ASTM A27 Stahl: Den idealen Gütegrad für Ihren Guss auswählen

Einfluss der chemischen Zusammensetzung und der nachschweißtechnischen Wärmebehandlung verstehen

Die korrekte Materialspezifikation eines Gussteils muss vor der Bestellung in einer Gießerei festgelegt werden. Dies stellt sicher, dass der gewünschte Guss die für optimale Leistung und Haltbarkeit erforderlichen Eigenschaften aufweist. Bestellungen für Gussteile in einer Gießerei erfolgen typischerweise nach ASTM-Spezifikationen – einem System zur Klassifizierung von Stahl und anderen Materialien basierend auf mechanischen Eigenschaften, chemischer Analyse und Verwendungszweck. ASTM International, früher bekannt als American Society for Testing and Materials (ASTM), ist eine weltweit anerkannte Normungsorganisation.

Was ist ASTM A27?

Je nach den geforderten mechanischen und chemischen Eigenschaften enthält Stahl (Fe) unterschiedliche Mengen an Legierungselementen zusätzlich zu Kohlenstoff (C). ASTM A27 ist eine Spezifikation für Kohlenstoffstahlguss für allgemeine Anwendungen. Oft als Baustahl oder einfacher Kohlenstoffstahl bezeichnet, macht das Gleichgewicht von Kosten und Festigkeit diese gängige Form von Gussstahl für eine breite Palette von Anwendungen wünschenswert.

ASTM A27 bietet mehrere Güteklassen und zwei Klassen von Stahlguss, die je nach chemischen und festigkeitsrelevanten Anforderungen der Konstruktion spezifiziert werden können. Darüber hinaus enthält sie ergänzende Anforderungen, wenn Gussstücke besondere Prüfungen und die Einhaltung weiterer Konstruktionsanforderungen erfordern. ASTM A27 umfasst Kohlenstoffstahlguss für Anwendungen, die eine Mindestzugfestigkeit von bis zu 70 ksi (485 MPa) erfordern.

Unter ASTM A27 sind mehrere Stahlgüteklassen und zwei Klassen von Stahlguss abgedeckt. Jede Güteklasse variiert basierend auf der chemischen Zusammensetzung und der Art der Wärmebehandlung, die erforderlich ist, um Änderungen der mechanischen Eigenschaften zu bewirken.

Ergänzende Prüfungen können auf Spezifikationen angewendet werden, wenn Prüfungen über chemische und Zugversuche hinaus erforderlich sind. Ergänzende Prüfungen verlangen vom Hersteller die Durchführung einer Auswahl zusätzlicher Tests.

ERGÄNZENDE PRÜFUNGEN

Oberflächenprüfung

Interne Prüfung auf Dichtheit

Festigkeitsprüfung

Prüfung auf Gussrisse oder Unstetigkeiten durch Beobachtung von Oberflächentexturen und -verformungen.

Prüfung auf innere Hohlräume, um sicherzustellen, dass der Stahl keine Risse, Schwindporen oder andere Fehler aufweist.

Prüfung zur Verifizierung der temperaturabhängigen duktilen und spröden Übergangstemperatur.

Z. B. Magnetpulverprüfung

Z. B. Röntgenprüfung

Z. B. Charpy-Schlagbiegeversuch

Auswirkungen der Wärmebehandlung

Wärmebehandlung wird eingesetzt, um die physikalischen Eigenschaften von Metall zu verändern, zu reparieren oder zu verbessern. Dieser Prozess in einer Gießerei umfasst Erhitzen und Abkühlen in Wärmebehandlungsofen, oft auf extreme Temperaturen. Dies reduziert Spannungen in einem Gussteil, homogenisiert die physikalischen Eigenschaften des Gusses und modifiziert die physikalischen Eigenschaften des Metalls. Wärmebehandlung umfasst Weichglühen, Normalisieren und Anlassen – oder Härten und Anlassen. Wärmebehandlungen sollten durchgeführt werden, nachdem die Gussteile vollständig abgekühlt sind.

Bei der Betrachtung von Stahlgüteklassen und -klassen spielt die Wärmebehandlung eine entscheidende Rolle. Alle Gussstücke, mit Ausnahme der Güteklassen N-1 und U-60-30, müssen wärmebehandelt werden. Die Stahlklasse wird weitgehend durch den Bedarf des Gussteils an nachschweißtechnischer Wärmebehandlung beeinflusst.

Auswahl einer Stahlgüteklasse

Bei der Wahl einer Stahlgüteklasse sollte eine gewählt werden, die die tatsächlichen Anforderungen erfüllt, anstatt eine Klasse, die Bedingungen erfüllen soll, die nie erwartet werden. Höhere Güteklassen und zusätzliche Prüfungen erfordern in der Regel höhere Kosten. Wenn überflüssige Prüfungen oder Annahmekriterien durchgeführt werden, die über das Notwendige hinausgehen, entstehen Kosten, ohne die Gebrauchstauglichkeit des Gussteils zwangsläufig zu erhöhen. Der Umfang der geforderten Prüfungen und die Annahmekriterien sollten den Konstruktions- und Betriebsanforderungen folgen.

STAHLGÜTEKLASSEN

Güteklasse N-1

Nur chemische Analyse

Güteklasse N-2

Wärmebehandelt, aber nicht mechanisch geprüft

Güteklasse U-60-30

Mechanisch geprüft, aber nicht wärmebehandelt

Güteklassen 60-30, 65-35, 70-36 und 70-40

Wärmebehandelt, aber nicht mechanisch geprüft

Auswahl einer Stahlklasse

Nach der Entscheidung für eine Stahlgüteklasse ist es an der Zeit, eine Stahlklasse zu wählen. Es gibt zwei separate Stahlklassen, die sich durch den Bedarf an Wärmebehandlung unterscheiden.

• Klasse 1: Nachschweißtechnische Wärmebehandlung erforderlich
  

  Die Gießerei muss einen Guss wärmebehandeln oder nachwärmebehandeln, wenn Schweißarbeiten durchgeführt werden.

• Klasse 2: Nachschweißtechnische Wärmebehandlung nicht erforderlich
  

  Die Gießerei darf kleinere Schweißarbeiten an einem Guss durchführen, ohne dass eine Wärmebehandlung oder Nachwärmebehandlung erforderlich wird. Dies ist normalerweise bei sehr kleinen, kosmetischen Schweißnähten der Fall.

Wenn Schweißnähte eine Wärmebehandlung erfordern, ist es wichtig, Klasse 1 zusammen mit der Güteklasse anzugeben. Umgekehrt sollte Klasse 2 zusammen mit der Güteklasse angegeben werden, wenn keine Wärmebehandlung eingesetzt wird.

Festigkeitsprüfung nach ASTM A27

Festigkeitsprüfungen werden typischerweise an repräsentativen Stahlstäben, sogenannten Prüfstäben, durchgeführt, anstatt an Abschnitten, die aus tatsächlichen Gussstücken entnommen wurden. Prüfungen an Prüfstäben haben die gleiche Zusammensetzung wie der Guss, da sie gleichzeitig mit den Gussstücken gegossen und wärmebehandelt werden. Die Ergebnisse zeigen die Stahlqualität, aber nicht unbedingt die Eigenschaften des tatsächlichen Gussteils. Während der Wärmebehandlung werden die Erstarrungsbedingungen und die Abkühlrate von der Größe, Form und Wanddicke des Gussteils beeinflusst.

Stahlspezifikationen beziehen sich im Allgemeinen auf Zugfestigkeit und Streckgrenze. A27-Stahl, mit Ausnahme der Güteklassen N-1 und N-2, muss alle einen Zugversuch durchlaufen und den folgenden mechanischen Anforderungen entsprechen:

Zugfestigkeit (Höchstzugfestigkeit)

Die Festigkeit eines Materials, gemessen an der größten Spannung, die es unter Zugbelastung aushalten kann, bevor es bricht.

Streckgrenze

Die Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es beginnt, sich plastisch zu verformen.

Bruchdehnung (%)

Der Prozentsatz der ursprünglichen Länge, den ein Zugprüfstück vor dem Brechen oder Reißen dehnt.

Querschnittsverengung (%)

Der Unterschied zwischen dem ursprünglichen Querschnittsbereich eines Zugprüfstücks und der kleinsten Fläche nach dem Bruch (ausgedrückt als Prozentsatz der ursprünglichen Fläche).

Festigkeitsprüfungen vs. Härteprüfungen

Zugfestigkeit ist nicht dasselbe wie Härte. Zugfestigkeit bezieht sich auf den Widerstand eines Materials gegen Bruch unter Zug. Wie bereits erwähnt, kann die Zugfestigkeit mittels Prüfstäben geprüft werden, um Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung des Gusses zu verifizieren.

Härte bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, Verformung zu widerstehen. Bei nicht-austenitischem Stahl besteht ein konsistenter funktionaler Zusammenhang zwischen Härtewerten und Zugfestigkeiten; daher kann die Härtemessung Rückschlüsse auf die Zugfestigkeit geben. In der Gießerei bietet die Härteprüfung eine günstige, einfache und systematische Methode, um physikalische Eigenschaften zu überprüfen, ohne einzigartige Zugversuche durchführen zu müssen. Obwohl sie keine exakte oder garantierte Messung liefern, sind sie für homogene Stähle relativ genau. Daher kann die Härteprüfung und die anschließende Umrechnung eine schnelle, kosteneffektive Methode zur raschen Bestätigung physikalischer Eigenschaftsannahmen bieten.