DE2807930C2

DE2807930C2 - Verfahren und Gießform zur Herstellung von Schleudergießkokillen aus stickstoffhaltigem Gußeisen

Info

Publication number: DE2807930C2
Application number: DE19782807930
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing.(grad.) 8500 Nürnberg Caspers
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1978-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1982-07-15
Also published as: YU44679A; HU179761B; DE2807930A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schleudergießkokillen aus stickstoffhaltigem Gußeisen.

Zweck der Erfindung ist es, die Zeitstandfestigkeit von Werkstücken zu erhöhen, die hoher thermischer Beanspruchung ausgesetzt sind, wie es insbesondere für metallische Gießkokillen zutrifft Durch die Erfindung soll die Verschwendung von Material und Arbeitszeit eingedämmt werden, indem wesentlich mehr Abgüsse je Kokille zugelassen werden können.

Durch die DE-OS 16 08 409 ist es bekannt, einem Gußeisen zur Erhöhung seiner Temperaturwechselbeständigkeit Stickstoff und Stickstoffbinder zuzusetzen. Der Stickstoff wird in Form einer chemischen Verbindung, z. B. Dicyandiamid in Tablettenform der Schmelze zugeführt. Durch Crackprozesse wird elementarer Stickstoff frei, der in der Gußeisenschmelze gebunden wird und wärmebeständige Nitride bildet. Eine solche Maßnahme wirkt sich zwar günstig auf die Vermeidung von Rißbildung aus, jedoch leidet darunter die Maßhaltigkeit, da mit den aufgezeigten Maßnahmen ein homogenes mit Nitriden beladenes Gefüge entsteht, welches eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, was in der Kokille Anlaß zu thermischen Verformungen gibt

Es ist ferner allgemein bekannt stickstoffhaltige Binder in Formstoffen für Gießformen anzuwenden, w> welche bei dem Einguß der Schmelze Stickstoff abspalten, welcher sich an der Oberfläche der Gußstücke anreichert und teilweise Anlaß zur Bildung von sogenannten »Pinholes« gibt. Solche Gießformen führen zwar zu erhöhten Stickstoffgehalten an der *« Oberfläche der daraus hervorgehenden Gußstücke, jedoch wird die Wärmeleitfähigkeit und damit zusammenhängend die Maßhaltigkeit negativ beeinflußt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung von Schleudergießkokillen zu entwickeln, bei dem sich die Kokille nach außen durch hohe Maßhaltigkeit und nach innen zur Schmelze hin durch hohe Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Gußeisenschmelze mit einem Gehalt an Chrom, Molybdän und Vanadium aus einem Schrottanteil von 60 bis 70 Gewichtsprozent in der Gattierung unter Zusatz von Aufkohlungsgraphit mit einem physikalisch gebundenen Gehalt an Stickstoff von 1200 bis 1700 ppm in einem Netzfrequenztiegelofen saurer Zustellung erschmolzen wird, daß die Schmelze sodann mit Wolfram, Niob und Titan legiert wird, und zwar so, daß Wolfram, Titan und Vanadium in einer Summe von 0,25 bis 0,4 Gewichtsprozent vorliegen und Molybdän, Niob und Chrom einen Gewichtsanteil von 1,6 bis 1,8% bilden, und daß diese Schmelze darauffolgend in eine Gießform vergossen wird, die an den Stellen, an denen die Schleudergießkokille erhöhte Stickstoffgehalte aufweisen so!!, aus Formstoff mit stickstoffhaltigem Kunstharzbinder besteht, welcher 10 bis 15 Gewichtsprozent Stickstoff in chemisch gebundener Form enthält

Ein Verfahren dieser Art beinhaltet den Vorteil, daß bei Anwendung relativ billigen Ausgnngsmaterials und nicht zu hohen Anteilen an teuren Legierungselementen Werkstücke, insbesondere Gießkokillen so hergestellt werden können, daß sie in bestimmten Bereichen hoher Beanspruchung durch wechselnde Wärmespannung dieser Beanspruchung gezielt angepaßt werden können und überdies hohe Maßhaltigkeit aufweisen. Bisherige Verfahren zielten im Gegensatz zur Erfindung auf eine Erhöhung der Wärmeleitzahl im gesamten Werkstück durch Zugabe geeigneter Legierungsbestandteile ab. Da aber eine Beeinflussung der Wärmeleitzahl durch Legierungsmaßnahmen nicht wesentlich beeinflußbar ist und dadurch meist die Zeitstandfestigkeit des Werkstoffes litt, waren solche Maßnahmen untauglich. Das erfindungsgemäße Verfahren dagegen bietet den Vorteil, daß speziell in den Zonen größter thermischer Beanspruchung ein Gefüge hoher Temperaturwechselfestigkeit entsteht, wobei allerdings die Wärmeleitfähigkeit etwas abnimmt, wobei allerdings die Wärmeleitfähigkeit etwas abnimmt, was eine leichte Zunahme des Temperaturgradienten zur Folge hat. Dieser unangenehme Nebeneffekt wird aber durch die Zunahme der Temperaturwechselbeständigkeit durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen bei weitem wieder ausgeglichen und dies insbesondere gezielt in den Bereichen, in denen erfahrungsgemäß die höchsten Temperaturgradienten zu erwarten sind. Im Außenbereich der Kokille liegt ein Gefüge mit verringertem Nitridgehalt vor, jedoch steigt von innen nach außen der Gehalt an elementarem Kohlenstoff, was eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit mit sich bringt mit dem Erfolg, daß durch geringere thermische Verformung die Maßhaltigkeit günstig beeinflußt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Kern, welcher aus einem mit stickstoffspendendem Mantel umhüllten Stahlrohr gebildet wird, wobei der Mantel eine Dicke von 50 bis 80 mm aufweist.

Dies beinhaltet den Vorteil, daß durch die geringe Wärmeträgheit der kunstharzgebundenen Schicht infolge ihrer geringen Schichtdicke von nur 50 bis 80 mm eine rasche Erwärmung eintritt, was die Freisetzung von

enormen Mengen an Stickstoff bewirkt, welcher durch Crackprozesse des Kunstharzes beim Erhitzen frei wird. Dieser Stickstoff legiert sich mit der angrenzenden Schmelze zum Teil unter Bildung von Nitriden und trägt damit gezielt zur Erhöhung der Temperaturwechselbeständigkeit in vorbestimmten Bereichen bei.

Das Verfahren ist am Beispiel der Herstellung von Gießkokillen für Zylinderlaufbüchsen erläutert Die Form zur Herstellung einer Gießkokille ist in einer Zeichnung dargestellt.

Die Figur zeigt einen Querschnitt einer Gießform zur Herstellung einer Gießkokille.

Die offene Gießform Für den Abguß von Gießkokillen für Zylinderlaufbüchsen besteht aus einer Form, die im Kaltharz-Verfahren unler Verwendung von Phenolharz als Bindemittel erzeugt wird sowie im Kaltharz-Verfahren mit stickstoffreichem Furanharz hergestellten Kernen. Kern 1 und Form 2 werden in der bekannten Weise zu einer Gießform mit dem Hohlraum G zusammengesetzt, wobei zur schnellen Füllung und gleichmäßigen Formstoffaufheizung sowie Vergasung der Kembindestoffe der Einguß 3 direkt im Speiser 4 keilförmig angeordnet ist Die Sprengkerr; 5 (6 Stück) dienen zur stärkeren Stickstoffanreicherung der Bodenfläche der Gießkokille unterhalb des Speisers und zur leichteren Abtrennung desselben.

Zwecks Vermeidung von Gußfehlern an der Oberfläche sind die Kerne mit einem dünnen Schlichteüberzug (mineralische Grundstoffe), der das Porenvolumen des Formstoffes jedoch nicht völlig verschließt, überzogen. Die Form wird demgegenüber mit einem dicken Schlichteüberzug versehen, so daß das Porenvolumen weitgehend verschlossen und eine gute Isolation erreicht wird.

Zur Herstellung der Schmelze wird ein 1,5-t-Netzfrequenztiegelofen mit saurer Zustellung verwendet.

Eingesetzt werden in den Ofen 65% Stahlschrott, 27% Kreislaufmaterial, 2,0% Siliciumkarbid und 3,0% Aufkohlungsgraphit mit 1200 bis 1700 ppm Stickstoff. Eine Restmenge an Aufkohlungsgraphit (ca. 1/4) wird gleichzei'^:g mit dem Ferrochrom (0,7 Gewichtsprozent). Ferromolybdän (1,9 Gewichtsprozent) und Ferrovanadin (0,4 Gewichtsprozent) mit 0,1 Gewichtsprozent Ferroniob während der Überhitzung der Schmelze von 1700 auf 1800 K zugegeben, so daß reproduzierbar hohe und gleichmäßige Stickstoffgehalte in der Schmelze erzielt v/erden.

Die Impfung erfolgt mit 0,25 bis 035 Gewichtsprozent Aufkohlungsgraphit beim Abstich in die Gießpfanne.

Die in den Tabellen 1, 2 angegebenen Kenngrößen wurden an Proben aus den Speisersegmenten der Innen- und Außenzone der Gießkokillen ermittelt und erläutern Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei der

ίο chemischen Zusammensetzung besteht der Rest bis zu 100% natürlich aus Eisen. Auf Grund der Grenzflächenreaktionen, Abkühlungs- und Erstarrungsgeschwindigkeit sowie der Ausscheidungs- und Steigerungsvorgänge kommt es in der Innenzone zu den hohen Stickstoffgehalten, die mit etwa 10 ppm pro cm zur Außenzone hin abnehmen. Stickstoffgehalt und Legierungselemente bewirken in der Innenzone eine regellose Verteilung von Carbiden und Nitriden, die etwa 20 bis 40% Flächenanteil ausmachen. Die Graphitmenge wird gesenkt und die Ausbildung verfeinert Probe 4 zeigt die Verteilung der Legierungselemente bei konventioneller Ha stellung. Innen- und Außenzone weisen insbesondere in Hinblick auf die Verteilung des Stickstoffes keine merkbaren Unterschiede auf.

Die Struktur und Eigenschaften werden in Abhängigkeit von der Wanddicke somit den Beanspruchungen weitgehend angepaßt. In der Innenzone der Gießkokille treten im Vergleich zum normalen Hämatitgußeisen

jo sehr hohe Festigkeitseigenschaf'en auf, was für die Temperaturwechselbeständigkeit von ausschlaggebender Bedeutung ist In der Außenzone wird auf Grund der größeren Graphitmenge und der geringen Flächenanteile an Carbiden und Nitriden in der perlitischen Grundmasse eine gute Wärmeleitfähigkeit erzielt. Durch diese Variation der Eigenschaften wird der Entstehung der Wärmeschock- und Wärmeermüdungsrisse entgegengewirkt Die Haltbarkeit derartiger Gießkokillen schwankt zwischen 700 bis 1400 Abgüssen pro Kokille bei den vorliegenden Beanspruchungen, im Gegensatz zu den nach konventionellen Methoden gefertigten Gießkokillen, die nur 200 bis 500 Abgüsse erlauben.

Tabelle 1	Zone 1	auUcn	/.nne 2	außen	Zone 3	außen	Zone 4	außen
Zusammensetzung	innen	3.73	innen	3.72	innen	3.74	innen	3,68
	3.69	1.79	3.76	1.72	3,65	1,75	3.72	1,75
	1,74	0.66	1.67	0.65	1,80	0.67	1.80	0.73
Kohlenstoff, %	0,65	0.07	0.68	0.04	0.69	0,06	0.7J	0.Ov)
Silicium. %	0.06	0.110	0.05	0.105	0.05	0,09	0.05	0.09
Mangan. %	0,105	0.05	0.108	0.05	0.09	0,05	0.08	0.05
Phosphor, %	0.05	0.36	0.05	0.400	o,o;	0,35	0,05	0.13
Schwefel. %	0.39	1.28	0.350	1,230	0,33	1.21	0,12	0.09
Niob, ",.,	1.26	0.21	1.190	0.30	1,18	0.29	0.08	0.005
Chrom. %	0.25	0.025	0.28	0.034	0.35	0.030	0.005	-
Molybdän, V	0.030	0.020	0.031	0.024	0.027	0,025	-	0.009
Vanadin. %	0.018	100	0.022	95	0.021	85	0.007	70
Wolfram. %	160		165		155		95
Titan, %
Stickstoff, nnm

Tabelle 2

Cieluge. (jgenschaftcn

	Zone I	1185	λ U He η	/one 2	KW	a u Lk- η	/one 3	1236	μ U lie n	/one 4	5 5 5	iiiiUen
	innen			innen			innen			innen
[•'lächenanleil an:			10		I Blatt Zeichn	20			15			-
Carbiden/Nitriden. %	30		90	40		80	35		85	-		100
Perl it. \	70	3 4	60	3-4	65	3 4	100	2 -3
(irapliituröBe	5 6	2^l)5	5-6	275	5-6	315	3-4	205
Zugfestigkeit, N/mm	VH)	1050	365	^l)75	405	1235	225	705
Druckfestigkeit. N/mm	1235	12.3	1200	11.7	1385	12.')	755	⁽).X
Klastmtätwrmdol K)¹. N/mnr	14.1	2.05	13.8	2.00	14.')	1.¹K)	10.6	1.75
lirinellhiirte. kN/mnr \i :;~,.,\.,.iC.;h,.,i* ·.-.;! U./m kf	2.55	5(κ3	2.60	56.5	2.50		1.85	57.0
bei 300 K	45.0	43.4	43.5	36.X	-	37.0	53.8	45.0
bei ^l>00 K	33.3		34.8		35.0		38.8
Stand/eil
ι Abüüsse/kokiilel	Hierzu '	ungen
4

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schleudergießkokillen aus stickstoffhaltigem Gußeisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gußeisenschmelze mit einem Gehalt an Chrom, Molybdän und Vanadium aus einem Schrottanteil von 60 bis 70 Gewichtsprozenten in der Gattierung unter Zusatz von Aufkohlungsgraphit mit einem physikalisch ι ο gebundenen Gehalt an Stickstoff von 1200 bis 1700 ppm in einem Netzfrequenztiegelofen saurer Zustellung erschmolzen wird, daß die Schmelze sodann mit Wolfram, Niob und Titan legiert wird, und zwar so, daß Wolfram, Titan und Vanadium in '5 einer Summe von 0,25 bis 0,4 Gewichtsprozent vorliegen und Molybdän, Niob und Chrom einen Gewichtsanteil von 1,6 bis 1,8% bilden, und daß diese Schmelze darauffolgend in eine Gießform vergossen wird, die an den Stellen, an denen die Schleudergießkokille erhöhte Stickstoflfeehalte aufweisen soll, aus Formstoff mit stickstoffhaltigem Kunätharzbinder besteht, welcher 10 bis 15 Gewichtsprozente Stickstoff in chemisch gebundener Form enthält

2. Gießform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kern (1), welcher aus einem mi? stickstoffspendendem Mantel umhüllten Stahlrohr (6) gebildet wird, wobei der Mantel eine Dicke von 50 bis 80 mm aufweist.

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