Die richtige Eisenlegierung wählen: Sphäroguss vs. Gusseisen erklärt

Wie Ingenieure eine Legierung für Metallguss wählen

Bei der Wahl einer Eisenlegierung für einen Guss berücksichtigt ein Metallurg das Budget, die erforderlichen mechanischen Eigenschaften und nachgelagerte Schritte wie Zerspanen und Wärmebehandlung. Diese Anforderungen entscheiden, welche Legierung verwendet wird. Heutzutage ist die größte Wahl zwischen Sphäroguss vs. Gusseisen.

Technisch gesehen deutet „Gusseisen“ auf Eisenlegierungen hin, die in einer Gießerei gegossen werden. Sphäroguss ist eine solche Legierung. Allerdings ist Sphäroguss ein relativer Neuling mit einzigartigen mechanischen Eigenschaften, die ihn von anderen Eisenlegierungen abheben. Dieser Unterschied bedeutet, dass „Gusseisen“ usually Grau- oder Weißgusslegierungen spezifiziert, die seit Jahrhunderten Teil der Metallverarbeitung sind.

Welche Eisenarten werden in der Gießerei gegossen?

• Sphäroguss (Duktiles Gusseisen): Dieser Eisentyp wurde 1948 entwickelt und ist zu einer sehr wichtigen Legierung für ferro-Gießereien geworden. Er ist viel weniger spröde als andere Gusseisen.
• Temperguss: Vor der Erfindung von Sphäroguss war diese Legierung beliebter. Es ist ein Weißguss, der sehr lange wärmebehandelt wird. Die Bedingungen im Glühofen müssen sehr kontrolliert sein. Wenn der Temperguss fertig ist, ist er viel weniger spröde. Temperguss wird noch für kleine, dünne Gussteile verwendet, wo Sphäroguss weniger erfolgreich ist.
• Weißguss: Diese Legierung wird schneller abgekühlt als andere Gusseisen, wodurch ein Molekül namens Zementit in seinem Gitter entsteht. Es ist eine spröde Legierung, aber mit ausgezeichneter Härte und Abriebfestigkeit. Oft in Lagern und anderen Hochreibungsanwendungen verwendet.
• Grauguss: Die meisten Standard-„Gusseisen“-Artikel werden aus Grauguss hergestellt, daher ist dies likely die Legierung, die gemeint ist, wenn der Begriff verwendet wird. Im Gegensatz zu Weißguss hat Grauguss eine graphitische Mikrostruktur. Er hat ausgezeichnete Schwingungsdämpfungskapazität und großartige Zerspanbarkeit.

Weiß- und Grauguss erzeugen sehr ähnlich aussehende Gussteile. Ihre Färbung ist nur beim Bruch evident.

Was sind die Unterschiede zwischen Sphäroguss und Gusseisen?

Sphäroguss ist weniger spröde als anderes Gusseisen, sogar vor Wärmebehandlung. Er bricht bei Aufprall nicht so leicht. Duktilität ermöglicht dem Eisen, sich zu biegen. Im Vergleich ist Grauguss härter. Diese Härte bedeutet, dass er Oberflächenverschleiß gut bewältigt. Grauguss ist auch besser in Schwingungsdämpfung. Die Unterschiede liegen in den Mikrostrukturen des Graphits innerhalb dieser Eisenlegierungen.

Grauguss enthält 2,5–4 % Kohlenstoff und 1–3 % Silizium nach Gewicht. Das Silizium in der Legierung ist notwendig, um die Graphitmoleküle zu stabilisieren, die Grauguss seine Eigenschaften geben. Allerdings ist dieses Silizium nur effektiv, um den Graphit zu unterstützen und zu erhalten, wenn das Metall beim Abkühlen keinen thermischen Schock erfährt. Sehr schnelles Abkühlen führt zur Bildung von Zementit und macht den Grauguss zu Weißguss, selbst mit Silizium in der Mischung. Im Grauguss sind Graphitplättchen durch die Oberfläche eingebettet und in hochpoliertem Grauguss sichtbar.

Sphäroguss hat 3,2–3,6 % Kohlenstoff, 2,2–2,8 % Silizium und einen kleinen Prozentsatz eines „Knüpfelselements“. Entdeckt 1943, hatte Sphäroguss viele der gleichen Eigenschaften wie Temperguss, nur dass er diese Eigenschaften direkt aus der Form hatte. Die lange und technische Wärmebehandlung, die für Temperguss notwendig ist, machte ihn teurer und fehleranfälliger. Sphäroguss war eine offensichtliche Lösung. (Temperguss wird noch in dünnen Gussteilen verwendet, wo Sphäroguss zu schnell abkühlt und Karbide produziert.)

Wie Grauguss ist Graphit ein wichtiger Teil der Mikrostruktur von Sphäroguss. Allerdings formt das Knüpfelselement – wie Magnesium, Cer oder Tellur – die Graphitmoleküle in Kugeln statt in Plättchen. Diese Kugeln gleiten aneinander vorbei, anstatt Ebenen zu schaffen, entlang denen das Eisen brechen kann. Die Knötchen machen den Sphäroguss flexibler und weniger hart. Wo Oberflächenhärte benötigt wird, kann Wärmebehandlung verwendet werden.

Wahl zwischen Sphäroguss und traditionellem Gusseisen

Sphäroguss ist etwas teurer als Grauguss, aber günstiger und einfacher zu gießen als Stahl. Er wird usually für seine mechanischen Eigenschaften und seinen Wert gewählt. Als weniger spröde Legierung als Gusseisen wird er in Anwendungen verwendet, wo Duktilität und Schlagfestigkeit nützlich sind. Er ist besser als Stahl in Schwingungsdämpfung und Druckstreckgrenze, obwohl Grauguss für Dämpfung immer noch überlegen ist.

Poller, die für Schlagfestigkeit ausgelegt sind, verwenden oft Sphäroguss. Es ist die Haupt-Eisenlegierung für Rohre, besonders solche unter Druck. Sphärogussteile finden sich in Automobilkomponenten, Pumpen und Kabelummantelungen, wo Aufprall wahrscheinlich ist.

Grauguss ist immer noch eine wichtige und gut genutzte Legierung für Anwendungen, wo traditioneller Gusseisensprödigkeit kein Problem ist. Gegenstände, die im regulären Verschleiß nicht Aufprall ausgesetzt sind, werden oft aus Grauguss hergestellt. Gusseisenpfannen sind usually Grauguss. Hardscape wie Baumgitter, Rinngitter und Schachtabdeckungen sind auch oft Grauguss. Überlegene Schwingungsdämpfung macht Grauguss zu einer ausgezeichneten Maschinenbasis. Es ist auch die richtige Wahl für Bremsen oder Motorkomponenten, die nicht geschlagen werden, aber mit hoher Vibration umgehen müssen.

Bei jedem Projekt ist es wichtig, mit einem Metallurgen oder Ingenieur zu sprechen, bevor man eine Legierung wählt. Sie werden die Arbeitsbeanspruchung des Bauteils untersuchen und helfen, Materialien zu wählen, die die Anwendung sicher bewältigen können. Die Wahl zwischen Sphäroguss vs. Gusseisen kann manchmal nur auf Wert hinauslaufen. Andere Male sind die spezifischen Qualitäten der Legierung das, was benötigt wird.