ULTRASEED® Ce IMPFLEGIERUNG - Elkem

ULTRASEED ® Ce IMPFLEGIERUNG• Leistungsfähiger als herkömmliche Impflegierungen auf Ferrosiliziumbasis• Hohe Graphitkugelzahl und beträchtliche Reduzierung der Weißeinstrahlung• Stärkere Verringerung der Schwindungstendenz als bei anderen Impflegierungen• Hohe Leistung bei niedriggeschwefelten Eisenarten und „totem“ Eisen• Verbesserte Festigkeitseigenschaften und Zerspanbarkeit bei ferritischemGusseisen mit KugelgraphitDie Impflegierung Ultraseed ® Ce istein neuartiges Produkt zum Impfenvon Gusseisen. Es besitzt optimierteGehalte an Kalzium und Zer, um imGusseisen die Weißeinstrahlung aufein Minimum zu beschränken undschädliche Spurenelemente zu neutralisieren.Darüber hinaus enthält die ImpflegierungUltraseed ® Ce geringe undkontrol lierte Mengen an Schwefel undSauerstoff in einer Form, durch diesie zur Reaktion mit dem Kalzium unddem Zer während der Zugabe zumFlüssigeisen zur Verfügung stehen.Diese spezielle Zusammensetzungist dazu gedacht, eine starke Graphitkeimbildungbei Gusseisen mitKugelgraphit in Verbindung mit eineräußerst effektiven Verringerung derWeißeinstrahlung zu erreichen.Abbildung 1 zeigt als Beispiel inGegenüberstellung die ImpflegierungUltraseed ® Ce und eine normaleImpfle gie rung auf FeSi-Basis, wobeidie spezielle Färbung der Oberflächeder Impflegierung Ultraseed ® Ceerkenn bar ist.Die Impflegierung Ultraseed ® Cewird von Elkem nach einem speziellenpatentierten Verfahren gemäß derfolgenden Spezifikation hergestellt:Chemische SpezifikationSilizium 70 – 76%Kalzium 0,75 – 1,25%Zermetall 1,5 – 2,0%Aluminium 0,75 – 1,25%Schwefel und Sauerstoff weniger als 1%EisenRestAbbildung 1: Gegenüberstellung derImpflegierung Ultraseed ® Ce (links)und einer herkömmlichen Impflegierungauf Ferrosiliziumbasis (rechts).Die charakteristische schwarzeFärbung der Oberfläche der ImpflegierungUltraseed ® Ce resultiert ausSpuren von Sulfiden und Oxyden alssehr dünner Oberflächenüberzug.Ultraseed ® ist ein eingetragenes Warenzeichen der Elkem AS.

Entwicklung der Impflegierung Ultraseed ® CeNach mehrjähriger Laborarbeit mit experimentellenImpflegierungen unterschiedlicherZusammensetzungen istein neues Produktkonzept für die Impfungvon Gusseisen mit Kugelgraphitentwickelt worden. Das Konzept ist insofernneuartig, als nicht nur ein legiertesMaterial auf FeSi-Basis eingesetztwird, sondern auch nichtmetallischePulver zusammen mit der FeSi-Legierungzur Verwendung kommen, um diespeziellen Eigenschaften der ImpflegierungUltraseed ® Ce zu erzielen.Der fundamentale Hintergrund für dieEntwicklung dieses Produkts sindneuartige Erkenntnisse der Mechanismender Graphitkeimbildung bei Gusseisenmit Kugelgraphit, gemäß dererdie Keime im wesentlichen aus komplexen,jedoch äußerst stabilen Sulfidenund Oxyden bestehen. Abbildung 2zeigt ein Beispiel eines solchen Keimesin Gusseisen mit Kugelgraphit, undzwar sowohl als stark vergrößertesSchliffbild als auch als schematischeDarstellung des Phasenaufbaus. Beider herkömmlichen Erzeugung vonGusseisen mit Kugelgraphit ist die Verfügbarkeitderartiger Sulfide und Oxydeabhängig von der Reinheit des Grundmetallsund seiner Zusätze, der Haltezeitund -temperatur sowie den Behandlungsabläufen.Traditionell basierten kommerzielle Impflegierungenauf FeSi-Legierungen mitmetallischen Zusätzen wie zum BeispielCa, Ba, Sr, Al, Zr, SE (Seltenerdmetalle)usw., wobei die zugegebenen Elementein erster Linie dazu gedacht waren, mitdem im Eisen enthaltenen Schwefel undSauerstoff zu reagieren und potenteKeime für Graphit zu schaffen.Angesichts der eingeschränkten Verfügbarkeitvon Schwefel und Sauerstoffjedoch kann mit Impflegierungszusätzeneine Leistungsgrenze erreichtwerden, bei der ihre Wirksamkeit durchdie Anzahl der gebildeten potentenKeime Beschränkungen unterliegt.Demgemäß bestand die Hauptzielsetzungdes Ultraseed ® Impfkonzepts darin,kontrollierte Konzentrationen nichtmetallischerElemente wie Schwefel undSauerstoff mit der Impflegierungeinzuführen. Auf diese Weise wird absichtlichdurch eine ausgewogene Reaktionzwi schen den metallischen und dennichtmetallischen Bestandteilen einegrößere Dichte der Anzahl von Keimenerzielt. Diese neuen Keime werden dannparallel zu den herkömmlichen Keimenwirk sam, die aus Reaktionen zwischenImpfmittellegierung und Grundmetallstammen.Abbildung 2: Beispiel eines Duplexpartikelsmit Sulfid-/Oxidkeimen in Gusseisenmit Kugelgraphit in starker Vergrößerung(70.000fach) unter einem Transmissions-Elektronen-Mikroskop (links).Schematische Darstellung eines Keimpartikelsmit komplexen Sulfid- undOxidphasen nach Kugelgraphitbildungund Impfung des Eisens (rechts).Einzigartige Merkmale der Ultraseed ® Ce ImpflegierungDie Impflegierung Ultraseed ® Ceermöglicht zusätzlich zu den ursprünglichdurch die Magnesiumbehandlungentstan denen Keimen die Schaffungzusätz licher Keime in Gusseisenmit Kugelgraphit. Dies führt zu einerErhöhung der Graphitkugelzahl undzu einer Verbesserung der Nodularitätund verringert so die Tendenz zuCarbidbildung und Schwindung. Derausgewogene Ceriumgehalt neutralisiertaußerdem Störelemente, welchedie Bildung von Kugelgraphit verhindernkönnten. Aufgrund der erhaltenenhöheren Graphitkugelzahl bewirkt dieImpflegierung Ultraseed ® Ce ebenfallsdie Bildung von mehr Ferrit in Gusseisenmit Kugelgraphit. Dies kann beider Erzeugung von ferritischem Eisenvon Vorteil sein. Abbildung 3 zeigt einBeispiel des mit Ultraseed ® Ce erhaltenenGefüges im Vergleich zu eineral ter na tiven Markenimpflegierung. InAbbildung 4 ist ein weiteres Beispieleines Teils mit dünnem Querschnitt ausGusseisen mit Kugelgraphit dargestellt,bei dem die Carbide durch den Einsatzder Impflegierung Ultraseed ® Ce aufein Minimum verringert worden sind.Abbildung 3: Beispiel der Graphitkugelausbildungbei Verwendung von derUltraseed ® Ce Impflegierung (links), imVergleich zum Einsatz einer alternativenwismuthaltigen Impflegierung (rechts).

Abbildung 4: Beispiel eines Teils mit dünnem Querschnitt aus Gusseisenmit Kugelgraphit, bei dem die Carbide durch den Einsatz der ImpflegierungUltraseed ® Ce auf ein Minimum verringert worden sind (links), im Verglieichzum Imflegi erung mit Mangan-Zirkon (rechts).Die guten Keimbildungseigenschaftender Impflegierung Ultraseed ® Cebasieren auf der Bildung spezieller Ce-,Ca-Sulfide und -Oxyde, die währendder Erstarrung des Eisens als wirksameKeime für Graphit fungieren. DieseKeime tragen zusammen mit den primärenMg-Silkaten zu einer massivenGraphitkeimbildung bei, an deren Endeeine sehr hohe Dichte der Graphitkugelnsteht.Die Impflegierung Ultraseed ® Ce hatsich bei Gusseisen mit Kugelgraphit mitrelativ geringem Schwefelgehalt undin Eisen, das mit Magnesiummetall ineinem Konverter oder nach einem Mg-Drahtbehandlungsverfahren behandeltwurde, als besonders leistungsfähigerwiesen. Durch die Einführung vonZermetall über die Impflegierung Ultraseed® Ce kann auch auf die Zugabevon Seltenerdmetallen beim Prozess derGraphitkugelbildung verzichtet werden.Die Impflegierung Ultraseed ® Ce hatsich darüber hinaus bei der Schaffungneuer Keime in mit langen Haltezeitenerzeugtem Gusseisen mit Kugelgraphitals äußerst erfolgreich erwiesen, wobeidas Basiseisen oder das mit Magnesiumbehandelte Eisen vor Zugabe derImpflegierung längere Zeit gehaltenwurde. Von solchen langen Haltezeitenist allgemein bekannt, dass sie dieKeimbildungsmöglichkeiten des Eisensinsgesamt vor dem Impfen verringern,was zu sogenanntem „totem“ Eisenführt. Mit der Impflegierung Ultraseed® Ce wird somit eine gute Keimbildungswirkungdurch Reaktionen mitseinen Schwefel- und Sauerstoffgehaltenunter Bildung neuer Keime wiederhergestellt.Aufgrund der beträchtlichen Auswirkungender Impflegierung Ultraseed® Ce im Hinblick auf die Erhöhungder Graphit kugelzahl und die Verbesserungdes Schutzes vor Weißeinstrahlungkonnte ebenfalls festgestellt werden,dass mit dieser Impflegierung dieTendenz zur Schwindung zurückgeht.Insbesondere die Schwindung, die sichhäufig in Form von kleinen Porositätenin zuletzt erstarrenden Querschnittenkomplizierter Gussteile zeigt, scheintdurch die Ultraseed ® Ce Impflegierungwirksam reduziert oder sogar ausgeschaltetzu werden. Abbildung 5 zeigtein Beispiel für Mikroschwindungsporosität,die durch Einsatz der ImpflegierungUltraseed ® Ce minimiert werdenkonnte. Eine starke Keimbildungswirkungund eine hohe Graphitkugelzahlsind ebenfalls eine Voraussetzung, umbei der Erzeugung von ferritischemGusseisen mit Kugelgraphit denFerritgehalt im gegossenen Zustand zumaximieren. Vor allem, wenn hinsichtlichdes Siliziumendgehalts des EisensEinschränkungen bestehen, hat sichdie bei Einsatz der Impflegierung Ultraseed® Ce ergebende hohe Graphitkugelzahlals wirksam erwiesen, um dengeforderten Ferritmindestgehalt in derartigenGussteilen zu gewährleisten.Mehr Ferrit führt außerdem zu einerindirekten Verbesserung der Zerspanbarkeitvon Gusseisen mit Kugelgraphit,so dass die Impflegierung Ultraseed® Ce die bevorzugte Wahl seinsollte, wenn eine gute Zerspanbarkeitals ein wichtiges Kriterium anzusehenist. In vielen Fällen hat sich die Ultraseed® Ce Impflegierung als leistungsfähigeAl ternative zu wismuthaltigenMarkenimpflegierungen erwiesen,die ähnliche oder sogar noch höhereGraphitkugelzahlen ergibt, ohne dassirgendwelche nachteiligen Wirkungenzum Tragen kommen, die Wismut inGusseisen mit Kugelgraphit auslösenkann (siehe auch Abbildung 3). Diestarke Wirkung der ImpflegierungUltraseed ® Ce eignet sich ideal für dieZugabe als Gießstrahlimpfung beimAbgießen in die Formen (Gießstrahlimpfung).Die Zugabemengen liegenbei dieser Anwendung in der Größenordnungvon 0,05 - 0,15%.Elkem ASFoundry ProductsHoffsveien 65BP.O. Box 5211MajorstuenN-0303, Oslo, NorwayTelephone : +47 22 45 01 00Telefax : +47 22 45 01 52www.foundry.elkem.comAbbildung 5: Beispiel von Mikroschwindungsporosität in einem aus Gusseisen mitKugelgraphit hergestellten Teil, die durch Einsatz der Impflegierung Ultraseed ® Ce®auf ein Minimum reduziert werden konnte (links), im Vergleich zum Impflegierung mitMangan-Zirkon (rechts).Überarbeitet im Mai 2012 © Copyright Elkem AS