20.11.2017 | Ausgabe 11/2017

Die Entmystifizierung der Rolle von Schwefel in Gusseisen – Teil 1

Die Bilder zeigen die Wirkung von oxisulfidbildenden Elementen (Ce und S) auf die Weißerstarrung von Gusseisen mit Lamellengraphit / Quelle: Riposan, M. Chisamera, S. Stan, V. Uta, I.C. Stefan, M.C. Firican, R.L. Naro, D.C. Williams

Schwefel ist ein Schlüsselelement bei der Graphitkeimbildung in allen Gusseisenwerkstoff en, ein optimaler Schwefelgehalt die Voraussetzung zur Herstellung der Eisengusswerkstoff e. Die Wirkung von Schwefel im Gusseisen schwankt stark in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Elementen der Gruppen IIA, IIIB, IVB und III A des Periodensystems. Diese Arbeit faßt einen großen Teil der Literatur zu diesem Thema zusammen und wird durch neue experimentelle Ergebnisse zum Zusammenhang zwischen Schwefel und anderen graphitisierenden Elementen ergänzt. Bei Gusseisen mit Lamellengraphit können zu hohe Schwefelgehalte zu Schlackeeinschlüssen, Graphitentartungen oder Abkühlungsbeeinflussungen führen. Schwefelgehalte von weniger als 0,04 % führen zu starker eutektischer Unterkühlung, erhöhen die Neigung zur Bildung von Unterkühlungsgraphit und/oder Karbiden. Bei Gusseisen mit Kugelgraphit ermöglichen geringe Schwefelgehalte niedrigere Zugaben an Nodularisierern, geringere Gehalte an Einschlüssen und höhere Magnesiumausbeuten.  Zu geringe Gehalte an Schwefel verhindern oder verringern aber die Bildung von Kugelgraphit. In Gusseisen mit Vermiculargraphit führt die Steuerung der Schwefel –und Magnesiumgehalte in engeren Grenzen zu einer besseren Anwendbarkeit der Software zur thermischen Analyse. Im Hinblick auf die zukünftige Verfügbarkeit von Seltenerdelementen aber werden alternative Fertigungsmöglichkeiten benötigt. Eine solche Alternative liegt in der der kontrollierten Zugabe von geringen Schwefelgehalten nach der Magnesiumbehandlung allein oder in Kombination mit anderen Elementen zur Gewährleistung deiner geringen eutektischen Unterkühlung.

Gesteuerte Wiederaufschwefelung mit bikettiertem FeS aus Pyrit ist die sicherste Methode für eine genaue Steuerung des Schwefelgehaltes. Eine Impfung durch die Zugabe von Schwefel, Sauerstoff und oxisulfi dbildenden Elementen in einem Verhältnis von 1 : 3 zu herkömmlichen Impfmitteln bringt positive Wirkungen auf die Erstarrung von allen Standardeisengusswerkstoff en (Gusseisen mit Lamellen-, Kugel- und Vermiculargraphit). Die Impfmittelzugabe konnte um 50 % oder mehr gesenkt werden. Bei Anwendung dieser Technologie kann die Verwendung von Seltenerdelementen in Vorlegierungen und Impfmitteln unnötig gemacht werden. 

 

Demystifying the Role of Sulfur in Cast Irons – Part 1

Sulfur is a key element in graphite nucleation in all of cast irons, so optimum sulfur content in the base iron is a prerequisite for each iron type. The effect of sulfur in cast irons varies greatly depending on the presence of Group IIA, IIIB, IVB and III A elements in the periodic table. This research summarizes much of the technical literature on the eff ects of sulfur in cast irons as well as new, experimental work on the inter-relationships between sulfur with other graphitizing elements. 

On grey cast irons, excessive sulfur levels can lead to slag inclusions, graphite flake degeneration and aff ect chill tendency. Sulfur levels less than 0.04% may solidify with high eutectic undercooling, promoting undercooled graphite and/or carbides. In ductile irons, low sulfur levels generally favor reduced nodulizer additions, reduced inclusion formation and result in higher magnesium recovery. However, excessively low sulfur levels may retard or minimize nodular graphite formation. In compacted graphite iron, controlling sulfur and magnesium to tighter ranges involves the aid of sophisticated thermal monitoring software. However, because of concerns regarding future availability of rare earth elements (REE), other production alternatives may be needed. An alternative involves making small and controlled S-addition after Mg-treatment (solo or in combinations with other elements) to promote less eutectic undercooling. 

Controlled resulfurization with briquetted FeS instead of pyrite powders is the most reliable method for precise sulfur control. Inoculation enhancing  through additions of S, O and oxysulfi des forming elements to commonly used conventional inoculants in a 1 : 3 ratio, had benefi cial eff ects on solidifi cation of all of standard irons (gray, ductile and compacted graphite irons). Inoculant consumption was reduced by 50 % or more. Using this approach may eliminate the need for rare earth bearing treatment alloys in both nodularizers or/and inoculants. 

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