11/12 - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010) HEFT 11/12
Das Impfen von Gusseisen mit Kugelgraphit
Inoculation of Ductile Cast Iron
Dr.-Ing. Wolfgang Knothe,
Studium und Dr.-Ing. Promotion an der Bergakademie
Freiberg 1978. Eintritt in die Walter
Hundhausen GmbH & Co.KG, Schwerte, dort
Tätigkeiten als Betriebsleiter für die Giessereibereiche
Gusseisen mit Kugelgraphit und Aluminium;
1995 Berufung in die Geschäftsführung
der Walter Hundhausen GmbH, später
Mitglied der Georgsmarienhütte Holding,
Hamburg; hier zuständig für Prozess- und Produktentwicklung.
Seit 2009 Leiter Technologiezentrum Eisenguss der Franken Guss
Kitzingen GmbH & Co. KG.
3. Prozessanalyse des Impfens
Rückwirkend aus den erwarteten Werkstoffeigenschaften im
Gussstück betrachtet, steht die Impfung in einer Wechselbeziehung
zwischen dem Zustand der Schmelze und dem Impfmittel.
3.1. Aufbau der Impfmittel
Eine aktuelle Übersicht der Impfmittel beschreibt J. Pearce [1]
und klassifiziert (Bild 2) typische Zusammensetzungen von
Impfmitteln.
1. Zielstellung
Der Werkstoff Gusseisen mit Kugelgraphit kann nur dann seine
volle Leistungsfähigkeit entfalten, wenn die Verfahrenstechnik
nicht nur die Kugelbildung sichert, sondern auch den präzisen
Zeitpunkt der Graphitausscheidung im Gussstück.
Die Impfung von Gusseisen mit Kugelgraphit ist für die Einstellung
der Werkstoffeigenschaften im Gusszustand von fundamentaler
Bedeutung.
Zielstellung der vorliegenden Untersuchung ist deshalb
nicht nur die Messung der Wirkung, sondern der Ursache der
Impfung.
Der Anspruch einer Großserienfertigung liegt in der Gleichmäßigkeit
des Prozesses und damit dem Ergebnis im Gussstück.
Die Impfung ist Bestandteil des Prozesses und der Aufbau
des Impfmittels ist auf die Wirkung im Gussstück ausgerichtet;
sie ist sicher nicht zur Korrektur verfahrens-technischer Abweichungen
geeignet.
2. Übersicht
Bild 1 zeigt die komplexe Situation des Impfens, ausgehend
vom Impfmittel zu dem Impfverfahren. Die Impfung von Gusseisen
mit Kugelgraphit beeinflusst unmittelbar im Bereich der
Erstarrung die Gefügeausbildung mit: Kugelzahl, Größe der eutektischen
Zellen und indirekt die Ferrit-Perlitanteile.
Bild 2: Zusammensetzung von Impfmitteln
Entscheidend ist: alle Impfmittel enthalten zwischen 50 und
70 % Silizium! Silizium mit seiner hohen Affinität zum Eisen
fördert die Ausscheidung des Kohlenstoffs.
Elemente, wie z.B. Mangan, beeinflussen den Schmelzpunkt
des Impfmittels und damit die Aktivität in Abhängigkeit zur
Impftemperatur und Zeitspanne des Erstarrungsbeginns.
Ganz im Gegensatz dazu wirken Seltene Erden wie Cer oder
auch Wismut signifikant auf den Erstarrungsverlauf; d.h. aus
ihrem Einfluss auf die Unterkühlung bewirken sie einen Behandlungs-,
nicht aber einen Impfeffekt.
Spätestens hier wird klar, dass sich Behandlungszustände
und Impfeffekte ergänzen müssen.
3.2. Wirkung der Impfung
Die Zugabe des Impfmittels hat durch den bestimmenden Anteil
von Silizium eine Doppelwirkung: Sie löst primär die
Grauerstarrung aus und wirkt sekundär durch Legierungswirkung
im Ferrit (Bild 3).
Bild 1: Übersicht der Impftechnik
In der Praxis hat sich bestätigt, dass die Impfung den Prozess
vom Abstich über den Gießprozess bis in die Phase der Erstarrung
begleiten muss; insbesondere die Doppelimpfung: Gießgefäß
– Gießstrahl, hat sich zur Gewährleistung der vollständigen
Grauerstarrung auch für dünnwandige Gussteile bewährt.
Dabei kann die Impfung im Gießgefäß auch über die Badoberfläche
erfolgen!
Bild 3: Impfwirkungen
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