DE2511783B2 - Verwendung eines legierten gusseisens zur herstellung verschleissfester und lochfrassbestaendiger gegenstaende - Google Patents
Verwendung eines legierten gusseisens zur herstellung verschleissfester und lochfrassbestaendiger gegenstaendeInfo
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-
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Description
55
Die Erfindung betrifft die Verv/endung eines legierten Gußeisens zur Herstellung von Gegenständen, die
verschleißfest und lochfraßbeständig sind.
Zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Lochfraßbeständigkeit von Gußeisen sind Behandlungen
der Oberfläche, wie beispielsweise die Chromplattierung, Nickelplattierung und Weichnitrierung,
bekannt. Es ist ferner bekannt, eine Metallisierung mit Molybdän oder Eisen vorzunehmen. Beide Verfahren
der Oberflächenbehandlung sind jedoch umständlich und entsprechend teuer. Ein drittes Verfahren
ist das Induktionshärten oder Flammharten. Dieses
Verfahren ist relativ einfach auszufuhren jedoch treibt es keine ausreichende Verschleißfestigkeit. Em
viertes Verfahren ist der Kokillenguß, bei dem e.ne Kühlvorrichtung in der Gußform verwendet wird Da
dieses Verfahren einfach auszuführen ist und die Verschleißfestigkeit
beträchtlich verbessert findet dieses Verfahren breite Verwendung; jedoch hat sich bei
solchen Gußstücken, die unter extrem rauhen Bedingungen arbeiten müssen, wie beispielsweise Nockenwellen
Ventilstößel oder Ventilhebel bzw. Kipphebel von Maschinen usw., die nach diesen Verfahren hergestellt
sind, herausgestellt, daß sie hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Lochfraßbeständigkeit mangelhaft
sind. .
Bekannt ist auch ein »hartbares« Gußeisen, das eine Art graues Gußeisen ist, welches geringe Zusätze
von Legierungselementen besitzt, wie beispielsweise Chrom Molybdän, Nickel usw. Dieses soll angeblich
eine hohe Lochfraßbeständigkeit aufweisen. In Versuchen verschleißt es rasch, und seine Widerstandsfähigkeit
gegenüber Lochfraß kann nicht als befriedigend bezeichnet werden. Bei diesem härtbaren Gußeisen
kann die Härtung durch Induktions- oder Flammhärten erfolgen, da es Zementit (Eisenkarbid)
und Graphit enthält, welche in gegossenem Zustand halbkristallisiert sind. Jedoch ist auch diese gehärtete
Struktur hinsichtlich der Lochfraßbeständigkeit nicht vollkommen befriedigend.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen, die verschleißfest
und lochfraßbeständig sind, anzugeben. Verschleißfestigkeit und Lochfraßbeständigkeit sollen
besser als bei den seither für diesen Zweck bekannten Werkstoffen sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines legierten Gußeisens aus 2,8 bis
3,3 «/ο Kohlenstoff, 1,5 bis 2,10O Silizium, 1,0 bis
1,5% Chrom, 0,6 bis 0,8% Molybdän, 0,2 bis 0,5 % Nickel und dem Rest Eisen und üblichen Begleitelementen,
dessen Gefüge in gegossenem Zustand einen Gehalt an freiem Zementit von 20 bis 40 Volumprozent
besitzt, gelöst.
An sich enthält Gußeisen als übliche Begleitelemente
unter anderem 2,8 bis 4% Kohlenstoff und 0,8 bis 3% Silizium (Lueger, Lexikon der Hüttentechnik,
Bd. 5, S. 260). Ferner ist die Verwendung von Graugußlegierungen mit 0,1 bis 2,5% Molybdän, 0,2
bis 2% Chrom und 0,1 bis 8% Nickel bekannt. Im Gegensatz dazu betrifft die Erfindung die Verwendung
des legierten Gußeisens mit den angegebenen Komponenten als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen,
die verschleißfest und lochfraßbeständig sind.
Die Erfindung betrifft ferner verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen. Sie wird im folgenden anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar
Fig. 1 eine Fotografie (H 4868) der MikroStruktur des gemäß der Erfindung verwendeten Gußeisens
nach dem Härten,
Fig. 2 eine Fotografie (E720) der MikroStruktur
des gemäß der Erfindung verwendeten Gußeisens gemäß Fig. 1, jedoch vor dem Härten.
Das Gußeisen nach der Erfindung besteht aus 2,8 bis 3,3% Kohlenstoff, 1,5 bis 2,1% Silizium, 1,0 bis
1,5% Chrom, 0,6 bis 0,8% Molybdän, 0,2 bis 0,5% Nickel und dem Rest im wesentlichen aus Eisen, dessen
Gefüge in gegossenem Zustand 20 bis 40% freien
Ii
Lf
über »
dann
dann
HErt.e
CFisenkarbid) enthält und das ferner auf
u\ his 950° C für 1 bis 10 Stunden erhitzt und
υ ο kt wor(jen jst mit einer Vickers-
f^" über 750 bis 900.
r 750 bis 900.
Llicche Zusammensetzung des Gußeisens
Llicche Zusammensetzung des Gußeisens
Die, ^Bedeutunghat
folgenuc st °ff hah von weniger als 2,8 °/o
ehler wahrscheinlich, jedoch bildet sich bei
·ν °/o Kohlenstoff zuviel Graphit zusammen
,-f iem Zementit. Aus diesem Grunde soll
^Sknstoff"ehalt zwischen 2,8 und 3,2 <Vo liegen.
Rpi einem SilTziumgehalt von weniger als 1,5 °/o be-,
ht die Gefahr, daß Gußfehler auftreten; gleichzeitig f sich zuviel freier Zementit bilden. Bei einem
sSumgehalt von mehr als 2,1·/. wird sich demge-•κ
r v.iwenie freier Zementit bilden, wahrend
fter S3 kristallisiert. Aus dhsem Grunde
fiÄ SiHzkimaehalt zwischen 1,5 und 2,1 »/„ Hegen.
i; Metall mehr als 0,05 ·/. Phosphor ent-,-HXd
seine V rSeißfähigkeit nicht "ungünstig
u ■ flüßt Tedoch können sich winzige Schrumpf-"
Swindhohlräume bilden. Der erwünschte den. Die Langzeitglühung bei einer hohen Temperatür
soll den kantigen Teil des freien Zemeniits in das
Gefüge hinein lösen und die feste Lösung der Legieruneselemente
im Gefüge erhöhen, so daß die Hart-
barkeit des Gefüges verbessert wird. Das Abrunden des kantigen freien Zementits und das Dickermachen
und Kürzen von sich längs erstreckendem freiem Zementit verhindern Rissebildungen und verbessern die
Lochfraßbesfändigkeit.
Im folgenden werden einige spezifische Ausiunrungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
15
Als Beispiel dient ein Ventilstößel fur einen 2000 cm^-Motor, der aus einem erfindungsgemaß zu ver
wendenden Gußeisen hergestellt ist. Es wurde ein aus
3,1 »,o Kohlenstoff, 1,8V. Silizium 0,6·/. Mangan,
0.04"/o Phosphor, 0,04«/o Schwefel, 1 15·/. Chrorn^
0.35»;» Nickel, 0,75"/o Molybdän und als Re*_.m
Stunde be] 150o C anschloß.
feSS?S5S£a w
'0,6·/. und der Nickelgehalt über 0,2·/. liegen. ze.gU
immm'
offensichtlich ab-
blumen dc5 frei» ZemerHB in gegossenem Zustand
.Mnbaren. OuBei,e„ ,ni, „
200 U/min unterworfen, bei
sich der Gehalt an freiem Zementit ^ gegossen m
Zustand 60 Volumprozent nähert ve rschechtert sich
die Härtbarkeit wesentlich. Das Produkt wird nicht mehr einwandfrei bzw. fehlerfrei sein da sich Hart risse
bilden. Deshalb soll die Menge fre.en Zementits
20 bis 40·/. sein. Die Menge freien Zementits kann durch geeignete Wahl der chemischen Zusamn^setzung,
der Gießtemperatur und des Gießverfahrens und durch Kühlung der Gußform reguliert bzw. beeinflußt
werden. . .n...m
Wenn der Gehalt an fre.em Zementit 20 Volumprozent
übersteigt, ergeben sich Schwierigkeiten be. der Härtung. Um ein Produkt mit einem Gehalt an
freiem Zementit von 20 bis 4(J Volumprozent befnedigend
härten zu können, muß das Produkt bei über
Jasahnhch en ^^ q^ My
Molt Z^ - *<^ ^ wesentlichen aas E.sen
0 3, /o N.ckel ^'na als d war der Gehalt an
55 ^t. In gegossenen ^ hk ^
freiem Mi 500-Stunden-Versuch
Abschrec^",^rii' Hälfte der geprüften Ventilstößel
J^J^^ÄV bis 0,2 mm ver-Lochtra
au u rde ein Ventilstößel in einer
6o ^se'die A;^re B r eschleumgung der Abkühlung mit
einer Kühlvorrichtung versehen wurde, bei 14(1 L,
3fe>U m 1Vgr uße-sen Bgeg0Ssen, das 3,3O»/o Kohlenaus
ei«m GuB.«sen g ^ ^5 ./o p,
stoff, ...1 ..^ zm Molybdän, 0,24»/0
a5 phor 0,82 ^ °weseritlichen aus Eisen be-N«euno
Zementits beim gegosse-
Der Ventilstößel wurde bei 870° C eine Stunde lang erhitzt, worauf ein Abschrecken in öl bei 60° C
und ein Anlassen von einer Stunde bei 150° C erfolgte. Seine Härte HV nach dem Anlassen betrug
nur 680 bis 720. Dieser in den Motor eingebaute Ventilstößel wurde demselben obengenannten Dauerversuch
unterzogen, wobei während einer Versuchsdauer von 250 Stunden Lochfraß auftrat. Dies ergab sich
sicherlich infolge des Vorhandenseins einer ungenügenden Menge von Legierungselementen in der festen
Lösung im Gefüge wegen dem Mehr an Karbid und infolge der geringen Härtbarkeit, weil der Gesamtgehalt
an Legierungselementen, insbesondere Molybdän, klein ist.
Weiter wurde ein Ventilstößel im Schalengußverfahren
hergestellt und bei 1400° C aus einem Gußeisen gegossen, das 3,32% Kohlenstoff, 2,1 °/o Silizium,
0,65% Mangan, 0,043% Phosphor, 0,7% Chrom, 0,54% Molybdän, 0,27% Nickel und als Rest im wesentlichen aus Eisen besteht. Dieser Ventilstößel
wurde 10 Stunden lang bei 920° C gehalten, worauf, genauso wie oben ausgeführt, ein Aufheizen,
Abschrecken und Anlassen erfolgte. Nach dieser Behandlung ergab sich eine Vickers-Härte HV von nur
670 bis 710.
Auch dieser Ventilstößel wurde in einen Motor eingebaut und wie oben demselben Dauerversuch unterzogen,
bei welchem Lochfraß innerhalb von 150 Stunden auftrat. Dies ergibt sich sicherlich infolge
der geringen Vickers-Härte HV, die eine Folge der Zersetzung des Kohlenstoffs nach 10 Stunden bei
920° C ist, und infolge der Verschlechterung der Verschleißfestigkeit
wegen des geringen Karbidgehaltes.
Als Beispiel dient hier ein Ventilhebel aus einem erfindungsgemäß zu verwendenden Gußeisen für einen
1800-cm'-Motor mit obenliegender Nockenwelle.
Im Schalengußverfahren wurde ein Ventilhebel bei 1450° C aus einem Gußeisen gegossen, das aus 3,0%
Kohlenstoff, 1,9% Silizium, 0,45% Mangan, 0,05% Phosphor, 1,1% Chrom, 0,65% Molybdän, 0,3%
Nickel und als Rest im wesentlichen aus Eisen besteht. Der Gehalt an freiem Zementit im gegossenen
Produkt betrug 25 bis 35 Volumprozent. Da« Produkt wurde bei 900° C 1,5 Stunden lang erhitzt, worauf
ein Abkühlen auf 850° C, ein Abschrecken in Öl bei 60° C und dann ein Anlassen von einer Stunde
bei 150° C erfolgte. Die Vickers-Härte HV nach dem Abschrecken betrug 800 bis 890, und die größten
Körner des freien Zementits waren 0,05 bis 0,075 mrn lang.
Dieser Ventilhebel wurde in einen Motor eingebaut und einem Dauerversuch von 400 Stunden bei 4500
U/min unterzogen, bei welchem der Verschleiß nur etwa 0,02 mm betrug und kein Lochfraß auftrat. Die
bei diesem Versuch verwendete Nockenwelle war aus grauem Gußeisen gemäß JISFC-25 hergestellt, das
in Kokillenguß gefertigt und dann weich nitriert wurde.
Zum Vergleich wurde ein Ventilhebel aus in Kokillenguß hergestelltem grauen Gußeisen gemäß
JIS FC-30 gefertigt und wie oben demselben Dauerversuch unterworfen, bei dem der Verschleiß 0.1 bis
3,2 mm betrug. Die im Kokillenguß erreichte Vickers-Härte HV des im Versuch verwendeten Gußeisens betrug
550 bis 600.
Beis piel 3
In einer Naßgußform wurde bei 14300C ein Produkt
aus einem Gußeisen gegossen, das aus 3,25% Kohlenstoff, 1,6% Silizium" 0,55% Mangan, 0,04%
ίο Phosphor, 1,4% Chrom, 0,75% Molybdän, 0,4%
Nickel und als Rest im wesentlichen aus Eisen besteht. Der Gehalt an freiem Zemenlit im gegossenen
Produkt betrug 26 bis 40 Volumprozent. Das Produkt wurde bei 950° C eine Stunde lang erhitzt, worauf
ein Abkühlen auf 820° C, ein Abschrecken in öl bei Umgebungstemperatur und dann ein Anlassen von
einer Stunde bei 150° C erfolgte. Die Vickers-Härte HV nach dem Abschrecken betrug 790 bis 900, und
die größten Körner freien Zementits waren 0,03 bis
ao 0,06 mm lang.
Ein 1 Stunden langer Naßschleifversuch bzw. eine Ritzhärteprüfung wurde bei einem vom Produkt stammenden
Probestück von 30 X 50 X 10 mm und einem entsprechenden Vergleichsprobestück gemäß JIS
FC-23 von 50 X 5 mm bei einer Belastung von 50 kg und einer Gleitgeschwindigkeit von 10m/sec durchgeführt.
Zum weiteren Vergleich wurde ein Versuchsprobestück, das aus in Kokillenguß gefertigtem grauen
Gußeisen gemäß JISFC-25 hergestellt wurde, wel-
ches einen Chromgehalt von 0,8 %, einen Molybdängehalt von 0,4% und einen Nickelgehalt von 0,3%
aufweist, wie oben derselben nassen Ritzhärteprüfung unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Versuchsgegenstände Versuchsprobestück Vergleichsaus erfindungsgemäß probestück
zu verwendendem
Gußeisen
zu verwendendem
Gußeisen
4S Gewichtsabnahme 2,2 mg
* (Ring)
* (Ring)
Ritzbreite
(Block)
(Block)
1 ι
L8mg
/,U IUlU
Dies zeigt, daß ein Gußeisen, das gemäß der Erfindung
verwendet wird, auch dann, wenn es im Be-
trieb schweren Bedingungen unterliegt, wenig Abrieb aufweist und relativ frei von Lochfraß ist.
In Tabelle 2 sind ferner einige Ausführungsbeispiele
gemäß vorliegender Erfindung und Vergleichsprodukten aufgelistet. Von den in Tabelle 2 angege-
benen Vergleichsprodukten besitzt das Vergleichsprodukt 1 zahlreiche Gasblasen und eine marsähnliche
äußere Oberfläche; bei den Vergleichsprodukten 2 und 3 sind die Ecken des Karbids selten gerundet,
welches in gegossenem Zustand ohne Änderung der
Länge nahezu ebenso gut ist; bei dem Vergleichsprodukt 4 fallt die Menge des Karbides auf 13 bis 17%,
was eine Ausbildung einer ziemlich großen Menge Graphit zur Folge hat.
7 8
Beispiele Legierungs-Zusammensetzung Guß Glühbedin- Abschrek- Eigenschaften
gungen kung
von auf
C Si Mn P S Cr Mo Ni Fe Temp, freier Temp. Std. Temp, öl- Härte HV Zemen-
Zemen- temp. tit-
tit Länge
(Vo-
(0C) lum-'/o) (0C) (0C) PC) (mm)
Beispiel 4 2,8 2,1 1,10 0,68 0,25 Rest 1400 20—27 880 2,0 870 60 830—850 0,07
\ Beispiel 5 3,3 1,5 1,15 0,72 0,27 Rest 1450 20—25 870 10 870 60 800—840 0,05
j —o>0'
j Beispiel 6 3,0 1,9 1,0 0,70 0,30 Rest 1420 25—35 900 3 880 60 820—870 0,07
ί —0,11
Ver- 3,0 1,4 0,5 0,05 0,1 1,2 0,7 0,3 Rest 1400
gleichs-
proiiukt 1
Ver- 3,0 1,9 0,45 0,05 1,1 0,65 0,3 Rest 1450 25—35 840 1 840 60 640—680
gleichs-
produkt 2
Ver- 3,01,9 0,45 0,05 1,1 0,65 0,3 Rest 1450 25—35 880 0,5 850 60 630—690
gleichs-
produkt 3
Ver- 3,0 1,9 0,45 0,05 1,1 0,65 0,3 Rest 1450 25—35 900 12 850 60 670—730
gleichs-
proclukt 4
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verwendung eines legierten Gußeisens, bestehend aus 2,8 bis 3,3% Kohlenstoff, 1,5 bis
2,10A. Silizium, 1,0 bis 1,5 °/o Chrom, 0,6 bis
0,8 °/o Molybdän, 0,2 bis 0,5 %> Nickel, Rest Eisen
und übliche Begleitelemente, dessen Gefüge in gegossenem Zustand einen Gehalt an freiem Zementit
von 20 bis 40 Volumprozent besitzt, als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen, die
verschleißfest und lochfraßbeständig sind.
2. Verwendung eines Gußeisens nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß es nach dem Guß
ein bis zehn Stunden lang bei 860 bis 950° C geglüht und dann abgeschreckt worden ist, für den
Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung eines Gußeisens nach Anspruch 2, mit der Maßgabe, daß es nach dem Guß
ein bis zehn Stunden lang bei 860 bis 900° C geglüht worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung eines Gußeisens nach Anspruch 2, mit der Maßgabe, daß es nach dem Guß
ein bis drei Stunden lang bei 860 bis 900° C geglüht, auf 820 bis 880° C abgekühlt und dann in
Öl auf eine Temperatur im Bereich zwischen Umgebungstemperatur und 150° C abgeschreckt worden
ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung eines Gußeisens nach An-Spruch 2, mit der Maßgabe, daß es nach dem Guß
mehr als eine Stunde lang bei 860 bis 950° C geglüht, auf 820 bis 880° C gehalten, in öl auf etwa
60° C abgeschreckt und für etwa eine Stunde bei 150° C angelassen worden ist, für den Zweck nach
Anspruch 1.
6. Verwendung eines Gußeisens nach Anspruch 2, mit der Maßgabe, daß es nach dem Abschrecken
eine Vickers-Härte HV zwischen 750 und 900 aufweist, für den Zweck nach An-Spruch
1.
7. Verwendung eines Gußeisens nach Anspruch 2, mit der Maßgabe, daß die maximale
Partikel-Länge des freien Zementits im Gefüge nicht größer als 0,12 mm ist.
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Family
ID=12314661
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