ACTICOTE CG 800 – Neue metallurgische Schlichte zur Reduzierung der Graphitentartung im Randbereich von Gussteilen mit Vermiculargraphit

GJV ermöglicht ebenfalls die Konstruktion von leichteren und stabileren Gusskomponenten, somit kann das Gewicht eines Motorblocks allein um bis zu 20 % reduziert werden, die zusätzlich noch mehr Energie aufnehmen können und trotzdem eine verhältnismäßig guteZ erspanbarkeit bieten.

Im Zusammenhang mit der Verschärfung der Gesetzgebung betreffend die Reduzierung von Emissionen durch Verbrennungsmotoren besteht weiterhinein zunehmender Trend zur Verwendung von Gusseisen mit Vermiculargraphit im Automobilguss, speziell bei Zylinderblöcken,um höhere Drücke zu ermöglichen. 

Zurzeit sind die Gestaltungsmöglichkeiten bei GJV Gussteilen jedoch dadurchbegrenzt, dass der Vermiculargraphit in der Randschalenzone des Gussteils zu einer Schicht mit Lamellengraphit entartet[1, 2].

Dieser Fehler kommt häufig bei Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) und bei Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV) vor, wobei sich diese Veröffentlichung und Entwicklung ausschließlich auf den Einfluss der Randzonenentartung von Gusseisen mit Vermiculargraphit konzentriert. Die durchschnittliche Dicke der Schicht mit Graphitentartung beträgt bei dünnwandigen Gussteilen aus GJS 0,15 mm bis 0,45 mm und 0,7 mm bis 2,5 mm bei GJV (Bild 1).

Es wurde berichtet, dass bei GJS-Gussteilen oft eine 0,1 mm bis 3,0 mm dicke Schicht mit entartetem Graphit vorkommt, abhängig von der Wanddick edes Gussstücks und der Abkühlungsgeschwindigkeit. Das Vorhandensein dieser Schicht mit entartetem Graphit reduziert die mechanischen Eigenschaften des Bauteils (Dauerfestigkeit, Dehnung) in dem betreffenden Bereich beträchtlich. Durch diese Entartung im Randbereich des Gussteils ist häufig die konstruktive Freiheit der Gussteilgestaltung eingeschränkt. Somit ergäbe die Verringerung dieser Entartungsschicht, durch z. B. die Anwendung einer aktiven metallurgischen Schlichte, dem Konstrukteur neue Möglichkeiten beider Konstruktion von Gussteilen mit Vermiculargraphit.

Um Gießer und Konstrukteur hinsichtlich der anspruchsvollen Produktion von hocheffizienten Seriengussteilen zu unterstützen hat FOSECO somit die neue metallurgische Schlichte ACTICOTE CG800 entwickelt.

Diese wasserbasierte Schlichte reduziert erfolgreich die Schichtstärke der störenden Entartungsschicht bei der Produktion von Gusseisen mit Vermiculargraphit. Dabei wurde während der Entwicklung das Verhalten unterschiedlichster Schlichten und Rezepturen unter Praxisbedingungen untersucht und im Abgussversuch getestet. Die Konstruktion der Versuchsgeometrie für die Abgussversuche erfolgte mittels Anwendung einer kommerziellen Software zur Optimierung der Modelleinrichtung (Bild 2 und 3).

Auf der Grundlage der besten Simulationsergebnisse wurde die Modelleinrichtung von einem externen Modellbauer hergestellt, die für alle Pilotversuche angewandt wurde. Diese Auslegung stellt sicher, dass die Proben bei gleicher Temperatur, mit gleicher Gießzeit und gleicher (chemischer) Zusammensetzung gegossen werden. Diese Ausführung ist sehr praktikabel, weil sie die Untersuchung von fünf verschiedenen Schlichterezepturen und drei verschiedenen Gusswanddicken mit einem Abguss in einer Form ermöglicht. Die untersuchten Gusswanddicken waren 45 mm, 20 mm und 5 mm, gekennzeichnet als X, Y und Z. Sie gewährleisten eine unterschiedliche Kontaktdauer zwischen den Kernen (Schlichte) und der Schmelze, bevor diese erstarrt. Der Kern ist zylindrisch mit einer Höhe von 210 mm, davon gehören 40 mm unten und 20 mm oben zu Kernmarken mit ca. 75 mm Durchmesser. Die Kerne werden durch Tauchen in die verdünnten und verwendungsbereiten Schlichten beschichtet, um eine Trockenschichtdicke von ca. 200 μm zu erhalten. Über somit umfangreiche Gussversuche, metallurgischen Auswertungen und zusätzlicher Analytik, wie z. B. der Nutzung eines Erhitzungsmikroskops, konnten die Mechanismen zur Entstehung der Randentartung und der positive Einfluss der untersuchten Schlichtefüllstoffe auf dieses Phänomen aufgezeigt und bestätigt werden. Auf Grundlage dieser Ergebnisse erfolgten Versuche mit der neu entwickelten Schlichte ACTICOTE CG800 in einer Gießerei, die in Großserie Zylinderblöcke und Zylinderköpfe aus Gusseisen mit Vermiculargraphit herstellt, die die Ergebnisse der Abgussversuche nachdrücklich bestätigten.

Durch die Anwendung von ACTICOTE CG 800 in erforderlicher Schichtdicke wird die Entartung des Vermiculargraphits in der Randschalenzone der Gussstücke bei verschiedenen Wanddicken auf das Geringstmögliche reduziert (Bild 4). Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften, wie Zug- und Dauerfestigkeit, in der Randschalenzone der Gussstücke verbessert. Dieses mit der Folge, dass die Bearbeitungszugaben und der Energieverbrauch reduziert und die Kosten der Gussteilherstellung optimiert werden können.