Arten von Eisengussteilen

Arten von Eisengussteilen

In diesem Kapitel werden die verschiedenen Arten von Eisengussteilen besprochen.

Grauguss

Charakteristisch für Grauguss ist die grafische Mikrostruktur, die zu Brüchen im Material und einem grauen Aussehen führen kann. Dies ist die am häufigsten verwendete Gusseisensorte und auch das am häufigsten verwendete Gussmaterial, basierend auf dem Gewicht. Ein Großteil des Graugusses hat eine chemische Zersetzung von 2,5 bis 4 Prozent Kohlenstoff, 1 bis 3 Prozent Silikon und der Rest ist eine Eisenzusammensetzung.

Diese Art von Gusseisen hat im Vergleich zu Stahl eine geringere Zugfestigkeit und eine geringere Schlagfestigkeit. Seine Druckfestigkeit ist vergleichbar mit Stahl mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt.

Alle diese mechanischen Eigenschaften werden durch die Form der Graphitflocken und die Größe der Graphitflocken gesteuert, die in der Mikrostruktur des Graugusses vorhanden sind.

Weißer Eisenguss

Diese Art von Eisen hat gebrochene Oberflächen, die aufgrund des Vorhandenseins eines Eisenkarbid-Niederschlags namens Zementit weiß sind. Der im weißen Gusseisen enthaltene Kohlenstoff fällt aus der Schmelze als Zementit mit stabiler Phase und nicht als Graphit aus. Dies wird durch einen geringeren Siliziumgehalt als Graphitierungsmittel und eine schnellere Abkühlgeschwindigkeit erreicht. Nach dieser Ausfällung bildet sich der Zementit in Form großer Partikel.

Während der Ausfällung des Eisenkarbids entzieht der Niederschlag der ursprünglichen Schmelze Kohlenstoff und bewegt so die Mischung in Richtung einer Mischung, die näher am Eutektikum liegt. In der verbleibenden Phase wird Eisen zu Kohlenstoffaustenit abgesenkt, der sich nach dem Abkühlen in Martensit umwandelt.

Diese enthaltenen eutektischen Karbide sind zu groß, um den Vorteil der Ausscheidungshärtung zu bieten. In manchen Stählen gibt es möglicherweise viel kleinere Zementitausscheidungen, die die Verformung von Kunststoff begünstigen, indem sie die Bewegung von Versetzungen durch die reine Eisenferritmatrix behindern. Sie haben den Vorteil, dass sie allein aufgrund ihrer eigenen Härte und ihres Volumenanteils die Gesamthärte des Gusseisens erhöhen. Dies führt dazu, dass die Schütthärte durch eine Mischungsregel angenähert werden kann.

Diese Härte geht in jedem Fall auf Kosten der Zähigkeit. Weißes Gusseisen kann grundsätzlich als Zement eingestuft werden, da Karbid einen größeren Anteil am Material ausmacht. Weißes Eisen ist zu spröde, um in Strukturbauteilen verwendet zu werden. Aufgrund seiner guten Härte, Abriebfestigkeit und geringen Kosten kann es jedoch als Verschleißfläche für Schlammpumpen verwendet werden.

Es ist schwierig, dicke Gussteile schneller abzukühlen, was ausreicht, um die Schmelze zu weißem Gusseisen erstarren zu lassen. Eine schnelle Abkühlung kann jedoch genutzt werden, um verdammt weißes Gusseisen zu erstarren, und danach wird es ein Rest davon sein langsamer abkühlen und so einen Kern aus Grauguss bilden. Der resultierende Guss wird als gekühlter Guss bezeichnet und bietet die Vorteile einer harten Oberfläche, aber eines härteren Inneren.

Weißeisenlegierungen mit hohem Chromgehalt ermöglichten den massiven Sandguss eines etwa 10 Tonnen schweren Laufrads. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass das Chrom die Abkühlgeschwindigkeit verringert, die zur Bildung von Karbiden bei größeren Materialdicken erforderlich ist. Auch Karbide mit hervorragender Abriebfestigkeit werden durch Chromelemente erzeugt.

Temperguss

Temperguss entsteht zunächst als Weißguss, wird dann zwei oder einen Tag lang bei Temperaturen von etwa 950 °C wärmebehandelt und anschließend für die gleiche Zeitspanne abgekühlt.

Durch diesen Erwärmungs- und Abkühlungsprozess wandelt sich der Kohlenstoff im Eisenkarbid dann in Graphit und Ferrit sowie Kohlenstoff um. Dies ist ein langsamer Prozess, aber er ermöglicht es der Oberflächenspannung, den Graphit in kugelförmige Partikel statt in Flocken umzuwandeln.

Aufgrund ihres geringen Seitenverhältnisses sind die Sphäroide relativ kurz und weiter voneinander entfernt. Sie enthalten auch einen sich ausbreitenden Riss mit geringerem Querschnitt und ein Photon. Im Gegensatz zu Flocken enthalten sie stumpfe Grenzen, die zur Linderung der Spannungskonzentrationsprobleme beitragen, die bei Grauguss auftreten. Alles in allem ähneln die Eigenschaften des Tempergusses eher denen von Stahl, der von Natur aus mild ist.

Sphäroguss

Bei diesem Gusseisen, das manchmal als Sphäroguss bezeichnet wird, liegt der Graphit in Form sehr kleiner Knötchen vor, wobei der Graphit die Form konzentrischer Schichten aufweist und so die Knötchen bildet. Aus diesem Grund sind die Eigenschaften vonSphärogusssind die eines schwammigen Stahls, der keine Spannungskonzentrationseffekte aufweist, die durch die Flocken des Graphits erzeugt werden.

Die enthaltene Kohlenstoffkonzentration beträgt etwa 3 bis 4 Prozent und die von Silizium etwa 1,8 bis 2,8 Prozent. Kleine Mengen von 0,02 bis 0,1 Prozent Magnesium und nur 0,02 bis 0,04 Prozent Cer verlangsamen bei Zugabe zu diesen Legierungen die Wachstumsrate der Graphitausfällung durch Bindung an die Kanten der Graphitbahnen.

Aufgrund der sorgfältigen Kontrolle anderer Elemente und des richtigen Timings während des Prozesses besteht die Möglichkeit, dass sich Kohlenstoff beim Erstarren des Materials als kugelförmige Partikel abtrennt. Die resultierenden Partikel ähneln Temperguss, es können jedoch Teile mit größeren Querschnitten gegossen werden.

Legierungselemente

Die Eigenschaften von Gusseisen werden verändert und dem Gusseisen werden verschiedene Legierungselemente bzw. Legierungszusätze hinzugefügt. In einer Reihe mit Kohlenstoff steht das Element Silizium, da es die Fähigkeit besitzt, Kohlenstoff aus der Lösung zu verdrängen. Ein geringerer Siliziumanteil kann dies nicht vollständig erreichen, da dadurch Kohlenstoff in der Lösung verbleibt, wodurch Eisenkarbid entsteht und auch weißes Gusseisen entsteht.

Ein höherer Prozentsatz oder eine höhere Konzentration an Silizium ist in der Lage, den Kohlenstoff aus der Lösung zu verdrängen und dann Graphit zu bilden und auch Grauguss zu produzieren. Weitere nicht aufgeführte Legierungsmittel sind Mangan, Chrom, Titan und dann Vanadium. Diese wirken Silizium entgegen, außerdem fördern sie die Bindung von Kohlenstoff und damit auch die Bildung von Karbiden. Nickel und das Element Kupfer haben den Vorteil, dass sie die Festigkeit und Bearbeitbarkeit erhöhen, jedoch nicht in der Lage sind, die Menge des gebildeten Kohlenstoffs zu verändern.

Der Kohlenstoff in Form von Graphit führt zu einem weicheren Eisen, wodurch der Schrumpfungseffekt verringert, die Festigkeit verringert und die enthaltene Dichte verringert wird. Schwefel ist, wenn er enthalten ist, meist eine Verunreinigung und bildet Eisensulfid, das die Bildung von Graphit verhindert und auch die Härte erhöht.

Der Nachteil von Schwefel besteht darin, dass er geschmolzenes Gusseisen zähflüssig macht, was zu Defekten führt. Um die Auswirkungen von Schwefel auszugleichen und zu beseitigen, wird der Lösung Mangan zugesetzt. Dies liegt daran, dass die beiden bei der Kombination Mangansulfid anstelle von Eisensulfid bilden. Das entstehende Mangansulfid ist leichter als die Schmelze und neigt dazu, aus der Schmelze herauszuschwimmen und in die Schlacke zu gelangen.

Die ungefähre Menge an Mangan, die benötigt wird, um die Auswirkungen von Schwefel aufzuheben, beträgt 1,7 Einheiten Schwefelgehalt und zusätzlich 0,3 Prozent. Die Zugabe von mehr als dieser Manganmenge führt zur Bildung von Mangankarbid und dies erhöht die Härte und Abschreckung, außer bei Grauguss, wo bis zu 1 Prozent Mangan die Festigkeit und die enthaltene Dichte erhöhen können. Nickel ist eines der allgemeinsten Legierungselemente, da es dazu neigt, den Perlit und die Struktur des Graphits zu verfeinern, wodurch die Zähigkeit verbessert und der Härteunterschied zwischen den Abschnittsdicken ausgeglichen wird.

Chrom wird in kleinen Mengen zugesetzt, um freien Graphit zu reduzieren und eine Abkühlung zu erzeugen. Dies liegt daran, dass Chrom ein starker Karbidstabilisator ist und in einigen Fällen in Verbindung mit Nickel wirken kann. Auch für Chrom kann eine kleine Ersatzmenge Zinn zugesetzt werden. Kupfer wird in der Pfanne oder im Ofen in einer Größenordnung von 0,5 bis 2,5 Prozent hinzugefügt, um eine geringere Abkühlung, eine Raffinierung des Graphits und eine Erhöhung der Fließfähigkeit zu erreichen. Molybdän kann auch in der Größenordnung von 0,3 bis 1 Prozent hinzugefügt werden, um auch die Abkühlung zu erhöhen, den Graphit zu verfeinern und die Perlitstruktur zu verfeinern.

Normalerweise wird es zusammen mit Nickel, Kupfer und Chrom zugesetzt, um Eisen mit hoher Festigkeit herzustellen. Das Element Titan wird hinzugefügt, um als Entgaser und Desoxidationsmittel zu wirken und die Fließfähigkeit zu erhöhen. Anteile von 0,15 bis 0,5 Prozent des Elements Vanadium werden dem Gusseisen zugesetzt und helfen, Zementit zu stabilisieren, die Härte zu erhöhen und Verschleiß und Hitzeeinwirkungen zu widerstehen.

Zirkonium hilft bei der Bildung von Graphit und wird in Anteilen von etwa 0,1 bis 0,3 Prozent zugesetzt. Dieses Element hilft auch bei der Desoxidation und Erhöhung der Fließfähigkeit. In Tempergussschmelzen wird Wismut in einer Größenordnung von 0,002 bis 0,01 Prozent zugegeben, um die Siliziumzugabe zu erhöhen. Dem Weißeisen ist das Element Bor zugesetzt, das die Bildung von formbarem Eisen unterstützt und die Vergröberungswirkung des Elements Wismut verringert.