Schmiedeeisen vs. Gusseisen: Wichtige Unterschiede und Anwendungen

Was sind die Unterschiede? Erfahren Sie, wie sie verwendet werden

Man nimmt oft an, dass Gusseisen und Schmiedeeisen austauschbare Begriffe für frühe Eisenarbeiten sind, aber es gibt Welten dazwischen.

Schmiedeeisen ist Eisen, das erhitzt und dann mit Werkzeugen bearbeitet wurde.

Gusseisen ist Eisen, das geschmolzen, in eine Form gegossen und zum Erstarren gebracht wurde.

Der fundamentale Unterschied liegt in der Herstellung. Die Unterschiede finden sich in den Namen: "geschmiedet" ist das Partizip von "schmieden" („bearbeitetes Eisen“), und "gegossen" beschreibt alles, was durch den Gussprozess geformt wird.

Die unterschiedlichen Herstellungsmethoden erzeugen Metalle mit variierenden Stärken und Schwächen, weshalb man selten einen Gusseisenzaun oder eine Schmiedeeisenpfanne sieht.

Was ist Schmiedeeisen?

Schmiedeeisen besteht hauptsächlich aus elementarem Eisen mit geringen Mengen (1–2 %) zugesetztem Schlacke (Nebenprodukt der Eisenerzverhüttung, generally bestehend aus einer Mischung von Silizium, Schwefel, Phosphor und Aluminiumoxiden). Schmiedeeisen wird durch wiederholtes Erhitzen des Materials und Bearbeiten mit Werkzeugen hergestellt, um es zu verformen.

Schmiedeeisen ist hoch formbar, sodass es erhitzt, wieder erhitzt und in verschiedene Formen gearbeitet werden kann – Schmiedeeisen wird stärker, je mehr es bearbeitet wird, und zeichnet sich durch sein faseriges Aussehen aus. Schmiedeeisen enthält weniger Kohlenstoff als Gusseisen, was es weicher und duktiler macht. Es ist auch hochgradig ermüdungsbeständig; bei großen Druckmengen durchläuft es große Verformungen, bevor es versagt.

Der Begriff „Schmiedeeisen“ wird heute oft missbraucht; er wird häufig verwendet, um Designs zu beschreiben, die historischen Schmiedeeisenstücken ähneln – unabhängig vom verwendeten Metall. Baustahl, der im kalten Zustand maschinell gebogen wurde, oder Gussstahl- und Eisenstücke, die schwarz lackiert wurden, werden regelmäßig fälschlicherweise als Schmiedeeisenarbeiten bezeichnet. Um wirklich als Schmiedeeisen bezeichnet zu werden, muss ein Metallstück von einem Schmied geschmiedet werden, der es erhitzt und in Form hämmert.

Schmiedeeisen wurde bereits 2000 v. Chr. auf der anatolischen Halbinsel (heute Türkei) verwendet und war im 19. Jahrhundert im Bauwesen weit verbreitet. Fortschritte in der Metallurgie im 20. Jahrhundert machten es jedoch einfacher und günstiger, Metallteile maschinell zu formen und zu schweißen. Der vergleichsweise teure und zeitaufwändige Charakter des Schmiedens führte Mitte der 1970er Jahre zum Ende der großflächigen kommerziellen Praxis. Das bedeutet, dass die meisten echten Schmiedeeisenstücke heute entweder Antiquitäten oder Spezialstücke sind, die von lokalen Handwerkern geschmiedet wurden.

Was ist Gusseisen?

Gusseisen kann eine Reihe von Eisenlegierungen bezeichnen, wird aber am häufigsten mit Grauguss assoziiert. Trotz des Namens Eisen ist es nicht reines elementares Eisen (Fe im Periodensystem) – es ist eigentlich eine Legierung mit 2–4 % Kohlenstoff sowie geringen Mengen Silizium und Mangan. Andere Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor sind ebenfalls üblich.

Gusseisen wird durch Verhütten von Eisenerz oder Schmelzen von Roheisen (ein Zwischenprodukt der Eisenerzgewinnung) und Mischen mit Schrottmetallen und anderen Legierungen hergestellt. Die flüssige Mischung wird dann in Formen gegossen und zum Abkühlen und Erstarren gebracht.

Das Endergebnis ist stark, aber spröde. Durch den höheren Kohlenstoffgehalt erstarrt Gusseisen als heterogene Legierung, was bedeutet, dass es mehrere Bestandteile oder Materialien in verschiedenen Phasen in seiner Mikrostruktur enthält.

Diese gemischte Mikrostruktur verleiht Gusseisen seine charakteristischen physikalischen Eigenschaften. Die inneren Kohlenstoffpartikel erzeugen innere Spannungspunkte, die zum Bruch neigen. Gusseisen ist härter, spröder und weniger formbar als Schmiedeeisen. Es kann nicht gebogen, gestreckt oder in Form gehämmert werden, da seine geringe Zugfestigkeit bedeutet, dass es bricht, bevor es sich biegt oder verformt. Es weist jedoch gute Druckfestigkeit auf.

Gießen ist erheblich weniger arbeitsintensiv als die Herstellung von Schmiedeeisen und war eine prominente Produktionsform im 18. und 19. Jahrhundert. Das Aufkommen von Stahl und automatisierten Bearbeitungstechnologien hat die Rolle des Gießens in einigen Branchen verringert, aber es bleibt ein kosteneffizientes und weit verbreitetes Verfahren in vielen anderen. Während Stahl Gusseisen im Bauwesen fast vollständig verdrängt hat, bleibt Gusseisen beliebt für Produkte mit komplexen Formen, die leichter zu gießen als zu bearbeiten sind. Gusseisen reagiert weniger mit Formmaterialien als Stahl und hat einen niedrigeren Schmelzpunkt, was es flüssiger macht.

Sphäroguss (Duktiles Eisen): Festigkeit und Vielseitigkeit

Sphäroguss, auch duktiles Gusseisen genannt, ist eine moderne und einzigartige Form von Gusseisen, die in den 1940er Jahren von Forschern entwickelt wurde. Sie entdeckten, dass durch Zugabe ausgewählter Legierungen – zunächst einer Magnesium-Kupfer-Legierung, später Cer – die Kohlenstoffatome manipuliert werden konnten, um eine andere Mikrostruktur als bei Gusseisen zu bilden. Die Mikrostruktur von Sphäroguss verhindert Rissbildung, was ein Metall ergibt, das die Vorteile von Gusseisen ohne die Sprödigkeit hat.

Sphäroguss kann in mehrere Güten hergestellt werden, um hohe Duktilität und Zugfestigkeit zu erreichen. Ausgeglühter Sphäroguss (ADI), der mit zusätzlicher Wärmebehandlung hergestellt wird, hat noch bessere mechanische Eigenschaften und Verschleißfestigkeit.

Sphäroguss zeigt auch relativ wenig Schwindung beim Abkühlen, was ihn perfekt für Präzisionsguss macht. Er wird oft „as-cast“ verwendet, was bedeutet, dass er keine Wärmebehandlungen erfordert. Dies kann Herstellungskosten senken, besonders langfristig.

Korrosionsaspekte

Sowohl Gusseisen als auch Schmiedeeisen sind korrosionsanfällig, wenn blankliegende Oberflächen Sauerstoff in Gegenwart von Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Dies kann in Außenumgebungen mit nahezu konstanter Exposition gegenüber Niederschlag und Feuchtigkeit herausfordernd sein. Im Gegensatz zu anderen Metallen, die eine schützende Oxidschicht bilden, wird Eisen bei genügend Zeit vollständig rosten und abblättern.

Um Rost zu verhindern, sollten Eisenprodukte beschichtet werden, um Exposition zu vermeiden. Farbe wird häufig verwendet, um blankes Metall zu beschichten und zu schützen. Pulverbeschichtung ist eine weitere Methode, ideal für Außenmöbel, die in stark frequentierten Bereichen stärkerem Verschleiß ausgesetzt sind. Pulverbeschichtungen sind hochgradig langlebig und verblassen, splittern oder risseln nicht über lange Zeiträume.

Historische Erhaltung

Von Lincoln, Massachusetts bis Lincoln, Nebraska bis Lincoln, Ontario – Nordamerika ist reich an Geschichte. Jede Stadt hat eine Geschichte zu erzählen, und die Gebäude in diesen Städten haben genauso viel zur Gestaltung der Vergangenheit beigetragen wie die Menschen selbst.

Bei der Restaurierung historischer Gebäude mit architektonischem Eisen und Metallarbeiten sind Qualität und Authentizität entscheidend. Große Außenelemente wie Poller, Tore, Zäune, Laternenmasten und Parkbänke spielen eine bedeutende Rolle bei der Schaffung einer Atmosphäre, die der historischen Zeit treu bleibt. Moderne Gießereien können frühe Metallarbeiten reproduzieren, indem sie ihre Designvorlagen aus historischen Zeichnungen oder den Originalstrukturen selbst ableiten.

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Quellen

• Encyclopedia Britannica. „Gusseisen“.
• Encyclopedia Britannica. „Schmiedeeisen“.
• Engineer's Handbook. „Gusseisen“.
• Ductile Iron Society. „Ductile Iron Data for Design Engineers“.