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Gusseisen – Eigenschaften, Arten und Verwendungen

Was ist Gusseisen?

Gusseisen ist eine Eisenlegierung mit 2 bis 4 % Kohlenstoff , sowie schwankende Mengen an Silizium und Mangan und Spuren von Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor. Zur Herstellung wird Eisenerz in einem Hochofen reduziert.

Kohlenstoff in Gusseisen liegt normalerweise in zwei Formen vor, die miteinander verbunden sind

(1 ) Als Verbindung Zementit d.h. in einem Zustand der chemischen Verbindung und das Eisen wird als weißes Gusseisen bezeichnet , und

(2 ) Als freier Kohlenstoff , d.h. in einem Zustand mechanischer Mischung. Kohlenstoff in der ersten Form wird als „kombinierter Kohlenstoff“ bezeichnet “, und in letzterem heißt es Grauguss .

Ein Zwischenstadium zwischen diesen beiden Eisensorten zeigt graue Flecken in der weißen Struktur. Dieses Eisen wird Fleckeisen genannt .

Gesprenkeltes Gusseisen (MCI) ist ein Material, das aufgrund seiner Kombination aus hoher Widerstandsfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Elastizitätsmodul beim Walzen von Walzwerken insbesondere in den letzten Walzgerüsten verwendet wird. Bei MCI entstehen die Gefügebereiche von Weißguss und Grauguss durch Erstarrung.

Die Qualität von Gusseisen hängt somit nicht nur von der absoluten Kohlenstoffmenge ab, die es enthält, sondern auch von den Bedingungen, unter denen dieser Kohlenstoff vorliegt. Die gebräuchlichsten Gusseisenarten sind :

Arten von Gusseisen

Die gebräuchlichen Sorten von Gusseisen sind:-

  1. Grauguss
  2. Weißes Gusseisen
  3. Temperguss
  4. Sphäroguss
  5. Hartguss
  6. Legiertes Gusseisen
  7. Meehanit-Gusseisen

1. Grauguss

Dies wird erreicht, indem man das geschmolzene Metall abkühlen und langsam verfestigen lässt Beim Erstarren enthält das Eisen den größten Teil des Kohlenstoffs in Form von Graphitflocken .

Grauguss enthält große Mengen an Kohlenstoff und relativ geringe Mengen der anderen Elemente, z. B. Silizium, Phosphor, Schwefel und Mangan.

Es weist eine mattgraue kristalline oder körnige Struktur auf und ein starkes Licht ergibt einen glitzernden Effekt durch Reflexion der freien Graphitflocken. Das Vorhandensein dieses freien Graphits ist auch beim Feilen oder Bearbeiten von Gusseisen zu sehen, da es die Hände schwarz macht.

Das Gusseisen ist spröde und kann leicht brechen, wenn ein schwerer Hammer verwendet wird. Die Festigkeit von Eisen ist bei Druck viel größer als bei Zug. Die Zugfestigkeit von Gusseisen variiert zwischen 12 und 13 kgf pro mm2 (120 bis 300 Newton pro mm²) und hängt von der Zusammensetzung des Eisens ab. Unter Druck hält Grauguss etwa 60 bis 75 kgf pro mm stand? (600 bis 750 Newton pro mm2) vor dem Bruch, während seine Scherfestigkeit etwa 15 bis 22 kgf pro mm2 (150 bis 225 Newton pro mm2) beträgt. Die Härte reicht von 150 bis 240 BHN. Hauptvorteile für seine Verwendung sind:(1) seine Billigkeit, (2)

Die niedrige Schmelztemperatur (1.150 °C bis 1.200 °C) und Fließfähigkeit im geschmolzenen Zustand, und (3) es ist leicht zu bearbeiten. Eine weitere gute Eigenschaft von Gusseisen ist, dass der freie Graphit in seiner Struktur wie ein Schmierstoff zu wirken scheint , und wenn große Maschinenschlitten daraus hergestellt werden, wird eine sehr frei arbeitende Aktion erzielt. Die Fluiditätsanalyse des Eisens ermöglicht eine breite Verwendung zur Herstellung von Gussteilen mit komplizierten Formen und in fast allen Gusseisenformen.

2. Weißes Gusseisen

Weißes Gusseisen enthält Kohlenstoff ausschließlich in Form von Zementit (Eisencarbid). Dies wird durch das Vorhandensein relativ großer Mengen Mangan, einer sehr geringen Menge Silizium und durch schnelles Abkühlen erreicht. Die übliche Abkühlungsgeschwindigkeit in Sand erzeugt freien Graphit, während schnelles Abkühlen zur Herstellung von Zementit beiträgt. Außerdem fördert Mangan die Karbidbildung. Die ungefähre chemische Zusammensetzung von weißem Gusseisen ist in Tabelle 4.2 angegeben.

Das weiße Gusseisen ist sehr hart (die Härte reicht von 400 bis 600 BHN) und spröde, und seine gebrochene Oberfläche hat ein silbrig-metallisches Aussehen. Aus technischer Sicht ist weißer Gusseisen nur begrenzt anwendbar. Dies liegt an der Schwierigkeit der maschinellen Bearbeitung und daran, dass es im Allgemeinen eine relativ schlechte Fähigkeit zur mechanischen Bearbeitung hat. Diese Art von Eisen wird häufig zur Herstellung von Schmiedeeisen verwendet. Als Vormaterial für die Herstellung von Temperguss wird auch Weißguss gegossen. Weißes Gusseisen rostet nicht so sehr wie graues.

3. Temperguss

Das gewöhnliche Gusseisen ist hart und spröde. Es ist daher ungeeignet für Artikel, die dünn und leicht sind und Stößen und Vibrationen ausgesetzt sind, oder für kleine Gussteile, die in verschiedenen Maschinenkomponenten verwendet werden.

Die Anwendung des Begriffs „formbar ‘ zu Gussteilen ist eher eine Fehlbezeichnung, da sie im Vergleich zu den Standards der Formbarkeit nicht sehr formbar sind. Im Vergleich zu Graugussteilen, die ziemlich spröde sind, besitzen Tempergüsse jedoch eine gewisse Zähigkeit, weshalb sie wahrscheinlich so genannt wurden.

Formbare Gussteile werden zuerst aus einem Eisen hergestellt, das seinen gesamten Kohlenstoff in der kombinierten Form aufweist, d. h. aus weißem Gusseisen. Dann werden zwei Verfahren zum Temperieren der Gussteile verwendet:(1) Weißes Herz , und (2) Schwarzes Herz . Die Namen beziehen sich auf die Farbe des Bruchs, die durch die nach jedem Verfahren hergestellten Gussteile gegeben ist. Die ungefähren chemischen Zusammensetzungen für beide Sorten sind in Tabelle 4.3 angegeben.

4. Sphäroguss

Sphäroguss , auch Sphäroguss genannt , ist höhergradig, weil Graphit nicht in Form von Flocken, sondern in Form von Sphäroiden ausgefällt wird. Dies kann durch verschiedene Methoden erreicht werden, z. B. durch Zugabe eines der folgenden Elemente:Magnesium, Cer, Calcium, Wismut, Zink, Cadmium, Titan oder Bor.

Ferro-Silizium wird auch als Impfmittel verwendet. Sphäroguss kann in dickeren Stücken hergestellt werden als bei Temperguss. Herausragende Eigenschaften von Sphäroguss sind eine hohe Fließfähigkeit, die das Gießen komplizierter Formen ermöglicht, und eine hervorragende Kombination aus Festigkeit und Duktilität. Die Zugfestigkeit dieses Eisens beträgt etwa 33 kgf pro mm2 (330 Newton pro mm). Dieses Material wird auch Sphäroguss genannt .

Sphäroguss wird häufig in Gussteilen verwendet, bei denen Dichte und Druckfestigkeit eine höchst wünschenswerte Eigenschaft sind. Dazu gehören Hydraulikzylinder, Ventile, Rohre und Rohrverbindungsstücke, Zylinderköpfe für Kompressoren und Dieselmotoren. Walzen für Walzwerke und viele Arten von Schleudergussteilen werden ebenfalls aus Sphäroguss hergestellt.

5. Gekühltes Gusseisen

Schnelles Abkühlen wird als „Kühlen“ bezeichnet “ und das so hergestellte Eisen ist „gekühltes Eisen “. Alle Gussteile werden an ihrer äußeren Oberfläche gekühlt, indem sie mit dem kühlen Sand in der Form in Kontakt kommen. Da Gusseisen eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Sand hat, erfahren die gekühlten Teile des Gussstücks eine schnelle Verfestigung und Abkühlung und erzeugen dadurch eine Herdenoberfläche. Diese Härte dringt aber nur etwa 1 bis 2 mm tief ein.

Manchmal wird ein Gussteil absichtlich gekühlt und manchmal wird es versehentlich bis zu einer geringen Tiefe gekühlt. Das absichtliche Kühlen wird durchgeführt, indem Gusseisen anstelle von Sand für jene Teile der Form verwendet wird, wo harte Oberflächen erforderlich sind. Wo diese von der Metallschmelze berührt werden, kühlt sich ihre Oberfläche schlagartig ab und verwandelt sich in weißes Gusseisen. Beim Kokillenguss werden Kokillen aus hitzebeständigem Stahl oder Gusseisen mit Lamellengraphit verwendet.

Schüttelfrost werden für Gussteile verwendet, bei denen einige Teile die Härte von weißem Gusseisen haben müssen, während andere einen relativ weichen und zähen Kern aus Grauguss haben müssen.

6. Legiertes Gusseisen

Legiertes Gusseisen wurden in den letzten Jahren entwickelt, um bestimmte inhärente Mängel gewöhnlichen Gusseisens zu überwinden und Qualitäten zu verleihen, die für spezielle Zwecke besser geeignet sind. Die Zugabe von Nickel, Chrom, Molybdän, Titan, Silizium, Kupfer und anderen Legierungselementen verleiht diesem Gusseisen besondere Eigenschaften.

Die Verwendung von 1 oder 2 Prozent Nickel ist geeignet. Gutes Eisen bietet eine einfache und effektive Möglichkeit, die Eigenschaften dieses Gusseisens zu verbessern.

Die Verwendung von 1 bis 2 Prozent Nickel ist geeignet. Eisen guter Qualität bietet ein einfaches und effektives Mittel, um die Eigenschaften und den Gebrauch von Eisenguss zu verbessern. Es gewährleistet die Bearbeitbarkeit und Gleichmäßigkeit der Struktur des Gusseisens. Durch die Verwendung von Nickel in der Größenordnung von 25 Prozent kann auch bei Teilen, die abrasivem Verschleiß ausgesetzt sind, eine längere Lebensdauer erreicht werden.

7. Meehanit-Gusseisen

Zylinder oder Zylinderlaufbüchsen aller Größen vom Kleinsten bis zum Größten bieten herausragende Beispiele. Nickelguss wird auch verwendet, um ätzender Korrosion zu widerstehen. Aus diesem Grund wird es weitverbreitet zur Herstellung von ätzenden Töpfen, Rohren und anderen Gussteilen verwendet, die mit ätzender Flüssigkeit in Kontakt kommen.

Der Zusatz von nur 1 Prozent Nickel ergibt sich für diesen Zweck als rundum Vorteil. Der wichtigste Faktor für die Verwendung von Nickel in Gusseisen ist die Erzielung von Dichte und Druckfestigkeit in Gussteilen mit großen und unterschiedlichen Querschnitten. Dies hat zur Anwendung von Nickelguss für viele Teile von Dampf- und Hydraulikmaschinen, Kompressoren und Verbrennungsmotoren geführt.

Wo es auf die Verbesserung der Verschleißqualität ankommt, haben sich häufig Chromzusätze zum Nickel bewährt. Derart legiertes Gusseisen findet breite Anwendung für Pumpen aller Art, bei denen sowohl reibschlüssiger als auch erosiver Verschleiß zu berücksichtigen sind. Legiertes Gusseisen, das 10 bis 30 Prozent Chrom und 1 bis 3 Prozent Gesamtkohlenstoff enthält, zeigt auch ein hohes Maß an Hitzebeständigkeit, kombiniert mit Festigkeit bei hohen Temperaturen.

Mit 10 Prozent Nickel und 6 Prozent Mangan legiertes Gusseisen wird unmagnetisch. Ein spezielles, nicht magnetisches, patentiertes Gusseisen ist unter dem Namen „Nomag“ bekannt “.

MEEHANIT-GUSSEISEN

Gusseisen, bei denen Metall mit Kalziumsilizid behandelt wurde, ist unter dem Handelsnamen Meehanit bekannt. Calciumsilizid wirkt als Graphitbildner und erzeugt eine feine Graphitstruktur, die ein Gusseisen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften ergibt. Die hohen Qualitäten von Mechanit-Eisen sind jedoch nicht nur auf die Verwendung von Calciumsilizid zurückzuführen, sondern auch auf die sorgfältige Kontrolle aller Faktoren, die beim Schmelzen des Eisens in der Kopula oder im Elektroofen und beim Formen des Gussstücks eine Rolle spielen. Nach der Erstarrung verbleibt sehr wenig Calciumsilicid im Eisen.

Das verwendete Metall ist arm an Silizium, mäßig arm an Kohlenstoff, der begrenzt ist, etwa 2,5 bis 3 Prozent. Dies wäre normalerweise weiß, wenn es gegossen wird, aber die Graphitisierung durch das Meehanite-Kontrollsystem bietet eine Reihe von Materialien, um die breiten Anforderungen der Maschinenbauindustrie zu erfüllen.

Insgesamt sind derzeit mehr als sechsundzwanzig Arten von Meehanitmetall unter fünf breiten Klassifikationen erhältlich:(a) allgemeine Technik , (b) hitzebeständig , (c)verschleißfest , (d) korrosionsbeständig , (e) nodulärer „S“-Typ.

Alle Meehanite-Eisen haben eine hohe Festigkeit, Zähigkeit, Duktilität und einfache Bearbeitbarkeit. Sie behaupten daher, die Lücke zwischen gewöhnlichem Gusseisen und Stahl zu schließen. Die Gussteile wiegen zwischen 500 und 6.000 kg. Das Metall ist feinkörnig und weist eine Brinellzahl von 200 bis 210 auf. a

Meehanit-Eisen reagiert anders als gewöhnliches Grauguss auf Wärmebehandlung und wird vollständig oder an der Oberfläche gehärtet. Es kann auch durch geeignete Behandlung gehärtet werden, um es für den Werkzeugmaschinenguss zu verwenden.

Gusseisenproduktion

Gusseisen wird aus Roheisen hergestellt, das als Nebenprodukt beim Schmelzen von Eisenerz in einem Hochofen entsteht. Gusseisen kann direkt aus geschmolzenem Roheisen oder durch Umschmelzen von Roheisen hergestellt werden, oft mit erheblichen Mengen an Eisen, Stahl, Kalkstein, Kohlenstoff (Koks) und verschiedenen Schritten zur Entfernung unerwünschter Verunreinigungen. Phosphor und Schwefel können aus geschmolzenem Eisen verbrannt werden, aber dies verbrennt auch den Kohlenstoff, der ersetzt werden muss. Kohlenstoff- und Siliziumgehalt werden auf die gewünschten Werte eingestellt, die je nach Anwendung zwischen 2–3,5 % bzw. 1–3 % liegen können. Falls gewünscht, können der Schmelze dann weitere Elemente hinzugefügt werden, bevor die endgültige Form gegossen wird.

Gusseisen wird manchmal in einem speziellen Hochofentyp geschmolzen, der als Kupolofen bekannt ist, aber in modernen Anwendungen wird es häufiger in elektrischen Induktionsöfen oder Lichtbogenöfen geschmolzen. Das geschmolzene Gusseisen wird nach Abschluss des Schmelzvorgangs in einen Warmhalteofen oder eine Pfanne gegossen.


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