Einführung in Gusseisenguss

Die Entdeckung des Wertes von Eisen führte aufgrund der Dominanz dieses Materials in sozialen und militärischen Anwendungen zur sogenannten Eisenzeit. Es wird einen weiteren Meilenstein für Metalle geben – die industrielle Revolution hat die Art und Weise verändert, wie Metalle hergestellt und in Produkte wie Eisen umgewandelt wurden.

Gusseisen

Gusseisen wird durch Schmelzen von Eisen- und Kohlenstofflegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 2 % hergestellt. Nach dem Schmelzen wird das Metall in die Form gegossen. Der Hauptunterschied in der Produktion zwischen Schmiedeeisen und Gusseisen besteht darin, dass Gusseisen nicht mit Hämmern und Werkzeugen bearbeitet wird. Es gibt auch Unterschiede in der Zusammensetzung – Gusseisen enthält 2–4 % Kohlenstoff und andere Legierungen und 1–3 % Silizium, was die Gießeigenschaften des geschmolzenen Metalls verbessert. Es können auch kleine Mengen Mangan und einige Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor vorhanden sein. Die Unterschiede zwischen Schmiedeeisen und Gusseisen finden sich auch in den Details der chemischen Struktur und der physikalischen Eigenschaften wieder.

Obwohl sowohl Stahl als auch Gusseisen Spuren von Kohlenstoff enthalten und ähnlich erscheinen, gibt es signifikante Unterschiede zwischen den beiden Metallen. Stahl enthält weniger als 2 % Kohlenstoff, wodurch sich das Endprodukt in einer einzigen mikrokristallinen Struktur verfestigen kann. Der höhere Kohlenstoffgehalt von Gusseisen führt dazu, dass es als heterogene Legierung erstarrt und daher mehr als eine mikrokristalline Struktur im Material vorhanden ist.

Diese Kombination aus hohem Kohlenstoffgehalt und dem Vorhandensein von Silizium verleiht Gusseisen eine hervorragende Gießbarkeit. Verschiedene Arten von Gusseisen werden mit verschiedenen Wärmebehandlungs- und Verarbeitungstechniken hergestellt, darunter grauer, weißer, schmiedbarer, duktiler und kompakter Graphit.

Gusseisenbrücke

Konstruktionsdetails aus Gusseisen werden hergestellt, indem das Metall geschmolzen und in eine Form gegossen wird.

Grauguss

Grauguss zeichnet sich durch die flockige Form von Graphitpartikeln im Metall aus. Wenn das Metall bricht, tritt der Bruch entlang der Graphitflocken auf, was der Oberfläche des gebrochenen Metalls eine graue Farbe verleiht. Von dieser Eigenschaft leitet sich der Name Grauguss ab.

Es ist möglich, die Größe und Struktur der Graphitflockenmatrix während der Produktion zu steuern, indem die Kühlrate und -zusammensetzung angepasst werden. Grauguss ist nicht so duktil wie andere Gusseisenformen und auch seine Zugfestigkeit ist geringer. Es ist jedoch ein besserer Wärmeleiter und hat eine höhere Schwingungsdämpfung. Es hat eine 20- bis 25-fache Dämpfungskapazität von Stahl und ist allen anderen Gusseisen überlegen. Grauguss ist außerdem einfacher zu bearbeiten als andere Gusseisen und seine Verschleißfestigkeit macht es zu einem der Gusseisenprodukte mit dem größten Volumen.

Unsere Hardscape-Produkte werden aus Grauguss hergestellt. Vibrationsdämpfung und Verschleißfestigkeit sind Eigenschaften, die es zu einem geeigneten Material für viele Straßenanwendungen machen. Roher Grauguss erzeugt auch von außen eine Patina, die ihn vor schädigender Korrosion schützt.

Weißes Eisen

Bei entsprechendem Kohlenstoffgehalt und hoher Abkühlgeschwindigkeit verbinden sich die Kohlenstoffatome mit Eisen zu Eisencarbid. Das bedeutet, dass im erstarrten Material wenig oder keine freien Graphitpartikel vorhanden sind. Beim Scheren von Weißeisen erscheint die rissige Oberfläche aufgrund des fehlenden Graphits weiß. Die mikrokristalline Struktur von Zementit ist hart und spröde mit hoher Druckfestigkeit und guter Abriebfestigkeit. Bei einigen Spezialanwendungen ist es wünschenswert, dass weißes Eisen auf der Oberfläche des Produkts vorhanden ist. Dies kann durch die Verwendung eines guten Wärmeleiters zur Herstellung der Formteile erreicht werden. Dadurch wird dem geschmolzenen Metall aus diesem bestimmten Bereich schnell Wärme entzogen, während der Rest des Gussstücks langsamer abkühlt.

Eine der beliebtesten Arten von Weißeisen ist Ni-Harteisen. Die Zugabe von Chrom- und Nickellegierungen verleiht diesem Produkt eine hervorragende Leistung bei Gleitverschleißanwendungen mit geringer Stoßbelastung.

Weißes Eisen und hartes Ni-Eisen fallen unter die Legierungsklassifikation in ASTM A532; "Standardspezifikation für abriebfestes Gusseisen".

Gusseisen

Weißguss kann durch einen Wärmebehandlungsprozess zu Temperguss weiterverarbeitet werden. Ein umfangreiches Heiz- und Kühlprogramm zersetzt die Eisenkarbidpartikel und setzt freie Graphitpartikel in Eisen frei. Durch die unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten und die Zugabe von Legierungen erhält man Sphäroguss mit mikrokristallinem Gefüge.

Sphäroguss (Sphäroguss)

Sphäroguss oder Sphäroguss erhält seine besonderen Eigenschaften durch die Zugabe von Magnesium zur Legierung. Das Vorhandensein von Magnesium bewirkt, dass der Graphit im Gegensatz zu den Graugussflocken eine Kugelform bildet. Die Zusammensetzungskontrolle ist im Produktionsprozess sehr wichtig. Geringe Mengen an Verunreinigungen wie Schwefel und Sauerstoff reagieren mit Magnesium und beeinflussen die Form der Graphitpartikel. Verschiedene Qualitäten von duktilem Eisen werden durch Manipulation der mikrokristallinen Struktur um eine Graphitkugel herum hergestellt. Dies wird entweder durch den Gießprozess oder die Wärmebehandlung als nächster Bearbeitungsschritt erreicht.

Da sich duktiles Eisen beim Aufprall verformt und nicht in Stücke zerbricht, verwenden wir dieses Material zur Herstellung unserer Gusseisenpfähle. Das Schlagprofil von Sphäroguss macht es zu einem guten Gusseisen für verkehrsnahe Poller.

Gusseisen mit Kompaktgraphit

Kompaktes Graphiteisen hat eine Graphitstruktur und verwandte Eigenschaften, die eine Mischung aus Grau- und Weißguss sind. Die mikrokristalline Struktur bildet sich um stumpfe Graphitflocken herum, die aneinander haften. Eine Legierung wie Titan dient dazu, die Bildung von Kugelgraphit zu hemmen. Gusseisen mit Kompaktgraphit hat im Vergleich zu Grauguss eine höhere Zugfestigkeit und eine bessere Duktilität. Die Struktur und die mikrokristallinen Eigenschaften können durch Wärmebehandlung oder die Zugabe anderer Legierungen eingestellt werden.

MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN VON GUSSEISEN

Die mechanischen Eigenschaften eines Materials geben an, wie es sich unter bestimmten Bedingungen verhält, was hilft, seine Eignung für verschiedene Anwendungen zu bestimmen. Spezifikationen werden von Organisationen wie der American Society for Testing and Materials (ASTM) festgelegt, damit Benutzer Materialien mit der Gewissheit kaufen können, dass sie die Anforderungen für ihre Anwendung erfüllen. Dies ist die am häufigsten verwendete Graugussspezifikation ASTM A48.

Um Gussteile gemäß ihren Spezifikationen zu qualifizieren, besteht die Standardmethode darin, einen Teststab zusammen mit technischen Gussteilen zu gießen. ASTM-Tests werden dann auf diesen Teststab angewendet und die Ergebnisse werden verwendet, um die gesamte Charge von Gussteilen zu qualifizieren.

Spezifikationen sind auch beim Zusammenschweißen von Gusseisenteilen wichtig. Die Schweißnaht muss die mechanischen Eigenschaften des zu schweißenden Materials erfüllen oder übertreffen, da es sonst zu Rissen und Beschädigungen kommen kann.

Schweißen von Gusseisen

Beim Schweißen ist es äußerst wichtig, dass die Schweißnaht die mechanischen Eigenschaften des Materials erfüllt oder übertrifft, um Risse und Ausfälle zu vermeiden.

Einige allgemeine mechanische Eigenschaften von Gusseisen sind:

● Härte – Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Abrieb und Eindrücke

● Zähigkeit – die Fähigkeit des Materials, Energie zu absorbieren

● Duktilität – die Fähigkeit des Materials, sich ohne Bruch zu verformen

● Elastizität – die Fähigkeit des Materials, zu seinen ursprünglichen Abmessungen zurückzukehren, nachdem es verformt wurde

● Verformbarkeit – die Fähigkeit des Materials, sich unter Druck zu verformen, ohne zu reißen

● Zugfestigkeit – die größte Belastung in Längsrichtung, die ein Material ertragen kann, ohne zu zerreißen

● Ermüdungsfestigkeit – die höchste Belastung, der ein Material für eine bestimmte Anzahl von Zyklen standhalten kann, ohne zu brechen