Gusseisen nach Maß: Verfahren, Sorten & Anwendungen im Überblick

Temperguss auf Bestellung

Beim Gusseisen-Gussprozess gießt der Hersteller flüssiges Eisen und Eisenlegierungen in eine Form. Das Material erstarrt beim Abkühlen und härtet schließlich in der durch die Formhöhle vorgegebenen Form aus. Der Gussprozess bewirkt wichtige mikrostrukturelle Veränderungen im Gussstück.

Gusseisensorten

Moderner Guss erzeugt viele Produkte von großer kommerzieller Bedeutung. Drei gängige Gusseisensorten tragen häufig zur Produktion und Montage von Metallteilen bei: Grauguss, Sphäroguss (GJS) und Temperguss (GJM).

• Grauguss: Bekannt für seine charakteristische graue Farbe, findet in vielen modernen industriellen Anwendungen breite Verwendung.
• Sphäroguss (Duktileisen): Wird durch Magnesiumzugabe zum Schmelzbad von Grauguss hergestellt. Sphäroguss zeigt kugeliges Graphit auf mikroskopischer Ebene, was die Duktilität deutlich erhöht.
• Temperguss: Enthält weniger Kohlenstoff als herkömmlicher Grauguss. Bietet Plastizität und Festigkeit, neigt aber manchmal zum Schwinden beim Abkühlen.

Über Temperguss

Temperguss wird hergestellt, indem zunächst ein spröder Werkstoff – „Weißguss“ – gegossen wird. Weißguss enthält Zementeit (Fe₃C) und bietet Oberflächenhärte. Eine spezielle Glühannealing-Behandlung lässt das Metall seine Sprödigkeit verlieren und wandelt die innere Mikrostruktur in eine duktilere Form um.

Der Hersteller muss während des Glühens vorsichtig sein, um eine erneute Bildung von sprödem Weißguss zu verhindern. Dieser Schritt umfasst manchmal das erneute Erhitzen dünner Gussabschnitte, um sicherzustellen, dass die Kohlenstoffeinschlüsse unregelmäßig geformte Strukturen bilden – auf mikrostruktureller Ebene als „Temperkohlenstoff“ oder „Tempergraphit“ bezeichnet. Die Temperaturen erreichen dabei angeblich bis zu 1.700 °F (ca. 927 °C) bei lang andauernden Glühvorgängen.

In manchen Fällen wird Weißguss für längere Perioden (bis zu 100 Stunden) während der Tempergussproduktion geglüht. In dieser Phase kann zusätzliches Eisenerz zur Schmelze gegeben werden.

Da sowohl „Low-Tech“- als auch „High-Tech“-Gießereien Temperguss produzieren, bestehen heute klare Unterschiede in den Produktionsmethoden am Markt.

Eigenschaften von Temperguss

Temperguss ist duktiler als Grauguss und, obwohl hart, nicht so spröde wie Weißguss. Zwar nicht so gut gießbar wie Grau- oder Sphäroguss, aber besser als manche anderen Materialien, einschließlich Weißguss.

Zudem bietet Temperguss hervorragende Oberflächenhärtbarkeit. Er ist kratz- und abriebfest. Er weist höhere Zugfestigkeit als Grauguss auf, aber deutlich weniger als Sphäroguss.

Seine Duktilität ermöglicht vielfältige „Kaltumform“-Operationen während der Nachbearbeitung. Die erhöhte Duktilität macht Temperguss gut zerspanbar. Wir können das Metall biegen, richten oder stanzen, um verkaufsfähige Erzeugnisse herzustellen. Temperguss verträgt diese Operationen.

Eine Eigenschaft ist in manchen kommerziellen Anwendungen nachteilig: Manchmal schwindet er beim Abkühlen. Der Verlust an Dimensionsstabilität macht ihn ungeeignet für Produkte mit engen Toleranzanforderungen.

Dennoch nutzen viele Hersteller Temperguss für kleine, dünne Gussstücke und Platten.

Temperguss-Anwendungen

Temperguss wird seit Jahrhunderten verwendet. Einige Produkte reichen bis in die Antike zurück. Archäologische Funde belegen Temperguss-Artefakte aus der Tang-Dynastie. Breite Verbreitung fand er jedoch erst nach der Industriellen Revolution.

Heute wird Temperguss noch dort eingesetzt, wo die Fertigung großer Stückzahlen gleichmäßiger Teile innerhalb enger Toleranzen nicht oberste Priorität hat. Er eignet sich oft für Kleinteile, die umfangreiche nachgelagerte Zerspanungs- und Veredelungsoperationen durchlaufen.

Temperguss-Anwendungen existieren heute in vielen Industriebereichen: Landwirtschaft, Elektronik, Konsumgüter, Bauwesen.

Typische Temperguss-Produkte:

• Zaunbeschläge
• Rohrverbindungen
• Landmaschinenteile
• Haushaltsartikel
• Kleine Maschinenteile
• Modeschmuck
• Elektrokomponenten
• Industrielle Prägemarken
• Kunstobjekte, etc.

Dieser Werkstoff eignet sich hervorragend für sehr dünne Gussstücke und Platten.

Temperguss bietet mehrere Vorteile:

• Höhere Duktilität als viele alternative Gusswerkstoffe – ausgezeichnet für Produkte, die umfangreiche Nachbearbeitung durchlaufen.
• Obwohl er die Flexibilität, Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit von Sphäroguss nicht erreicht, erlaubt er umfangreiche Bearbeitung ohne Rissbildung.
• Temperguss lässt sich beim Finish plattieren und hämmern – bei manchen konkurrierenden Gusseisensorten würden Risse entstehen.
• Hervorragende Oberfläche für Präge- und Entgratoperationen.
• Die Festigkeit ermöglicht Konkurrenz mit Grau- und Sphäroguss für manche Zwecke. Breite Anwendung in der Metallteilefertigung.
• Einige Temperguss-Sorten zeigen gute Schlagzähigkeit bei sehr tiefen Temperaturen – z. B. Marken aus diesem Material halten arktischen Bedingungen stand.

Gängige Gusswerkstoffe & -verfahren

Einige Gussverfahren und -werkstoffe aus der Antike sind bis heute in Verwendung. Es gibt viele zuverlässige und effektive Gusswerkstoffe für industrielle Zwecke. Die am häufigsten verwendeten Ressourcen sind:

• Grauguss
• Sphäroguss
• Aluminium
• Stahl
• Kupfer
• Zink

Grauguss

Grauguss ist einer der am weitesten verbreiteten Gusswerkstoffe in der industriellen Produktion. Mit hohem Anteil am Druckgussmarkt ist er ein leistungsstarker Allrounder. Grauguss ist gut zerspanbar, zerstörungsfrei prüfbar, auf spezifische Anwendungsanforderungen einstellbar und kosteneffizient bei großen Stückzahlen. Geeignet für Anwendungen, die erfordern:

• Schwingungsdämpfung oder -kontrolle
• Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
• Dimensionsstabilität
• Gusseisen in der Gießerei
• Sphäroguss

Für Prozesse, die höhere Festigkeit erfordern als Grauguss bietet, kann Sphäroguss eine nützliche Alternative sein. Sphäroguss hat ähnliche Eigenschaften wie Grauguss und damit viele derselben Vorteile. Er unterscheidet sich jedoch durch:

• Höhere Festigkeit
• Verbesserte Verschleißfestigkeit
• Höhere Dauerfestigkeit
• Ausgezeichnete Duktilität
• Gewichtsreduktion
• Geringeres Schwinden
• Geringere Kosten
• Druckguss-Aluminium

Aluminium ist aufgrund seiner außergewöhnlichen Vielseitigkeit ein weit verbreiteter Gießwerkstoff. Als einer der wenigen Werkstoffe, die fast allen Gussverfahren unterzogen werden können, ist Aluminium relativ anpassungsfähig. Korrosionsbeständigkeit, hohe thermische/elektrische Leitfähigkeit, gute mechanische Eigenschaften und hohe Temperaturfestigkeit machen es zur effektiven Wahl für:

• Druckguss
• Kokillenguss
• Feinguss (Investment Casting)
• Sandguss
• Lost-Foam-Guss
• Pressguss (Squeeze Casting)
• Heißisostatisches Pressen
• Stahlguss

Stahl ist ein schwerer Gusswerkstoff, der sich gut für Teile eignet, die extremen Verschleiß, Stoß oder hohe Belastungen ausgesetzt sind. Er ist nützlich für Korrosionsbeständigkeit in wässriger Umgebung und Anwendungen mit erhöhten Temperaturen. Stahl wird oft mit Chrom, Eisen und Nickel legiert, um Korrosions- oder Hitzebeständigkeit weiter zu verbessern.

Kupferguss

Der Hauptvorteil von Kupfer als Gusswerkstoff ist seine hervorragende elektrische Leitfähigkeit. Daher nutzt die Bauindustrie Kupfer häufig für elektrische Komponenten. Weitere Vorteile:

• Gute Duktilität
• Ausgezeichnete Formbarkeit
• Gute Wärmeleitung

Kupfer und Gussteile können jedoch zu Oberflächenrissen, Porosität und Lunkerbildung neigen. Daher wird es oft mit anderen Metallen (Silizium, Nickel, Zink, Chrom, Zinn, Silber) legiert, um diese Probleme zu mildern.

Zinkguss

Zinks niedriger Schmelzpunkt (425 °C) macht es geeignet für Druckgussanwendungen. Es ist eine relativ leicht zu gießende Legierung aufgrund schnellen Formfüllens und rascher Abkühlung. Kostenmäßig kann Zink eine wirtschaftliche Option für den Guss kleiner Teile in großen Stückzahlen sein.

Industrielle Gussanwendungen

Guss wird in vielen Fertigungsprozessen eingesetzt und spielt eine wichtige Rolle im Bauwesen. Die Erzeugung einheitlicher Produkte in vielen Industrien ist stark von Gussstücken abhängig.