INHALTSVERZEICHNIS VORWORT I.NACH VORNE VI.BEARBEITBARKEIT VIIWÄRMEBEHANDLUNG |
Startseite ABSCHNITT V. GLEICHTGEGIESSENE LEGIERUNGEN EINFÜHRUNGSILIZIUM-MOLYBDEN-DUKTILE EISENWirkungen von SilikonWirkung von MolybdänHochsilizium mit MolybdänAnwendungenProduktionsanforderungenAUSTENITISCHES DUKTILEISENSpezifikationen und EmpfehlungenMechanische EigenschaftenElastische EigenschaftenStärke und DehnungTiefe TemperatureigenschaftenHohe TemperatureigenschaftenThermische ZyklenbeständigkeitOxidations-undThermokorrosionsbeständigkeitGallundThermoKorrosionsbeständigkeitGallenbeständigkeit |
EINFÜHRUNG Drei Familien von duktilen Gusseisenlegierungen - austenitisch (hoher Nickel - Ni - Resist), bainitisch und ferritisch (hoher Silizium-Molybdän) - wurden entwickelt, um entweder besondere Eigenschaften zu bieten oder die Anforderungen von Betriebsbedingungen zu erfüllen, die für konventionelle oder austemperierte duktile Eisen. Während konventionelle und austemperierte Sphärogusseisen begrenzte Prozentsätze an Legierungselementen enthalten, um hauptsächlich die gewünschte Mikrostruktur bereitzustellen, enthalten duktile Legierungsgusseisen wesentlich höhere Legierungsanteile, um verbesserte oder spezielle Eigenschaften bereitzustellen. Der hohe Siliziumgehalt in Kombination mit Molybdän verleiht den ferritischen Sphärogussteilen überlegene mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen und eine verbesserte Beständigkeit gegen Hochtemperaturoxidation. Der hohe Nickelgehalt des austenitischen Sphärogusses in Verbindung mit Chrom in bestimmten Güten sorgt für verbesserte Korrosionsbeständigkeit, hervorragende mechanische Eigenschaften sowohl bei erhöhten als auch niedrigen Temperaturen und kontrollierte Ausdehnung sowie magnetische und elektrische Eigenschaften. Bainitisches Eisen wird dort verwendet, wo hohe Festigkeit und gute Verschleißfestigkeit entweder im gegossenen Zustand oder wärmebehandelt mit 1 - 3% Legierung (Ni und Mo) erreichbar sind. Die bainitischen Eisen werden nicht so häufig verwendet wie die austenitischen oder Si-Mo-Sphäroguss, daher werden sie in diesem Kapitel nicht behandelt. Der Leser wird ermutigt, uns für weitere Informationen zu kontaktieren oder andere Veröffentlichungen wie das"Iron Castings Handbook" erhältlich über die American Foundrymen's Society. Zurück nach oben SILIZIUM-MOLYBDEN-DUKTILE EISEN Sphäroguss aus Legierungen mit 4-6% Silizium, entweder allein oder in Kombination mit bis zu 2 % Molybdän, wurden entwickelt, um die steigende Nachfrage nach hochfesten duktilen Gusseisen für den Betrieb bei hohen Temperaturen in Anwendungen wie Abgaskrümmern oder Turboladergehäusen zu erfüllen. Die für solche Anwendungen erforderlichen primären Eigenschaften sind Oxidationsbeständigkeit, strukturelle Stabilität, Festigkeit und Beständigkeit gegenüber thermischen Zyklen. Diese unlegierten Güten behalten ihre Festigkeit bis zu mäßigen Temperaturen (Abbildungen 3.21,3.22,3.23), verhalten sich gut bei niedrigen bis mäßigen Temperaturwechselbelastungen (Abbildung 3.37) und weisen eine Beständigkeit gegenüber Wachstum und Oxidation auf, die der von unlegiertem Grauguss überlegen ist (Tabelle 3 1). Ferritische duktile Gusseisen weisen aufgrund der Stabilität der Mikrostruktur bei hohen Temperaturen ein geringeres Wachstum auf. Das Legieren mit Silizium und Molybdän verbessert die Hochtemperaturleistung von ferritischen Sphärogussteilen erheblich, während viele der Produktions- und Kostenvorteile konventioneller Sphärogussteile erhalten bleiben. Zurück nach oben Wirkung von Silizium Silizium verbessert die Leistung von duktilem Eisen bei erhöhten Temperaturen, indem es die ferritische Matrix stabilisiert und eine siliziumreiche Oberflächenschicht bildet, die die Oxidation verhindert. Die Stabilisierung der Ferritphase reduziert das Hochtemperaturwachstum auf zwei Arten. Erstens erhöht Silizium die kritische Temperatur, bei der Ferrit in Austenit umgewandelt wird (Abbildung 5.1). Die kritische Temperatur gilt als die obere Grenze des nutzbaren Temperaturbereichs für ferritische Gusseisen mit Kugelgraphit. Oberhalb dieser Temperatur kann die mit der Umwandlung von Ferrit in Austenit verbundene Ausdehnung und Kontraktion zu Verformungen des Gussstücks und Rissbildung der Oberflächenoxidschicht führen, was die Oxidationsbeständigkeit verringert. Zweitens stabilisiert die starke Ferritisierungsneigung von Silizium die Matrix gegen die Bildung von Karbiden und Perlit, wodurch das mit der Zersetzung dieser Phasen bei hoher Temperatur verbundene Wachstum reduziert wird. Der Oxidationsschutz von Silizium nimmt mit steigendem Siliziumgehalt zu (Bild 5.2). Siliziumgehalte über 4% sind ausreichend, um eine signifikante Gewichtszunahme nach der Bildung einer anfänglichen Oxidschicht zu verhindern. Tabelle 5.1 Einfluss von Silizium und Molybdän auf die Hochtemperatur-Zug- und Zeitstandfestigkeiten von ferritischem Sphäroguss. MaterialZugfestigkeit ksi(MPa)Spannungsbruch ksi (MPa)800oF 425oC1000oF 540oC1200oF 650oC1000oh @ 1000oF 540oCGray Eisen37(255)25(173)12(83)5.9(41)60-40-18 DI40(276)25(173)13( 90)8,3(57)4% Si DI56(386)36(248)13(90)10(69)4% Si - 1% Mo DI61(421)44(304)19(131)14(97)4% Si - 2% Mo DI65(449)46(317)20(138)17(117)Graues Eisen:Unlegiert, stressfrei.Sphäroguss:Unterkritisch geglüht bei 1450oF (788oC). Silizium beeinflusst die mechanischen Eigenschaften von duktilem Eisen bei Raumtemperatur durch Mischkristallhärtung der Ferritmatrix. Abbildung 5.3 zeigt, dass eine Erhöhung des Siliziumgehalts die Streckgrenze und Zugfestigkeit erhöht und die Dehnung verringert. Bei Siliziumgehalten über 6% kann das Material für technische Anwendungen, die einen beliebigen Grad an Zähigkeit erfordern, zu spröde werden. Somit wird die beste Kombination aus Hitzebeständigkeit und mechanischen Eigenschaften durch Siliziumgehalte im Bereich von 4-6% bereitgestellt. Die Festlösungs-Verstärkungswirkung von Silizium hält bis zu Temperaturen von bis zu 1000 anoF (540oC) oberhalb dieser Temperatur verringert sich jedoch auch die Zugfestigkeit von Legierungen mit hohem Siliziumgehalt (Tabelle 5.1). Die Abbildungen 5.4 und 5.5 veranschaulichen die Hochtemperatur-Kriech- und Spannungsbruchfestigkeiten, die in ferritischem Sphäroguss mit 4% Silizium erhalten werden. Zurück nach oben Wirkung von Molybdän Molybdän, dessen günstige Wirkung auf die Kriech- und Spannungsbrucheigenschaften von Stählen bekannt ist, hat auch einen ähnlichen Einfluss auf duktiles Gusseisen. Die Abbildungen 5.6 und 5.7 zeigen, dass die Zugabe von 0,5 % Molybdän zu ferritischem Sphäroguss zu signifikanten Steigerungen der Kriech- und Spannungsbruchfestigkeiten, was zu Hochtemperatureigenschaften führt, die denen eines Stahlgusses mit 0,2 % Kohlenstoff und 0,6 % Mangan vergleichbar sind. Zurück nach oben Hoher Siliziumgehalt mit Molybdän Die Zugabe von bis zu 2 % Molybdän zu 4 % Silizium Sphäroguss führt zu einer deutlichen Erhöhung der Hochtemperatur-Zugfestigkeit (Tabelle 5.1), der Spannungsbruchfestigkeit (Tabellen 5.1 und 5.2 und Abbildung 5.5) und der Zeitstandfestigkeit (Abbildung 5.4). Molybdänzusätze im Bereich von 0-1% zu siliziumreichen duktilen Eisen haben sich als sehr wirksam bei der Erhöhung der Beständigkeit gegen thermische Ermüdung erwiesen (Tabelle 5.3 und Abbildung 3.37). Tabelle 5.2 Einfluss von Silizium und Molybdän auf die Spannungsbruchfestigkeit von ferritischen duktilen Gusseisen. |
Eisenart | Temperatur, | Stress bis zum Bruch | |
| 100 h | 1000 h | ||
2,2 % Si | 650 | 40 (5.8) | 20 (2.9) |
4% Si | 650 | 28 (4.1) | |
4% Si | 705 | 19 (2.7) | 12 (1.7) |
4% Si | 815 | 7 (1.0) | |
Zurück nach oben Tabelle 5.3 Einfluss von Silizium und Molybdän auf das Temperaturwechselverhalten von ferritischem Sphäroguss. EisentypTemperaturwechsel, oCZyklen bis zum Ausfall2,1% Si200 - 650803,6% Si 3,6% Si 0,4% Mo200 - 650 200 - 650173 3754,4% Si 0,2% Mo 4,4% Si 0,5% Mo200 - 650 200 - 650209493Zurück nach oben Anwendungen Sphärogusseisen mit hohem Silizium-Molybdän-Gehalt bieten dem Konstrukteur und dem Endverbraucher eine Kombination aus niedrigen Kosten, guter Hochtemperaturfestigkeit, überlegener Oxidations- und Wachstumsbeständigkeit und guter Leistung unter Temperaturwechselbedingungen. Infolgedessen waren diese Materialien bei Anwendungen mit Betriebstemperaturen im Bereich von 1200-1500 . sehr kostengünstigoF (650-820oC) und wo Temperaturwechsel mit geringer bis mittlerer Schwere auftreten können. Sphäroguss mit 4 % Silizium und 0,6–0,8 % Molybdän werden derzeit für zahlreiche Krümmer und Turboladergehäuse von Kraftfahrzeugen spezifiziert. Eisen mit hohem Siliziumgehalt mit 1% Molybdän werden für spezielle Hochtemperatur-Auspuffkrümmer und Wärmebehandlungsgestelle verwendet. Zurück nach oben Produktionsanforderungen Sphäroguss mit hohem Silizium-Molybdän-Gehalt kann von jeder kompetenten Gießerei für duktiles Eisen, die über eine gute Prozesskontrolle verfügt, erfolgreich hergestellt werden, vorausgesetzt, dass die folgenden Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. KohlenstoffDie Werte sollten im Bereich von 2,5 bis 3,4% gehalten werden. Der Kohlenstoffgehalt sollte reduziert werden, wenn der Siliziumgehalt und die Abschnittsgröße zunehmen. Siliziumkann je nach Anwendung zwischen 3,7 und 6% variieren. Eine Erhöhung des Siliziumgehalts verbessert die Oxidationsbeständigkeit und erhöht die Festigkeit bei niedrigen bis mittleren Temperaturen, verringert jedoch die Zähigkeit und Bearbeitbarkeit. MolybdänGehalte bis zu 2% können verwendet werden. Eine Erhöhung des Molybdängehalts erhöht die Hochtemperaturfestigkeit und verbessert die Bearbeitbarkeit, verringert jedoch die Zähigkeit und kann sich unter Bildung von Korngrenzenkarbiden entmischen. Andere perlit- und karbidstabilisierende Elemente sollten so gering wie möglich gehalten werden, um eine karbidfreie ferritische Matrix zu gewährleisten. Es sollten normale Knollenbildungs- und Impfverfahren verwendet werden, aber die Gießtemperaturen sollten höher sein als bei normalem Sphäroguss. Erhöhte Schlackemengen erfordern gute Anguss- und Gießverfahren, und eine erhöhte Schrumpfung erfordert größere Steigrohre. Gussteile müssen sorgfältig ausgeschüttelt und gehandhabt werden, um Brüche zu vermeiden, und alle Gussteile sollten wärmebehandelt werden, um die Zähigkeit zu verbessern. Gussteile werden üblicherweise einer unterkritischen Glühung unterzogen - 4 Stunden bei 1450 ° CoF (790oC) und Ofen auf 400 . abgekühltoF (200oC) - jedoch ist ein vollständiges Glühen erforderlich, wenn die Matrix erhebliche Mengen an Karbiden und Perlit enthält. Die Bearbeitbarkeit ist ähnlich wie bei normalen perlitischen/ferritischen Sphärogusseisen mit Härtewerten im Bereich von 200-230 BHN. Zurück nach oben AUSTENITISCHE DUKTILEISEN Eine Familie austenitischer, hochlegierter duktiler Gusseisen, die durch den Handelsnamen gekennzeichnet sind& quot;duktiles Ni-Resist"werden seit vielen Jahren für eine Vielzahl von Anwendungen hergestellt, die besondere chemische, mechanische und physikalische Eigenschaften in Kombination mit der Wirtschaftlichkeit und einfachen Herstellung von Sphäroguss erfordern. Duktile Ni-Resist-Eisen mit 18-36% Nickel und bis zu 6% Chrom kombinieren Zugfestigkeiten von 55-80 ksi (380-550 MPa) und Dehnungen von 4-40% mit folgenden besonderen Eigenschaften: ● Korrosions-, Erosions- und Verschleißfestigkeit, ● gute Festigkeit, Duktilität und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, ● Zähigkeit und Tieftemperaturstabilität, ● kontrollierte Wärmeausdehnung, ● kontrollierte magnetische und elektrische Eigenschaften und ● gute Gieß- und Bearbeitbarkeit. Zurück nach oben Spezifikationen und Empfehlungen Tabelle 5.4 fasst die ASTM- und ASME-Spezifikationen für duktile Ni-Resist-Eisen zusammen und listet typische Anwendungen für jede Sorte auf. Abschnitt XII enthält weitere Informationen zu internationalen Spezifikationen für diese Materialien. Die für jede Klasse aufgeführten Anwendungen profitieren von den folgenden allgemeinen Merkmalen. Typ D-2, die am häufigsten verwendete Sorte, wird für Anwendungen empfohlen, die Beständigkeit gegen Korrosion, Erosion und Reibungsverschleiß bis zu Temperaturen von 1400 erfordernoF (760oC). |
