Flexibles Bügeleisen? Sphäroguss vs. Gusseisen

Wie Ingenieure eine Legierung für Metallgussteile auswählen

Bei der Auswahl einer Eisenlegierung für einen Guss berücksichtigt ein Metallurge das Budget, die erforderlichen mechanischen Eigenschaften und Nachbearbeitungsschritte wie Bearbeitung und Wärmebehandlung. Diese Anforderungen entscheiden darüber, welche Legierung zu verwenden ist. Heutzutage besteht die größte Wahl zwischen Sphäroguss und Gusseisen.

Technisch gesehen bezeichnet „Gusseisen“ Eisenlegierungen, die in einer Gießerei gegossen werden. Sphäroguss ist eine solche Legierung. Duktil ist jedoch ein relativer Neuling in der Szene, mit einzigartigen mechanischen Eigenschaften, die es von den anderen Eisenlegierungen abheben. Dieser Unterschied bedeutet, dass „Gusseisen“ normalerweise Grau- oder Weißeisenlegierungen bezeichnet, die seit Jahrhunderten Teil der Metallschmiedekunst sind.

Welche Eisensorten werden in der Gießerei gegossen?

• Duktiles Gusseisen:Diese Eisenart wurde 1948 entwickelt und ist zu einer sehr wichtigen Legierung für Eisengießereien geworden. Es ist viel weniger spröde als andere Gusseisen.
• Temperguss:Vor der Erfindung des Sphärogusses war diese Legierung beliebter. Es ist ein weißes Gusseisen, das sehr lange wärmebehandelt wird. Die Bedingungen in der Wärmebehandlung müssen sehr kontrolliert werden. Wenn das Temperguss fertig ist, ist es viel weniger spröde. Formbar wird immer noch für kleine, dünne Gussteile verwendet, bei denen Duktil weniger erfolgreich ist.
• Weißes Gusseisen:Diese Legierung kühlt schneller ab als andere Gusseisen und erzeugt in ihrem Gitter ein Molekül namens Zementit. Es ist eine spröde Legierung, hat aber eine ausgezeichnete Härte und Abriebfestigkeit. Es wird häufig in Lagern und anderen Anwendungen mit hoher Reibung verwendet.
• Grauguss:Die meisten standardmäßigen „Gusseisen“-Artikel werden aus Grauguss hergestellt, wenn also der Begriff verwendet wird, ist dies wahrscheinlich die Legierung, die gemeint ist. Grauguss hat im Gegensatz zu weißem Gusseisen eine graphitische Mikrostruktur. Es hat eine hervorragende Vibrationsdämpfungskapazität und eine hervorragende Bearbeitbarkeit.

Weiße und graue Gusseisen erzeugen sehr ähnlich aussehende Gussteile. Ihre Färbung ist nur sichtbar, wenn sie brechen.

Was sind die Unterschiede zwischen Sphäroguss und Gusseisen?

Sphäroguss ist weniger spröde als andere Gusseisen, auch vor der Wärmebehandlung. Es bricht nicht so leicht bei Stößen. Da es duktil ist, kann sich das Eisen biegen. Im Vergleich dazu ist Grauguss härter. Diese Härte bedeutet, dass es den Oberflächenverschleiß gut bewältigt. Grauguss ist auch besser in der Vibrationsdämpfung. Die Unterschiede sind auf die Mikrostrukturen des Graphits innerhalb dieser Eisenlegierungen zurückzuführen.

Grauguss besteht zu 2,5–4 % aus Kohlenstoff und zu 1–3 % aus Silizium. Das Silizium in der Legierung ist notwendig, um die Graphitmoleküle zu stabilisieren, die dem Grauguss seine Eigenschaften verleihen. Dieses Silizium ist jedoch nur dann wirksam, um den Graphit zu stützen und aufrechtzuerhalten, wenn das Metall beim Abkühlen keinen Wärmeschock erfährt. Sehr schnelles Abkühlen führt zur Bildung von Zementit und macht das Grauguss zu Weißguss, sogar mit Silizium in der Mischung. Bei Grauguss sind Graphitflocken durch die Oberfläche eingelagert und bei hochglanzpoliertem Grauguss sichtbar.

Duktiles Gusseisen hat 3,2–3,6 % Kohlenstoff, 2,2–2,8 % Silizium und einen kleinen Prozentsatz eines „knollenbildenden Elements“. Duktil wurde 1943 entdeckt und hatte viele der gleichen Eigenschaften wie Temperguss, nur dass es diese Eigenschaften direkt aus der Form hatte. Die lange und technische Wärmebehandlung, die erforderlich ist, um Temperguss herzustellen, machte es teurer und fehleranfälliger. Duktil war eine naheliegende Lösung. (Verformbar wird immer noch in dünnen Gussteilen verwendet, wo duktil zu schnell abkühlt und Karbide produziert.)

Graphit ist wie Grauguss ein wichtiger Bestandteil der Mikrostruktur von Gusseisen mit Kugelgraphit. Das nodulierende Element – ​​wie Magnesium, Cer oder Tellur – formt die Graphitmoleküle jedoch eher zu Kugeln als zu Flocken. Diese Kugeln gleiten aneinander vorbei, anstatt Ebenen zu erzeugen, entlang denen das Eisen brechen kann. Die Knötchen machen das Gusseisen flexibler und weniger hart. Wo Oberflächenhärte benötigt wird, kann eine Wärmebehandlung eingesetzt werden.

 

KUGELGUSS (ASTM A536)

GRAUEISEN (ASTM 40)

WEISSES EISEN

TEMPERBARER GUSS (WEISSER GUSS, GEGLÜHT)

Stabilität

Standard-Gießbarkeit:viel einfacher als Stahlguss

Streckgrenze

50.000 psi

—

—

33.000 psi

Dehnung %

18

0,5

0

12

Zugfestigkeit

72.000 psi

40-50.000 psi

25.000 psi

52.000 psi

Härte [Brinell]

130-217

260

450

130

Korrosionsbeständigkeit

Rostet, kann aber im Außenbereich eine schützende Patina entwickeln.

Wärmeausdehnung 20 °C

6,46*10 ^-6
in/(in* ºF)

6,46*10 ^-6
in/(in* ºF)

5,0*10 ^-6
in/(in* ºF)

6,6*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relative Dämpfung
(log-Verhältnis aufeinanderfolgender Amplituden)

5-20*10 ⁴

20-500*10 ⁴

2-4*10 ⁴

8-15*10 ⁴

Kosten

$$

$

$

$$$

Bearbeitbarkeit

Mittel

Gut

Gut

Mittel

Schweißbarkeit

Je nach Verfahren niedrig bis mittel

Mittel

Nicht schweißbar

Schweißen ist möglich, wandelt aber einen Teil des Tempergusses in Grauguss um

KUGELGUSS (ASTM A536)

Stabilität

Standard-Gießbarkeit:viel einfacher als Stahlguss

Streckgrenze

50.000 psi

Dehnung %

18

Zugfestigkeit

72.000 psi

Härte [Brinell]

130-217

Korrosionsbeständigkeit

Rostet, kann aber im Außenbereich eine schützende Patina entwickeln.

Wärmeausdehnung 20 °C

6,46*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relative Dämpfung (logarithmisches Verhältnis aufeinanderfolgender Amplituden)

5-20*10 ⁴

Kosten

$$

Bearbeitbarkeit

Mittel

Schweißbarkeit

Je nach Verfahren niedrig bis mittel

GRAUEISEN (ASTM 40)

Stabilität

Standard-Gießbarkeit:viel einfacher als Stahlguss

Streckgrenze

—

Dehnung %

0,5

Zugfestigkeit

40-50.000 psi

Härte [Brinell]

260

Korrosionsbeständigkeit

Rostet, kann aber im Außenbereich eine schützende Patina entwickeln.

Wärmeausdehnung 20 °C

6,46*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relative Dämpfung (logarithmisches Verhältnis aufeinanderfolgender Amplituden)

20-500*10 ⁴

Kosten

$

Bearbeitbarkeit

Gut

Schweißbarkeit

Mittel

WEISSES EISEN

Stabilität

Standard-Gießbarkeit:viel einfacher als Stahlguss

Streckgrenze

—

Dehnung %

0

Zugfestigkeit

25.000 psi

Härte [Brinell]

450

Korrosionsbeständigkeit

Rostet, kann aber im Außenbereich eine schützende Patina entwickeln.

Wärmeausdehnung 20 °C

5,0*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relative Dämpfung (logarithmisches Verhältnis aufeinanderfolgender Amplituden)

2-4*10 ⁴

Kosten

$

Bearbeitbarkeit

Gut

Schweißbarkeit

Nicht schweißbar

TEMPERBARER GUSS (WEISSER GUSS, GEGLÜHT)

Stabilität

Standard-Gießbarkeit:viel einfacher als Stahlguss

Streckgrenze

33.000 psi

Dehnung %

12

Zugfestigkeit

52.000 psi

Härte [Brinell]

130

Korrosionsbeständigkeit

Rostet, kann aber im Außenbereich eine schützende Patina entwickeln.

Wärmeausdehnung 20 °C

6,6*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relative Dämpfung (logarithmisches Verhältnis aufeinanderfolgender Amplituden)

8-15*10 ⁴

Kosten

$$$

Bearbeitbarkeit

Mittel

Schweißbarkeit

Schweißen ist möglich, wandelt aber einen Teil des Tempergusses in Grauguss um

Die Wahl zwischen Sphäroguss und traditionellem Gusseisen

Sphäroguss ist etwas teurer als Grauguss, aber billiger und einfacher zu gießen als Stahl. Es wird normalerweise aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und seines Werts ausgewählt. Als weniger spröde Legierung als Gusseisen wird es in Anwendungen eingesetzt, bei denen Duktilität und Schlagfestigkeit nützlich sind. Es ist besser als Stahl in Bezug auf Vibrationsdämpfung und Drucknachgiebigkeit, obwohl Grauguss in Bezug auf die Dämpfung immer noch überlegen ist.

Poller, die auf Stoßfestigkeit ausgelegt sind, verwenden häufig duktiles Eisen. Es ist die wichtigste Eisenlegierung, die für Rohre verwendet wird, insbesondere für solche, die unter Druck stehen. Duktile Teile sind in Automobilkomponenten, Pumpen und Kabelgehäusen zu finden, wo ein Aufprall wahrscheinlich ist.

Grauguss ist immer noch eine wichtige und häufig verwendete Legierung für Anwendungen, bei denen die Sprödigkeit von herkömmlichem Gusseisen kein Problem darstellt. Gegenstände, die im normalen Verschleiß keinen Stößen ausgesetzt sind, sind oft aus Grauguss. Bratpfannen aus Gusseisen sind in der Regel aus Grauguss. Hardscape, wie Baumgitter, Grabengitter und Schachtabdeckungen sind ebenfalls oft Grauguss. Hervorragende Vibrationsdämpfung macht Grauguss zu einer hervorragenden Maschinenbasis. Es ist auch die richtige Wahl für Bremsen oder Motorkomponenten, die nicht getroffen werden, aber starken Vibrationen standhalten müssen.

Bei jedem Projekt ist es wichtig, mit einem Metallurgen oder Ingenieur zu sprechen, bevor man sich für eine Legierung entscheidet. Sie untersuchen die Arbeitsbelastung des Bauteils und helfen bei der Auswahl von Materialien, die die Anwendung sicher bewältigen können. Die Auswahl von duktilem Eisen gegenüber Gusseisen kann manchmal nur auf den Wert hinauslaufen. In anderen Fällen sind die spezifischen Qualitäten der Legierung gefragt.