im Gussstück zu wählen.

[0011] Ein erfindungsgemässes Gussteil aus Gusseisen mit Kugelgraphit weist einen Borgehalt von 0.002-0.008 Gewichtsprozenten auf, wodurch die Perlitbildung unterdrückt bzw. reduziert wird und die gewünschte Härte wie Bruchdehnungseigenschaften erreicht werden.

[0012] Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass mindestens einer der Modifikationskörper vor dem Giessen zwischen Einguss und Filter angeordnet wird und während des Giessens vom Gusseisen bzw. der Schmelze umströmt wird.

[0013] Vorzugsweise kann auch mindestens ein Modifikationskörper vor dem Giessen direkt in das Gusseisen bzw. die Schmelze gegeben werden.

[0014] Die Anzahl und Anordnung der Modifikationskörper wird entsprechend dem benötigten Borgehalt im Gussstück bzw. der gewünschten Härte und Bruchdehnung gewählt.
Das erfindungsgemässe Gussstück mit Kugelgraphit, hergestellt durch das erfindungsgemässe Verfahren, weist vorzugsweise ein mehrheitlich ferritisches Gefüge auf.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren und den Einsatz des erfindungsgemässen Modifikationskörpers wird ein Gussstück aus Kugelgraphit hergestellt, das vorzugsweise eine Brinellhärte von 170 HB nicht überschreitet. Als vorteilhaft hat sich eine Brinellhärte von 140-170 HB gezeigt.

[0015] Das Gefüge des Gussstücks aus Kugelgraphit ist vorzugsweise mehrheitlich ferritisch.

[0016] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand des unten aufgeführten Beispiels beschrieben, wobei sich die Erfindung nicht nur auf das Ausführungsbeispiel beschränkt.

[0017] Eine Schmelze von Gusseisen mit Kugelgraphit weist, bedingt durch verunreinigten Stahlschrott als Einsatzmaterial, einen Mn-Gehalt von 0.35 Gew.-% auf und ist damit zu hoch für die gewünschte Anwendung, da laut den vorliegenden Analysenvorschriften ein maximaler Mn-Gehalt von 0.25 Gew.-% zulässig ist. Durch den zu hohen Mn-Gehalt in der vorliegenden Schmelze bzw. Gusseisen resultierte in den abgegossenen Gussstücken eine Brinellhärte von 190 HB anstatt der max. 170 HB, welche gemäss den Vorschriften zulässig ist. Die erzielte Brinellhärte von 190 HB und ein entsprechender Perlitgehalt von 30 Flächen-%, anstatt, wie ein maximal vorgeschriebener Perlitgehalt von 25 Flächen-%. führte dazu, dass die Gussstücke verschrottet werden mussten.

[0018] Bei einem Giessgewicht von 50 kg wurde deshalb in jede Giessform ein 50 Gramm schwerer Modifikationskörper, welcher 10 Gew.-% Bor enthält, in das Giesssystem eingelegt, vorzugsweise zwischen Einguss und Filter bzw. vor den Filter.
Dadurch wurde während des Giessvorgangs kontinuierlich Bor an die Schmelze abgegeben, sodass die Gussstücke einen Borgehalt von 0.006 Gew.-% aufwiesen, wodurch ein Perlitgehalt von 19 Flächen-% und eine Brinellhärte von 167 HB resultierten und die Gussstücke entsprechend verwendungsfähig waren und den geforderten Vorschriften entsprechen.

[0019] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur beschrieben, wobei sich die Erfindung nicht nur auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Giesssystems mit einem erfindungsgemässen Modifikationskörper.

[0020] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Giesssystems 1 wobei der erfindungsgemässe Modifikationskörper 6 vor dem Filter 3 angeordnet ist, was eine mögliche Anordnung des Modifikationskörpers 6 zeigt. Über den Einguss 2 wird die Schmelze von Gusseisen mit Kugelgraphit in das Giesssystem 1 eingebracht. Die Schmelze umströmt den Modifikationskörper 6 und nimmt daraus die gewünschte Menge an Bor auf. Anschliessend durchströmt die Schmelze den Filter 3 um unerwünschte Verunreinigungen heraus zu filtrieren. Die Schmelze im darauffolgenden Speiser 4 dient der kontinuierlichen Nachspeisung der Schmelze im Gussstück 5 während der Abkühlung.

Ansprüche

1. Modifikationskörper zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit insbesondere mit mehrheitlich ferritischem Gefüge beinhaltend ein Trägermaterial, vorzugsweiseeine Eisen-Silizium-Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass der Modifikationskörper 7 - 16 Gewichtsprozent Bor aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Gusseisen mit Kugelgraphit, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Giessen mindestens ein Modifikationskörper nach Anspruch 1 in das Giesssystem eingelegt wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Gusseisen mit Kugelgraphit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Modifikationskörper nach Anspruch 1 vor dem Giessen in das Giesssystem zwischen Einguss und Filter eingelegt wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Gusseisen mit Kugelgraphit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Modifikationskörper vor dem Giessen in die Schmelze gegeben wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Gusseisen mit Kugelgraphit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Modifikationskörper nach Anspruch 1 so gewählt wird, dass ein Borgehalt im Gussstück von 0.002-0.008 Gewichtsprozent erreicht wird, wobei das Gussstück aus Gusseisen mit Kugelgraphit vorzugsweise ein mehrheitlich ferritisches Gefüge aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Gusseisen mit Kugelgraphit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Modifikationskörper nach Anspruch 1 so gewählt wird, dass eine Brinellhärte von maximal 170 HB erreicht wird, vorzugsweise liegt die Brinellhärte im Bereich zwischen 140-170 HB.

7. Gussstücke gemäss dem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet dass das Gussstück aus Gusseisen mit Kugelgraphit gebildet ist und einen Borgehalt von 0.002-0.008 Gewichtsprozenten aufweist.

8. Gussstück nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück eine maximale Brinellhärte von 170 HB aufweist, vorzugsweise eine Brinellhärte im Bereich von 140-170 HB aufweist.

9. Gussstück nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück ein mehrheitlich ferritisches Gefüge aufweist.

Zeichnung