11/12 - Verein österreichischer Gießereifachleute

HEFT 11/12 GIESSEREI-RUNDSCHAU 57 (2010)
Abb. 6: Mg-Sb
Phasendiagramm [8]
Diskussion
Die Abkühlkurven zeigen Unterschiede in der Art der Wärmefreisetzung
der Proben auf. Während der eutektischen Erstarrung
nimmt die Temperatur der mit Sb legierten Probe kontinuierlich
ab (Abb. 2b), eine Rekaleszenz ist nicht zu beobachten.
Daraus lässt sich auf einen verbesserten Keimhaushalt der
mit Sb legierten Probe schließen. Dies spiegelt sich im Gefüge
mit einer um 25% höheren Kugelzahl und zahlreichen Graphitkugeln
mit hoher Nodularität wieder. Aufgrund ihrer glatten
Oberfläche ist davon auszugehen, dass diese zu einem frühen
Zeitpunkt der eutektischen Erstarrung frei in der Schmelze
gewachsen sind (Abb. 4b).
Untersuchungen im REM belegen, dass nicht nur MgS-haltige
Partikel, sondern auch noch MgSbS-haltige Partikel als
Kristallisatoren des Graphits gewirkt haben.
Mg und Sb können die temperaturstabile Phase Mg 3Sb 2 bilden.
Die Abb. 6 zeigt das Phasendiagramm des Systems Mg-Sb
mit der Phase Mg 3Sb 2, die bis 1245 °C temperaturstabil ist. Es
ist zu vermuten, dass Partikel dieser Phase als Keime für den
Graphit dienen und über lange Zeit in der Schmelze als Kristallisatoren
wirksam sind. Dem in der Restschmelze gelösten
Kohlenstoff im thermischen Zentrum eines dickwandigen
Bauteils stehen diese zusätzlichen Partikel zur Verfügung. Einer
Zwangserstarrung des gelösten Kohlenstoffs in Form von
CHG auf Grund von Keimarmut während der eutektischen Erstarrung
wird so entgegengewirkt.
Zusammenfassung
Die positive Wirkung geringer Mengen Sb zur Vermeidung
von CHG in dickwandigen Bauteilen ist hinlänglich
bekannt, die Wirkungsweise ist allerdings ungeklärt.
Versuche mit hohen Zugabemengen an Sb wurden
zur Beleuchtung dieser Fragestellung durchgeführt.
Das Spurenelement Sb konnte in Zentren von Graphitkugeln
in Zusammenhang mit Mg nachgewiesen werden.
Es scheint, dass Sb und Mg temperaturstabile Keime
des Typs Mg 3Sb 2 bilden und diese im Zentrum langsam
erstarrender Gussteile wirksam sind. Der in der
Restschmelze angereicherte Kohlenstoff findet damit genügend
potentielle Keimstellen und kann als Kugelgraphit
wachsen. Dafür sprechen die Auswertung der
Thermoanalyse und die Untersuchungen im REM mit
WDX.
Literatur
[1] Basutkar, P. K., Loper, C. R. und Babu, C. L. Solidification of
Heavy Section Ductile Iron Castings Transactions of the American
Foundrymen’s Society 78. 1970, S. 429–434.
[2] Gagné, M. und Argo, D. Heavy Section Ductile Iron Part I (Structure
and Properties) and II (Formation of Chunk Graphite) Hrsg: Easwaran.
Advanced Casting Technology – Proceedings of an International
Conference on Advanced Casting Technology. Kalamazoo,
Michigan, USA : s.n., 1986.
[3] Baer, W., Pusch, G. und Brecht, T. Einfluss der Chunky-Graphitentartung
auf das Rißwiderstandsverhalten von ferritischem GGG-
40 bei statischer und zyklischer Beanspruchung Giesserei 83, 22.
1996, S. 19–22.
[4] Breitkreutz, K., Frenz, H. und Portella, P. D. Zur Quantitativen Bestimmung
des Chunky-Graphits in Gußeisen Praktische Metallographie
28. 1991, S. 533–541.
[5] Xi, T. C., et al. Formation and Prevention of Chunky Graphite in
Slowly Cooled Nodular Irons The Physical Metallurgy of Cast Iron
– Proceedings of the Third International Symposium on the Physical
Matallurgy of Cast Iron. Stockholm , 1984, S. 67–77.
[6] Liu, P.C., et al. Observations on the Graphite Morphology in Cast
Iron Transaction of the American Foundrymen’s Society 88. 1980,
S. 97–118.
[7] Campomanes, E. E_ect of Minute Additions of Antimony on
Structure and Properties of Ductile Iron Transactions of the American
Foundrymen’s Society 79. 1971, S. 57–62.
[8] Okamoto, H. Binary Alloy Phase Diagrams ASM-Handbook, 1990
[9] Lacaze, J., Mendez, S., Sertucha, J., Larranaga, P., Suarez, R., Ferrer,
I. Experimantal Evidence of Metallurgical Modification associated
to Chunky Graphite in Heavy-Section Ductile Iron Castings The
Carl Loper Cast Iron Symposium, Madison, USA, 2009
[10] Larranaga, P., Asenjo, I., Sertucha, J., Suarez, R., Ferrer, I., Lacaze,
J. Effect of Antimony and Cerium on the Formation of Chunky
Graphite during Solidification of Heavy-Section Castings of Near-
Eutectic Spheroidal Graphite Irons Metallurgical and Materials
Transactions 40A, 2009, S. 654-661
[11] Tonn, B., Dekker, L. New Insights on the Influence of Trace Elements
on Nucleation and Grain Growth in Cast Iron Melts Livarski
vestnik, 56, Nr. 4, 2009, S. 158-176
[12] Javaid, A., Loper Jr, C.Production of Heavy-Section Ductile Cast
Iron AFS Transactions vol. 103 (1995), S. 135-150.
[13] Menk, W., Speidel, M., Döpp, R. Die thermische Analyse in der
Praxis der Gießerei für Gußeisen mit Kugelgraphit Giessereiforschung
44, 1992, Nr. 3, S. 95-105
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