DE2719456C2 - Austenitic cast iron - Google Patents
Austenitic cast ironInfo
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Description
weniger als 0,08 % Crless than 0.08% Cr
0,3 bis 2,0% Al 0,1 bis 0,15% Ti Rest Fe mit herstellungsbedingten Verunreinigungen.0.3 to 2.0% Al 0.1 to 0.15% Ti, the remainder Fe with production-related impurities.
1%1%
50 :;i' 50: i '
Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung der Zusammensetzung eines austenitischen Gußeisens nach dem Patent 2627329.The invention relates to a further embodiment of the composition of an austenitic cast iron according to patent 2627329.
Die Legierung nach dem Hauptpalent hat folgende Eigenschaften zu erfüllen:The alloy according to the main palent has the following properties:
a) Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen 16,Ox 10" und 21.0x 10 β ' bei 20-100 C,a) coefficient of thermal expansion between 16, Ox 10 "and 21.0x 10 β 'at 20-100 C,
b) gute VcrschlciUeigenschaften und Kestigkeitswerle und /war entsprechend CJGL-NiCuCr 1562 (DiN 1694).b) good sealing properties and Kestigkeitswerle and / was according to CJGL-NiCuCr 1562 (DIN 1694).
c) gute intermetallische Bindung nut Aluminium-Legierungen mit Bindefestigkeiten < 50 N/mm2,c) good intermetallic bond with aluminum alloys with bond strengths <50 N / mm 2 ,
f>5 d) folgende Bearbeitungseigenschaften: Die statischen und dynamischen Hauptschnitlkräfle sollcn in einem von CiGL-NiCuCr 1562 bekanntem Bereich bzw. nur geringfügig darüber liegen. Ebenso soll der Anteil harter Einlagerungen (Karbide) nicht wesentlich höher liegen, um bei einer mechanischen Bearbeitung ähnliche Werk/cugslaiul/cilcn einhalten /ii können.f> 5 d) the following machining properties: The static and dynamic main cutting forces should be in one of CiGL-NiCuCr 1562 known range or only slightly above. Likewise, the stake should be harder Deposits (carbides) are not significantly higher, in order to be similar in mechanical processing Work / cugslaiul / cilcn comply / ii can.
e) gute Vergießbarkeit und zwar sollen wie bei GGL-NiCuCr 1562 folgende Forderungen erfüllt sein: Die Lunkeriieigung, die Neigung zur Oxidhautbildung, das Fließvermögen und die Weißeinsirahlungsneigung sollen in einem von GGL-NiCuCr 1562 her bekanntem Bereich liegen.e) good castability and, as with GGL-NiCuCr 1562, the following requirements should be met: The Shrinkage tendency, the tendency to form oxide skin, the flowability and the tendency to whiteness should be in a range known from GGL-NiCuCr 1562.
insbesondere soll die Legierung im Schleuderguß verarbeitbar sein.In particular, it should be possible to process the alloy by centrifugal casting.
f) ausreichende Austenilslabililät, d.h. die Legierung sollte nach einer Wärmebehandlung von mind. 300h bei 300' C keine Austenitzerfallsphasen aufweisen. Ferner soll die Legierung während kürzerer Wärmebehandlungen bei hohen Temperaturen (bis 8 h bei 500' C), und während des Aulbaus einer Eisenaluminilschicb.t sowie des Eingießvorganges ebenfalls keinen Austenitzerfall zeigen.f) Sufficient austenile instability, i.e. the alloy should be at least 300 hours after heat treatment 300 ° C do not show any austenitic fall phases. Furthermore, the alloy should be used during shorter heat treatments at high temperatures (up to 8 hours at 500 ° C.), and during the construction of an iron aluminum sheet as well during the pouring process also show no austenite fall.
Eine solche Legierung eignet sich z.B. hervorragend für ein Werkstück, das ganz oder teilweise in einen Leichtmetallwerkstoff eingegossen, aufgeschrumpft oder eingepreßt wird. Bei dem Leichtmetall ist dabei insbesondere an Aluminium und seine Legierungen gedacht. Einen besonders vorteilhaften Werkstoff stellt die Legierung beispielsweise für Bewehrungen von Ringnuten (durch sogenannte Ringträger) bei Leichtmetallkolben von Verbrennungsmotoren dar. Denn solche Ringträger werden in den Kolben entweder eingegossen oder eingepreßt und müssen bei höchsten Beanspruchungen einen sicheren festen Sitz in dem Leichlmelallwerkstoff gewährleisten.Such an alloy is ideal, for example, for a workpiece that is wholly or partly in a Light metal material is cast, shrunk on or pressed in. The light metal is in particular thought of aluminum and its alloys. The alloy is a particularly advantageous material For example, for reinforcement of ring grooves (by so-called ring carriers) in light metal pistons of internal combustion engines Because such ring carriers are either poured or pressed into the piston and must ensure a secure, tight fit in the lightweight all-metal material under the highest loads.
Den eingangs genannten Forderungen entsprechende Legierungen sind im Stand der Technik an sich bekannt.Alloys corresponding to the requirements mentioned at the beginning are known per se in the prior art.
Als Beispiel sei hier - nachfolgend als Legierung A bezeichnet genannt GG L-NiCuCr 15 6 2, mit der Zusammensetzung As an example, hereinafter referred to as alloy A, called GG L-NiCuCr 15 6 2, with the composition
2,4- 2,8% C, 13,5-17,0% Ni,2.4-2.8% C, 13.5-17.0% Ni,
1,8-2,4% Si, 1,0-3,0% Cr,1.8-2.4% Si, 1.0-3.0% Cr,
1,0 1,4% Mn
5,0 7,0% Cu1.0 1.4% Mn
5.0 7.0% Cu
Härte HB 30 Zugfestigkeit (iraphitausbild. GrundgefügeHardness HB 30 tensile strength (iraphite structure. Basic structure
Legierung A 120 160 145 180 Typ A (E) 4 + 5 Auslenit; wenig KarbideAlloy A 120 160 145 180 Type A (E) 4 + 5 Auslenit; little carbides
Legierung CAlloy C
170 220 kp/mm2 170 220 kgf / mm 2
180 220 N/mm2 180 220 N / mm 2
Typ A + B 3-5 nach ASTM Austenit; Karbidmenge bis 5 %Type A + B 3-5 according to ASTM austenite; Amount of carbide up to 5%
Diese Legierung hat jedoch den Nachteil, daß sie wegen ihres relativ hohen N i-Anteils relativ teuer ist. Das gleiche gilt für die aus GB-PS 558182 bekannte Legierung, deren Anteil an Ni mindestens bei 8%, in bezug auf den erfindungsgemäßen Anwendungszweck sogar bei wenigstens 12% liegt.However, this alloy has the disadvantage that it is relatively expensive because of its relatively high Ni content. The same applies to the alloy known from GB-PS 558182, whose proportion of Ni is at least 8%, based on the purpose according to the invention is even at least 12%.
Aus diesem Grunde sind schon frühzeitig Alternativlegierungen mit niedrigerem Ni-Gehalt vorgeschlagen
worden. So in der DT-PS 683 699. Dort handelt es sich um ein austenitisches G ußeisen - im weiteren als Legierung B
bezeichnet - folgender Zusammensetzung:
2,5- 3,5% C
2,0- 5,0% Si
4,0-12,0% Mn
1,5- 8,0% Ni
0,0-10,0% CoFor this reason, alternative alloys with a lower Ni content were proposed at an early stage. For example in DT-PS 683 699. There it is an austenitic cast iron - hereinafter referred to as alloy B - of the following composition:
2.5-3.5% C
2.0-5.0% Si
4.0-12.0% Mn
1.5-8.0% Ni
0.0-10.0% Co
Größere Bedeutung erlangt hat unter anderem auch als Ringträgermaterial in Leichtmetallkolben folgender in diese Legierungsbereiche fallender Werkstoff weiterhin Legierung C genannt der Zusammensetzung: 2,7-3,2% CThe following has also become more important as a ring carrier material in light metal pistons Material falling within these alloy ranges continues to be called alloy C with the following composition: 2.7-3.2% C
2,7-3,9% Si vs2.7-3.9% Si vs.
9,5- 12% Mn9.5-12% Mn
> 0,008% S 0,2-0,4% Cr 5,0-6,0% Ni> 0.008% S 0.2-0.4% Cr 5.0-6.0% Ni
> 0,3% Cu Dieser Werkstoff hat folgende Eigenschaften:> 0.3% Cu This material has the following properties:
Härte: 170-220 kp/mm2 HB 30/5Hardness: 170-220 kp / mm 2 HB 30/5
Zugfestigkeit: 180-220 N/mm2 Tensile strength: 180-220 N / mm 2
E-Modul: 100000-120000 N/mm2.
Wärmeausdehnungskoeffizient:Modulus of elasticity: 100,000-120000 N / mm 2 .
Thermal expansion coefficient:
25-100°C: 17,5xlO"6 1/ C 25-200'C: 18,6x10-" 1/ C 25-3(XTC: 19,1 χ 10"" 1/ C 25-400 C: 19,3 xlO"6 1/ C25-100 ° C: 17.5 x 10 " 6 1 / C 25-200'C: 18.6 x 10-" 1 / C 25-3 (XTC: 19.1 χ 10 "" 1 / C 25-400 C: 19 , 3 xlO " 6 1 / C
Spez. Gewicht: 7,4 p/cm3 Specific weight: 7.4 p / cm 3
Wärmeleitfähigkeit: 0,05 cal/cm χ sec x C.Thermal conductivity: 0.05 cal / cm χ sec x C.
Insbesondere bei der Verwendung als in ein Leichtmetall eingesetztes Bauteil, wie z. B. ein Ringträger, hat dieser Werkstoff folgende Nachteile:Especially when used as a component used in a light metal, such as. B. a ring bearer, this has Material has the following disadvantages:
Hohe Härten und daraus resultierend hohe Schnittkräftc bei der Bearbeitung; hoher Werkzeugverschleiß durch große Mengen harter Gefügebestandteile (Zementiigehalte bis ca. 5% zulässig).High hardness and the resulting high cutting forces during machining; high tool wear large quantities of hard structural components (cement content up to approx. 5% permissible).
Dies zeigt sich vor allem in einem direkten Vergleich zu der Legierung Λ.This is particularly evident in a direct comparison with the alloy Λ.
Die Aufgabe der Erfindung des Hauptpatentes besteht darin, eine Legierung mit einem gegenüber der Legierung (,5 A niedrigeren Ni-Gehalt und Eigenschaften, wie sie eingangs unter a-fangeführt sind, zu schaffen.The object of the invention of the main patent is to provide an alloy with a compared to the alloy (, 5th A to create a lower Ni content and properties, as mentioned at the beginning under a.
Durch die Senkung des Ni-Gehaltes soll der Werkstoff verbilligt werden, was besonders im Vergleich zur Legierung A und derjenigen nach GB-PS 558182 gilt.By lowering the Ni content, the material is supposed to be cheaper, which is particularly important in comparison to Alloy A and that according to GB-PS 558182 apply.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird in dem Hauptpatent ein austenitisches Gußeisen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 16,Ox 10 '' und 21.0x 10" zwischen 20 und 100 C und Verschleiß- und Fesiigkeils-To solve this problem, an austenitic cast iron with a coefficient of thermal expansion is used in the main patent between 16, Ox 10 '' and 21.0x 10 "between 20 and 100 C and wear and wedge
srclsrcl
eigenschaften GGL-NiCuCr 1562 mi1 der Zusammensetzung:
2,8 bis 3,4% CProperties GGL-NiCuCr 1562 ml 1 of the composition:
2.8-3.4% C
2,0 bis 2,2% Si
8,5 bis 9,5% Mn
3,5 bis 4,0% Ni
weniger als 0,008 % Cr
ο 5,0 bis 5,5 % Cu2.0 to 2.2% Si
8.5 to 9.5% Mn
3.5 to 4.0% Ni
less than 0.008% Cr
ο 5.0 to 5.5% Cu
1,5 bis 2.0% ΛΙ
0,1 bis 0,15% Ti
weniger als 0,02% P
weniger als 0,02% S1.5 to 2.0% ΛΙ
0.1 to 0.15% Ti
less than 0.02% P
less than 0.02% S
Rest mit herstellungsbedingten Verunreinigungen,Remainder with manufacturing-related impurities,
angegeben.specified.
Aufgabe der dieser Anmeldung zugrundeliegenden Erfindung ist es, die Grenzen des Nickelgehalles unter weitgehender Einhaltung der Aufgabe des Hauptpatentes zu erweitern. Das heißt, der Nickelgehalt soll zwar in jedem Fall unter einem Wert liegen, wie er aus entsprechenden Legierungen nach dem Stand der Technik bekannt ist, andererseits soil er jedoch nicht auf den engen im Hauptpalent beanspruchten Bereich zwischen 3,5 und 4,0% beschränkt sein. Wichtig ist vor allen Dingen, daß der Nickelgehalt so niedrig gewählt wird, daß seine Senkung gegenüber bekannten vergleichbaren Legierungen eine echte Kostenersparnis darstellt und die an das Gußeisen anmeldungsgemäß gestellten Anforderungen trotzdem voll erfüllt werden.The object of the invention on which this application is based is to reduce the limits of the nickel content extensive compliance with the task of the main patent. That means that the nickel content should be in are in each case below a value as is known from corresponding alloys according to the state of the art, On the other hand, however, it should not be limited to the narrow range between 3.5 and 4.0% claimed in the main palent. be limited. Above all, it is important that the nickel content is chosen so low that it can be reduced compared to known comparable alloys represents a real cost saving and that of the cast iron The requirements made in accordance with the registration can still be fully met.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 4 angegebenen Legierungszusammensetzungen.This object is achieved with the alloy compositions specified in claims 1-4.
Zur Zusammensetzung der Legierung nach Anspruch 2 mit einem Nickelgehalt zwischen 0,1 und 6 % sei bemerkt, daß die dort vorgenommene Erniedrigung des Nickelgehaltcs ohne Veränderung der Anteile der übrigen Legierungsbestandteile zu einer geringeren AustenilstabiliUU des Gußeisens führen könnte. Durch den angegebenen höheren Mindestgehalt an Mn kann dies erforderlichenfalls jedoch ausgeglichen werden. Ein höherer Mn-Anteil bedingt zwar wiederum eine höhere Neigung zur nicht erwünschten Weißerstarrung. Hiergegen läßt sich jedoch Abhilfe durch den angegebenen höheren Cu-Ge':alt und eine Reduzierung der Obergrenze des Cr-Gehaltes schaffen.Regarding the composition of the alloy according to claim 2 with a nickel content between 0.1 and 6%, it should be noted that that the lowering of the nickel content carried out there without changing the proportions of the other alloy constituents could lead to a lower austenitic stability of the cast iron. Through the specified If necessary, however, this can be compensated for by a higher minimum Mn content. A higher proportion of Mn This in turn causes a higher tendency towards undesired white solidification. However, this can be countered This can be remedied by using the specified higher Cu-Ge ': old and reducing the upper limit of the Cr content.
Bei der Zusammensetzung der Legierung nach Anspruch 3 wird besonderer Wert auf gute Vergießbarkeit gelegt.In the composition of the alloy according to claim 3, particular value is placed on good castability.
Hierzu wird der Al-Gehalt auf max. 2% erniedrigt. Damit es nicht zu unerwünschter Weißerstarrung bei der Legierung kommt, wird der Gehalt an Ti auf 0,05 bis 0,3% optimiert. Weißerstarrung ist unerwünscht, da die Bearbeitbarkeit der Legierung hierdurch verschlechtert wird. Durch die angegebene Optimierung des Ti-Gehaltes ergibt sich ein Cr-Gehalt, der unterhalb von 0,08% liegen muß. Wegen des niedrigen Al-Gehaltes ist es zur Aufrechterhaltung des Grauerstarrungsverhaltens (wegen guter Bearbeitbarkeit) erforderlich, auch die weiteren Elemente Ni, Cu und Si zu optimieren. Wegen einer guten Vergießbarkeit und Bearbeitbarkeit der Legierung ist auch die Untergrenze von C angehoben.For this purpose, the Al content is reduced to a maximum of 2%. So that there is no unwanted white solidification during the Alloy comes, the Ti content is optimized to 0.05 to 0.3%. White solidification is undesirable because the Workability of the alloy is thereby deteriorated. Through the specified optimization of the Ti content the result is a Cr content which must be below 0.08%. Because of the low Al content, it is suitable for Maintaining the gray solidification behavior (because of good machinability) required, also the others Optimize elements Ni, Cu and Si. Because of the good castability and machinability of the alloy the lower limit of C also increased.
Anspruch 4 gibt eine Legierung wieder, die zur ausgesprochenen Verwendung des austenitischen Gußeisens bei Ringträgern für Leichtmetallkolben optimiert ist.Claim 4 reproduces an alloy that is used for the specific use of austenitic cast iron Ring carriers for light alloy pistons is optimized.
Bezüglich der die gewünschten Eigenschaften des Werkstoffes am wesentlichsten beeinflussenden Legierungsbestandteile kann im einzelnen noch folgendes gesagt werden: With regard to the alloy components that most significantly influence the desired properties of the material, the following can be said in detail:
Aluminiumaluminum
Al wurde in erster Linie wegen seinet stark grafitisierenden Wirkung zugesetzt, um die normalerweise bei ca. 6%Al was added primarily because of its strong graphitizing effect, which is normally around 6%
Mn einsetzende höhere Karbidbildung zu höheren Mn-Gchalten zu verschieben. Eine grafitisierende WirkungShifting the beginning of Mn to higher carbide formation to higher Mn-Gchalts. A graphitizing effect
so könnte man zwar auch über erhöhten Si-Zusatz bewirken. Gegenüber dem entsprechenden Al-Zusatz würde dies jedoch zu einer schlechteren Austenilstabilität führen. Zurückzuführen ist dies auf eine gleichzeitig stark lerritisicrende Wirkung des Si, welches die Temperaturen der eutektischen Umwandlung erhöht.this could indeed also be achieved by adding an increased amount of Si. Compared to the corresponding Al addition, this would be however, lead to a poorer austenitic stability. This can be traced back to a strong lerritisicrende at the same time Effect of Si, which increases the temperatures of the eutectic transformation.
Manganmanganese
Bei fehlendem oder geringem Ni-Gehalt sichert die Zugabe von Mn die erforderliche ausreichende Austenitstabilität. Durch den erfindungsgemiiß festgelegten Mn-Gehalt erhält man in bezug auf die eingangs unter a-f genannten Eigenschaften ein gewisses Optimum.If the Ni content is absent or low, the addition of Mn ensures sufficient austenite stability. Due to the Mn content determined according to the invention, in relation to the initially under a-f mentioned properties a certain optimum.
Nickelnickel
Der angegebene Ni-Gehalt ist in ersicr Linie wichtig für die Bearbeitungseigenschaften der Legierung; andernfalls könnte der Ni-Gehalt nämlich auch noch niedriger gchalien werden.The specified Ni content is primarily important for the machining properties of the alloy; otherwise the Ni content could be even lower.
Kupfer
In dem erfindungsgemäßen Bereich an Cu erreicht die Austcnitstabililät ein Maximum.copper
In the Cu range according to the invention, the stability of the Auscnitstabililät reaches a maximum.
Chrom und TitanChrome and titanium
Cr-Gehalte über 0,08% bewirken infolge ihrer starken Karbidbildung einen negativen Einfluß auf die Bearbeitbarkeit. Cr kommt hierbei eine katalytische Wirkung zu.Cr contents above 0.08% have a negative influence on the machinability due to their strong carbide formation. Cr has a catalytic effect here.
Titantitanium
In kleinen Gehalten ist Titan ein stark grafitierendes Element. Diese Wirkung erreicht bei etwa 0,1 %Ti ein
Maximum, geht dann wieder zurück und erreicht bei etwa 0,5 % wieder den Ausgangszustand. Bei dem erfindungsgemäßen
manganaustenitischen Gußeisen haben sich Ti-Anteile zwischen 0,1 und 0,15 % als optimal erwiesen. Titan io
vermag geringe Chromgehalte in ihrer katalytischen Wirkung zu neutralisieren.In small amounts, titanium is a strongly graphitizing element. This effect reaches a level at about 0.1% Ti
Maximum, then goes back again and reaches the initial state again at around 0.5%. In the manganese austenitic cast iron according to the invention, Ti proportions between 0.1 and 0.15% have proven to be optimal. Titan io is able to neutralize low chromium contents in their catalytic effect.
Claims (3)
to 1,5 bis 4,0% Cmore than 6.0 to less than 8.0% Ni
to 1.5 to 4.0% C
4,0 bis 14,0% Mn
0,3 bis 7.0% Cu
weniger als 2,0% Cr0.5 to 4.0% Si
4.0 to 14.0% Mn
0.3 to 7.0% Cu
less than 2.0% Cr
25 weniger als 0,3 % Cr2.0 to 7.0% Cu
25 less than 0.3% Cr
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1977
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Non-Patent Citations (1)
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| NICHTS-ERMITTELT |
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