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Die Darstellung in Bild 5 unterstreicht den Einfluss der chemischen Zusammensetzung des Impfmittels auf die Graphitform. Bei der Auswertung in Bild 5 wird deutlich, dass die Wirkung des Impfmittels 1, welches für den Einsatz bei siliciumlegiertem EN-GJS nicht geeignet ist, durch die Zugabe von 1,2 % metallischem Wismut wesentlich verbessert werden kann. Der Anteil an den Graphitformen V und VI im Grundgefüge erreicht die Größenordnung, die mit dem Impfmittel 2 (siehe Bild 5) erzielt wird. Die Erhöhung der Bi-Zugabemenge auf 9,4 % (Impfmittel 9 in Bild 5) erbrachte keine Verbesserung in der Graphitform. Eine weitere Möglichkeit, die Wirkung eines Impfmittels zu verbessern, ist die Optimierung der Zugabemenge. Am Beispiel eines Impfmittels ist die Wirkung einer geänderten Impfmittelmenge exemplarisch wiedergegeben (Bild 6). Bei steigenden Impfmittelmengen verbessert sich die Graphitausbildung erheblich. 0,15 % des Impfmittels 4 führen zu 20 % akzeptierbaren Graphitformen, bei der 4-fachen Zugabemenge des Impfmittels 4 erhöht sich der Anteil der Graphitformen V und VI auf 60 %. Neben den Graphitformen wird auch die Anzahl der Graphitkugeln, in der vorliegenden Auswertung als Graphitpartikel bezeichnet, von der chemischen Zusammensetzung des Impfmittels beeinflusst. Wie in Bild 7 deutlich wird, ist die Erstarrungsgeschwindigkeit (im Bild 7 als Wanddicke gekennzeichnet) die dominierende Größe. Bei Verwendung des Impfmittels 2, welches auch die günstigsten Graphitformen produziert hat, werden gleichzeitig die meisten Graphitpartikel gemessen. Auftreten von Abweichungen in der Graphitform bei hohen Si-Gehalten Bei den siliciumlegierten EN-GJS-Werkstoffsorten können abhängig von der Erstarrungsgeschwindigkeit (Wanddicke) und dem Impfzustand Abweichungen von den Graphitformen V und VI auftreten, die die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflussen. Als Beispiele sind stellvertretend die mechanischen Eigenschaften und Graphitformen in einer 20-mm-Wand der Flügelprobe mit vergleichbarem Si-Gehalt von 4,1 % und unterschiedlichen Impfmitteln in Bild 8 aufgeführt. Darin sind die durch das verwendete Bildanalysesystem klassifizierten Graphitformen verschieden gefärbt, wobei die für siliciumlegiertes EN-GJS typischen Graphitformabweichungen rot dargestellt sind. In Bild 8a sind ca. 10 % Formabweichungen dargestellt, Anteile von 3 % sind in Bild 8b für einen Si- Gehalt von 4,18 % wiedergegeben. Der Anteil an den Graphitformen V und VI beträgt bei dieser Probe etwa 40 %. Graphitform V + VI in % 60 50 40 30 20 10 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Impfmittelmenge in % 1500 1200 900 600 300 Graphitform V + VI bei 160 mm Wanddicke mit Impfmittel Nr. 4 Bild 6: Graphitform V + VI in der 160-mm-Wand bei verschiedenen Impfmittelmengen – die Impfmittelmenge beeinflusst die Graphitform. Graphitpartikel/mm 2 Graphitformen V + IV > 80 % Impfmittel: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 0 0 40 80 120 160 Wanddicke in mm Bild 7: Die Anzahl der Graphitpartikel hängt von der Zusammensetzung des Impfmittels ab. a Interne Probenbezeichnung Impfmittel Nr. R m Rp 0,2 in MPa Bruchdehnung in % in MPa F3.3 1 553 487 3,2 a F3.7 2 491 371 19,3 b Bild 8: a) 10 % Anteil an Graphitformabweichungen; b) 3 % Anteil an Graphitformabweichungen. b Bild Nr. Die in Bild 9 gezeigte Graphitform kann bei flüchtiger Betrachtung mit dem „Chunky-Graphit“ verwechselt werden, das Graphitwachstum unterscheidet sich jedoch vom Chunky-Graphit. Wie in [1] durch Untersuchungen mittels Raster- Elektronen-Mikroskop (REM) gezeigt, wächst Chunky-Graphit als zusammenhängender Körper, indem hexagonale Graphitplatten übereinandergeschichtet im Raum wachsen und sich verzweigen. Im siliciumlegierten EN-GJS sind die Graphitabweichungen zwischen Dendriten angeordnet, in denen sich normal ausgebildete Graphitkugeln befinden. Diese Anordnung ist mit dem bekannten D-Graphit GIESSEREI 100 08/2013 45
TECHNOLOGIE & TRENDS Bild 9: Beispiel von Abweichungen der Graphitform bei EN-GJS-600-10. Bild 10: Graphitformabweichungen in siliciumlegiertem EN-GJS. Bild 11: Verschleiß der Schneidkeramik an der Freifläche und Schnittparameter bei den Bearbeitungsversuchen. Standzeit in min 20 16 12 8 4 0 EN-GJS-500-7 EN-GJS-500-14 EN-GJS-600-3 EN-GJS-600-10 Bild 12: Vergleich der Werkzeugstandzeiten (auf 200 µm begrenzter Freiflächenverschleiß, Schnittgeschwindigkeit 240 m/min) der vier untersuchten Werkstoffe beim Längsdrehen. bei Gusseisen mit Lamellengraphit vergleichbar. D-Graphit wird auch unterkühlter Graphit genannt, weil bei der Kristallisation der Schmelze mittels thermischer Analyse eine größere Unterkühlung gemessen wird als z. B. bei der Ausscheidung von A- Graphit. Nach einer Tiefätzung des in Bild 9 gezeigten Gefüges und der Untersuchung mit dem REM ergibt sich ein Hinweis auf das Wachstum des Graphits. Im Gegensatz zum plättchenförmigen Wachstum des Chunky-Graphits besteht der Graphit aus aneinandergereihten kleinen Graphitkugeln (Bild 10). Die Vergleichbarkeit des Aussehens der Graphitanordnung mit dem D-Graphit in EN-GJL lässt vermuten, dass das Auftreten der Graphitabweichung durch eine stärkere Unterkühlung in der Abkühlungskurve entweder im Gussstück oder im Quick-Cup-Tiegel der thermischen Analyse angezeigt wird. Bei den Schmelzversuchen wurde jeweils ein Tiegel für die thermische Analyse abgegossen und im thermischen Zentrum der verschiedenen Wanddicken der Flügelprobe eine Abkühlungskurve aufgenommen. Bei den jeweiligen Abkühlungskurven wurden die Unterkühlungen und Erstarrungszeiten entsprechend der BDG-Richtlinie P 350 [2] ermittelt. Diese Merkmale wurden mit den Gefügemerkmalen der Graphitformen V und VI und den Abweichungen von der Graphitform korreliert. Dabei wurde festgestellt, dass keine statistisch gesicherte Beziehung zwischen diesen Größen besteht. Damit gibt die Abkühlungskurve bei siliciumlegiertem EN-GJS keine Hinweise auf eine vorliegende mögliche Graphitabweichung. Verringerungen der Schallgeschwindigkeit, mit denen die Graphitformabweichung im Gussstück detektierbar sein könnte, finden durch diese Graphitform nicht statt. 46 GIESSEREI 100 08/2013
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