DE4124159C2

DE4124159C2 - Vorlegierung zur Behandlung von Gußeisenschmelzen

Info

Publication number: DE4124159C2
Application number: DE4124159A
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Dr Reifferscheid; Dieter H Gumbinger
Original assignee: SKW Trostberg AG
Current assignee: Alzchem Trostberg GmbH
Priority date: 1991-07-20
Filing date: 1991-07-20
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-07-21
Also published as: US5209901A; EP0524444A1; DE4124159C1; CA2074276A1; CA2074276C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine sogenannte Vorlegierung auf Basis von Ferrosilicium zur Behandlung von Gußeisenschmelzen, die anschließend einer weiteren Behandlung mit Kugelgraphit induzierenden Elementen zugeführt werden.

Die Gefügestruktur von Gußeisen mit Kugelgraphit ist in besonderem Maß von der Art der verwendeten Einsatzstoffe, der Schmelzführung (Überhitzungstemperatur und -zeit), der Magnesiumbehandlung und der Nachimpfung abhängig.

Zahlreiche Arbeiten beschäftigen sich bereits mit dem Thema, optimale Gefüge durch Behandlung von Gußeisenschmelzen zu erreichen. Beispielhaft werden genannt: EP-PS 01 75 934 betrifft eine Impflegierung auf Basis von Ferrosilicium oder Silicium mit Gehalten an 0,1 bis 10 Gew.-% Barium und/oder Zirkonium, weniger als 2,0 Gew.-% Aluminium und weniger als 0,3 Gew.-% Calcium. In der DE-OS 38 09 315 wird eine ähnliche Legierung beschrieben, deren Bariumgehalt jedoch zwischen 0,1 und 15 Gew.-% schwanken kann und die anstelle von Zirkonium zwischen 0,1 und 10 Gew.-% Strontium enthält neben weniger als 2 Gew.-% Aluminium und weniger als 2,5 Gew.-% Calcium. In der EP 03 53 804 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit erwähnt durch Behandeln der Gußeisenschmelze mit einem Magnesium enthaltenden bzw. Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltenden Mittel, in dem die darin enthaltenen Komponenten dem Verhältnis der Legierungskomponenten in der zu behandelnden Gußeisenlegierung entsprechen. Schließlich wird in der DE-OS 39 32 162 über ein Mittel zur Herstellung von Kugelgraphiteisen auf Basis von Magnesiumsilicid berichtet. Es wurde auch bereits empfohlen, den Keimzustand von Gußeisenschmelzen vor der Magnesiumbehandlung durch Zugabe eines graphitischen Impfmittels zu verbessern (Gießerei-Praxis (1991) 7, 120-124; C. R. Loper, Jr.; B. Y. Hur; T. H. Witter).

Alle vorstehend genannten Mittel besitzen insbesondere den Nachteil, daß ihr Vorimpfeffekt relativ gering ist, so daß ein relativ hoher Aufwand an Legierung erforderlich ist, um den gewünschten Effekt zu erreichen.

Es bestand daher die Aufgabe, eine Legierung zu entwickeln, die den Zustand der Basisschmelze im Hinblick auf ihren Keimzustand wesentlich verbessert, so daß günstige Voraussetzungen für die anschließende Magnesiumbehandlung gegeben sind.

Diese Vorlegierung soll auf einfache Weise in eine Gußeisenschmelze eingebracht werden können und sich ohne Schlackenbildung schnell in der Eisenschmelze lösen und gleichmäßig verteilen.

Ferner soll diese Vorlegierung in der Gußeisenschmelze thermodynamisch stabile Substrate bilden wie z. B. Ce₂O₃ oder Ce₂O₂S, die als Keime für die Kristallisation des Graphits in der Schmelze auch während der Magnesiumbehandlung erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch eine Legierung auf Basis von Ferrosilicium, die durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist:

Bestandteile
Gew.-%
Silicium
62-67
Calcium	0,8- 1,2
Aluminium	0,8- 1,2
Mangan	3,5- 5,0
Zirkonium	3,5- 5,0
Cer	1,8- 2,2
Lanthan	0,1- 0,2
Eisen	Rest

Eine Legierung der vorstehend genannten Zusammensetzung bewirkt eine wesentliche Verbesserung des Gußgefüges und bringt entscheidende Vorteile für den Anwender der erfindungsgemäß behandelten Gußstücke.

Die Herstellung der Legierung erfolgt auf Basis von Ferrosilicium entweder im Elektroniederschachtofen durch Zugabe der benötigten Menge an Oxiden oder Erzen zur Ferrosiliciumschmelze und anschließende Reduktion oder im Hochfrequenzofen durch Zulegieren der Elemente zu einer vorgelegten Ferrosiliciumschmelze.

Die Legierung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird in feinkörniger Form (0,4 bis 2,0 mm) angewendet und kann durch übliche Dosiervorrichtungen in die Gußeisenschmelze eingebracht werden. Es ist auch möglich, die erfindungsgemäße Legierung beim Abgießen der Schmelze aus dem Ofen in die Pfanne dem Gießstrahl maschinell oder von Hand zuzudosieren. Besonders elegant kann die Legierung in Form eines Fülldrahtes in die Gußeisenschmelze eingebracht werden.

Wesentlich ist, daß die Zugabe der erfindungsgemäßen Vorlegierung unmittelbar vor der Behandlung mit Kugelgraphit induzierenden Elementen wie z. B. Ferrosilicium-Magnesium mit Gehalten von 55 Gew.-% Silicium und 31 Gew.-% Magnesium sowie geringen Anteilen an Calcium und Aluminium oder einer Nickel-Magnesium-Legierung mit Gehalten von 55 Gew.-% Nickel, 5,5 Gew.-% Magnesium, bis 1 Gew.-% Silicium, Rest Eisen erfolgt. Die Temperatur der Schmelze sollte während der Zugabe der Legierung zwischen 1430 und 1530°C liegen.

Die Zugabemenge der erfindungsgemäßen Legierung richtet sich nach dem gelösten Sauerstoff- und Schwefelgehalt der zu behandelnden Schmelze sowie dem Gehalt an Spurenelementen wie Blei, Wismut, Arsen, Antimon und Titan. Je nach der chemischen Zusammensetzung der Schmelze setzt man 1000 kg Schmelze 1 bis 5 kg, vorzugsweise 1 bis 2,5 kg, der erfindungsgemäßen Vorlegierung zu, so daß in der Schmelze Gehalte von 20 bis 100 bzw. 20 bis 50 ppm Cer und 20 bis 100 bzw. 20 bis 50 ppm Zirkonium verbleiben.

Mit besonderem Vorteil kann die Zugabe der erfindungsgemäßen Legierung das üblicherweise einer Schmelze zuvor zugegebene graphitische Impfmittel in Form von synthetischem oder natürlichem Graphit, Koks, graphitiertem Koks ersetzen oder - besonders bevorzugt - ergänzen.

Durch Zugabe der angegebenen Menge an der erfindungsgemäßen Vorlegierung erzielt man eine praktisch vollständige Nodularisierung des vorhandenen Kohlenstoffs. Darüber hinaus erfolgt die Bildung des Kugelgraphits im Gußstück in Kugeln von im wesentlichen einheitlicher Größe und sehr gleichmäßiger Verteilung.

Schließlich ist die Carbidbildung weitgehend reduziert. Alle diese Voraussetzungen führen zu Gußstücken guter Bearbeitbarkeit und stellen entscheidende Vorteile für den Verbraucher dar.

Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern.

Beispiel

In einem sauer zugestellten Netzfrequenzinduktionstiegelofen mit 3 t Nenninhalt wurde aus manganarmem Roheisen, arteigenem Kreislauf- und Tiefziehstahlschrott unter Zusatz von Elektrodengraphit als Aufkohlungsmittel und stückigem, 75 Gew.-% Silicium enthaltendem Ferrosilicium als Aufsilizierungsmittel eine Basisschmelze folgender Zusammensetzung erschmolzen, die neben Eisen folgende Elemente in den angegebenen Mengen (Gew.-%) enthielt:

Von dieser Schmelze wurden Teilmengen a), b), c) und d) von jeweils 100 kg bei einer Temperatur der Schmelze im Ofen von 1460 ± 6°C abgestochen. Bei den Abstichen in vorbeheizte Pfannen erfolgte die Vorimpfung im Gießstrahl durch kontinuierliche Zugabe von

a) 0,1 Gew.-% eines handelsüblichen graphitischen Impfmittels der Körnung 0,2 bis 0,1 mm (z. B. synthetische, graphitische Kohle (Desulco))
b) 0,1 Gew.-% der erfindungsgemäßen Legierung der Körnung 0,4 bis 2,0 mm und
c) 0,1 Gew.-% der erfindungsgemäßen Legierung der Körnung 0,21 bis 0,63 mm in den Gießstrahl.

Unmittelbar danach erfolgte die Magnesiumbehandlung z. B. mit der vorerwähnten Nickel-Magnesium-Vorlegierung mit einem Gehalt von 55 Gew.-% Ni, 5,5 Gew.-% Magnesium, bis 1 Gew.-% Silicium, Rest Eisen in einer Menge von 1 Gew.-% bezogen auf die Behandlungsmengen von 100 kg. Auf diese Weise wurden Rest-Magnesium-Gehalte von 0,0325 bis 0,40 Gew.-% eingestellt.

Zum Vergleich der Beurteilung des Keimzustandes der Schmelze wurde am Anfang und Ende des Versuchs an je einer Schmelze von 100 kg keine Vorimpfung vorgenommen (Probe d).

Die erfindungsgemäße, eingesetzte Legierung hatte folgende Zusammensetzung (Anteile in Gew.-%):

Die Temperatur lag bei allen Behandlungen im Bereich von 1411 bis 1426°C. Nach dem Abziehen der Reaktionsschlacke wurden von jeder Schmelze a) bis d) - ohne Nachimpfung - Y₂-Proben abgegossen und anschließend metallographisch untersucht. Auf eine Nachimpfung z. B. mit FeSi 75 wurde bewußt verzichtet, um den Effekt der Vorimpfung deutlich zu machen.

Das metallographische Ergebnis dieser Versuche enthält nachfolgende Tabelle:

Die an weißerstarrten Proben der mit den erfindungsgemäßen Legierungen behandelten Schmelzen ergaben folgende Analysenwerte in Gew.-%:

Die in den Analysenproben ermittelten Gehalte an Cer und Zirkon belegen, daß eine gleichmäßige Verteilung dieser Elemente erreicht wurde, was zu einer wesentlichen Verbesserung des Keimzustands der Schmelzen führte.

Claims

1. Vorlegierung zur Behandlung von Gußeisenschmelzen vor der Magnesiumbehandlung, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: Silicium 62-67 Gew.-% Calcium 0,8-1,2 Gew.-% Aluminium 0,8-1,2 Gew.-% Mangan 3,5-5,0 Gew.-% Zirkonium 3,5-5,0 Gew.-% Cer 1,8-2,2 Gew.-% Lanthan 0,1-0,2 Gew.-% Eisen Rest.

2. Vorlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Korngröße von 0,1 bis 5 mm.

3. Vorlegierung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Korngröße von 0,2 bis 3 mm.

4. Vorlegierung nach den Ansprüchen 1 bis 3 als Füllmaterial in einem Fülldraht.

5. Verfahren zur Herstellung der Vorlegierung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man entsprechende Mengen Oxide und Erze in einem Elektroniederschachtofen einer Ferrosiliciumschmelze zugibt und diese darin reduziert.

6. Verfahren zur Behandlung von Gußeisenschmelzen mit einer Vorlegierung gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung unmittelbar vor der Behandlung mit Kugelgraphit induzierenden Elementen in die Gußeisenschmelze eingebracht wird.

7. Verfahren zur Behandlung von Gußeisenschmelzen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man pro 1000 kg Schmelze 1 bis 5 kg, bevorzugt bis 2,5 kg, der Legierung zugibt.