11/12 - Verein österreichischer Gießereifachleute

HEFT 11/12 GIESSEREI-RUNDSCHAU 56 (2009)Gusseisen mit Vermiculargraphit –Modifikationsverhalten von Mg, Ce und Labei unterschiedlichen Impfzuständen*)Vermicular Graphite Iron –Modification Behaviour of Mg, Ce and La at different Inoculation StatesDipl.-Ing. Georg F. Geier, studierte an der MontanuniversitätLeoben Metallurgie mit denSchwerpunkten Gießereitechnik und Industriewirtschaft.Seit 2003 arbeitet er am ÖsterreichischenGießerei-Institut als wissenschaftlicherMitarbeiter.KurzfassungÜblicherweise wird die Modifikation der Graphitmorphologiezur Herstellung von Gusseisen mit Vermiculargraphitmittels FeSiMg-Vorlegierungen mit unterschiedlichen Gehaltenan Seltenerd-Metallen durchgeführt. Seltenerden selbstwerden immer wieder auch für eine „Vorkonditionierung“vor der eigentlichen Behandlung eingesetzt. Allerdings gibtes keine Untersuchung, die die Modifikationswirkung derHauptbestandteile dieser Legierungen –Mg, Ce und La –unterunterschiedlichen Impfbedingungen gegenüberstellt.Zum Verständnis von deren Wirkung und Wirkungsweisewurde das Modifikationsverhalten von Mg, Ce und La bezüglichder Graphitausbildung, des entstehenden Prozessfenstersfür GJV und der Weißerstarrungsneigung untersucht.Dazu wurden unterschiedliche Schmelzen mit jeweils nureinem, als Reinstoff zugegebenen Element modifiziert undbei unterschiedlichen Impfniveaus vergossen. Die so erhaltenenGefüge in Wandstärken von 5bis 40 mm wurden anschließendqualitativ und quantitativ ausgewertet, um sowohleine Aussage über das Modifikationsverhalten als auchüber die Weißerstarrungsneigung zu erhalten.AbstractDipl. Ing. Werner Bauer, Absolvent der MontanuniversitätLeoben, Fachrichtung Hüttenwesen.Seit 1977 wissenschaftlicher Mitarbeiteram Österreichischen Gießerei-Institut in Leoben,Fachrichtung Metallurgie und Werkstofftechnikder Gusseisen.Univ.Prof. Dipl-Ing. Dr. Peter Schumacher,Vorstand des Lehrstuhls für Gießereikunde,Department Metallurgie, Montanuniversität Leobenund Geschäftsführer des Vereins f. praktischeGießereiforschung –Österreichisches Gießerei-InstitutIn the production of vermicular graphite iron, graphite modificationis usually performed with FeSiMg-alloys containingvarious amounts of rare earth elements. Rare earth alloysare also used for „pre-conditioning“ preceding the actualmodification treatment. However, nocomparative data areavailable for the modification behaviour of the single elementsof these alloys, namely Mg, Ce and La.*) Auszug aus dem Vortrag von G. Geier anlässlich der 53. ÖsterreichischenGießereitagung vom 23./24. April 2009 in SalzburgIn order to enhance the understanding of the relative role ofthese elements in the modification process with industrialalloys, the modification behaviour of (pure) Mg, Ce and Lawas compared with regards to graphite modification, processwindow and chilling tendency. For this purpose, severalmelts were modified with single additions of these elementsat different inoculation levels and the resulting microstructuresof test pieces with 5to40mmthickness were evaluatedqualitatively and quantitatively in order to gain informationon their modification behaviour and their chilling tendency.1. EinleitungDie Produktionsmengen von Gusseisen mit Vermiculargraphit(GJV) sind in den letzten Jahren deutlich gestiegen, was hauptsächlichauf den Bedarf der Automobilindustrie nach einemWerkstoff mit erhöhten mechanischen Eigenschaften im Vergleichzu Gusseisen mit Lamellengraphit, bei gleichzeitig nochguter Wärmeleitfähigkeit, sowie günstigen Herstellbedingungenund –kosten zurückzuführen ist.Das Prozessfenster für die Modifikationsmittelmenge und Impfungist relativ eng und erfordert daher eine strenge Prozesskontrolle,da die Modifikation der Graphitmorphologie heuteüblicherweise mittels FeSiMg-Vorlegierungen mit unterschiedlichenGehalten an Seltenerd-Elementen durchgeführt wird[1]. Behandlungen nur mit Seltenerden in Form von Mischmetall[2] werden heute nur mehr selten, zumeist in China [3],durchgeführt. Seltenerden selbst werden immer wieder auchfür eine „Vorkonditionierung“ vor der eigentlichen Behandlungeingesetzt [4,5]. Allerdings gibt es keine Untersuchung,die die Modifikationswirkung der Hauptbestandteile dieser Legierungen–Mg, Ce und La –unter unterschiedlichen Impfbedingungengegenüberstellt.Zum Verständnis von deren Wirkung und Wirkungsweise wurdedas Modifikationsverhalten von Mg, Ce und La bezüglichder Graphitausbildung, des entstehenden Prozessfensters fürGJV und der Weißerstarrungsneigung untersucht. Dazu wurdenunterschiedliche Schmelzen mit jeweils nur einem, alsReinstoff zugegebenen Element modifiziert und bei unterschiedlichenImpfniveaus vergossen. Die resultierenden Gefügeausbildungenin Wandstärken von 5bis 40 mm wurden anschließendqualitativ und quantitativ ausgewertet.Das „ideale“ Behandlungsmittel (-element) sollte sowohl einbreites Prozessfenster für eine vorwiegende GJV-Bildung aufweisen,als auch eine geringe Neigung zur Weißeinstrahlungund zur Graphitentartung.Wie aus der Literatur [6, 7, 8, 9] bekannt ist, spielt auch derImpfzustand der Schmelze eine wichtige Rolle bei der Graphitmodifikation,weshalb dieser in der Produktion möglichst konstantgehalten werden muss. Daher wurde im Rahmen derUntersuchungen das Inmold-Verfahren zur Impfung angewandt.2. Experimentelle MethodenDie Basisschmelze mit der nominellen Zusammensetzung von3,4 %C,2,0 %Si, 0,23 %Mn, 0,023 %Pund 0,003 %S(alleAngaben in Gew.-%) wurde bei ca. 1.450 °C mit NiMg15, Ceoder LaNi48 behandelt.201