Haben Sie schon von weißem Gusseisen gehört?

Gusseisen ist ein 2 gew. Prozent-4 Gew. Prozent Kohlenstoff, 1 Gew. Prozent-3 Gew. Prozent Silizium und geringere Mengen an Nebenbestandteilen Eisenlegierung. Im Gegensatz dazu hat Stahl einen geringeren Kohlenstoffgehalt und einen geringeren Siliziumgehalt von bis zu 2 Gewichtsprozent. Durch das Legieren mit begrenzten Mengen an Mangan, Molybdän, Cer, Nickel, Kupfer, Vanadium und Titan vor dem Gießen kann Gusseisen zudem weiter optimiert werden. Es wird aufgrund des Siliziumgehalts des Gusseisens entweder als Weißguss oder als Grauguss bezeichnet und kann unter bestimmten Temperaturen zu Temperguss oder duktilem Gusseisen weiterverarbeitet werden.

Allgemeine Eigenschaften von weißem Gusseisen

Gusseisen wird wegen seiner Fähigkeit, im geschmolzenen Zustand leicht in komplizierte Formen gegossen zu werden, und wegen seiner geringen Qualität stark bevorzugt. Darüber hinaus lassen sich seine Eigenschaften leicht verändern, indem die Zusammensetzung und die Abkühlgeschwindigkeit ohne wesentliche Änderungen an den Herstellungsverfahren angepasst werden. Seine anderen Hauptvorteile gegenüber Stahlguss sind schnelle Bearbeitung, Vibrationsdämpfung, Druckfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Korrosionsbeständigkeit von Gusseisen wird durch die Zugabe von Nebenelementen wie Silizium, Nickel, Chrom, Molybdän und Kupfer verstärkt.

Formen von Gusseisen und seine Anwendungen

Gusseisen kann je nach Zusammensetzung in Grauguss, Weißguss, Temperguss und Sphäroguss eingeteilt werden. Gusseisengrau hat aufgrund einer graphitischen Mikrostruktur, Grauguss oder Grauguss eine dunkelgraue Bruchfarbe. Das Vorhandensein von Graphitflocken ist auf den Einschluss von Silizium zurückzuführen, das im Gegensatz zu Eisencarbid hilft, Kohlenstoff in Form von Graphit zu stabilisieren. Typischerweise hat Grauguss eine Zusammensetzung von 2,5 Gew.-%. Prozent-4,0 Gew. Kohlenstoffprozent und 1,0 Gew.-%. Prozent-3,0 Gew. Siliziumprozent.

Graugussanwendungen

Die häufigste Farbe von Gusseisen ist grau. Es wird in Anwendungen wie Zylinderblöcken von Verbrennungsmotoren, Schwungrädern, Getriebegehäusen, Krümmern, Scheibenbremsrotoren und Kochgeschirr verwendet, wo seine hohe Steifigkeit, Bearbeitbarkeit, Reibungsdämpfung, hohe Wärmeleistung und hohe Wärmeleitfähigkeit von Vorteil sind. Die internationale ASTM-Norm A48 ist eine weit verbreitete Klassifizierung für Grauguss. Grauguss wird nach diesem Schema nach seiner Zugfestigkeit bewertet, wobei Grauguss der Kategorie 20 beispielsweise eine Mindestzugfestigkeit von 20.000 psi (140 MPa) hat.

Gusseisenweiß

Aufgrund des Vorhandenseins von Eisencarbid oder Zementit Fe3C hat weißes Gusseisen eine weiße Bruchfarbe. Im Gegensatz zu Graphit ist das Vorhandensein von Kohlenstoff in dieser Form das Ergebnis eines geringeren Gehalts an Silizium im Vergleich zu Grauguss. Üblicherweise enthält weißes Gusseisen 1,8 Gew.-%. Prozent-3,6 Gew. Prozent Biomasse, 0,5 Gew. Prozent-1,9 Gew. Prozent Silizium und 1,0 Gew.-% – 2,0 Gew.-% Mangan. Weiße Gusseisen sind sehr verschleißfest und empfindlich. Als Folge ihrer Mikrostruktur, die massive Eisenkarbidfragmente enthält, weisen sie eine hohe Härte auf und sind nicht leicht zu bearbeiten.

Anwendungen von weißem Gusseisen

In abriebfesten Abschnitten, bei denen die Sprödigkeit von begrenzter Bedeutung ist, wie z. B. Mantelauskleidungen, Schlammpumpen, Kugelmühlen, Heberstangen, Extrusionsdüsen, Zementmischer, Rohrverbindungsstücke, Flansche, Brecher und Pumpenlaufräder, wird weißes Gusseisen verwendet. Weißeisen mit hohem Chromgehalt, ASTM A532, ist eine typische Weißeisensorte. Dazu gehören Nickel und Chrom für starke Abriebanwendungen mit geringer Wirkung.

Temperguss

Durch eine langsame Glühwärmebehandlung von weißem Gusseisen entsteht Temperguss. Dabei erfolgt die Umwandlung von Kohlenstoff in Graphit in Form von Eisencarbid in Weißeisen, wobei Ferrit oder Perlit die verbleibende Matrix bilden. In der Art von Kreis- oder Kugelformen liegt Graphit vor. Temperguss weist eine starke Formbarkeit und gute Duktilität auf. Aufgrund des geringeren Siliziumgehalts im Vergleich zu anderem Gusseisen weist es eine starke Rissbeständigkeit bei niedrigen Temperaturen auf.

Anwendungen von Temperguss

Temperguss wird aufgrund seiner hohen Zugfestigkeit und Duktilität für elektrische Armaturen und Maschinen, Handwerkzeuge, Rohrfittings, Unterlegscheiben, Halterungen, landwirtschaftliche Geräte, Baubeschläge und Maschinenteile verwendet. Die ASTM A47 ist eine gängige Klassifizierung für Temperguss.

Duktiles Gusseisen

Das Vorliegen von Graphit in Form von Kugelkugeln, wie bei Temperguss, ist durch duktiles Gusseisen, auch bekannt als Gusseisen mit Kugelgraphit und Gusseisen mit Kugelgraphit, gekennzeichnet. Im Gegensatz zu Temperguss entsteht duktiles Gusseisen durch eine besondere chemische Zusammensetzung, nicht durch Wärmebehandlung von Weißguss. 3,2 Gew. Prozent-3,6 Gew. Prozent Kohlenstoff, 2,2 Gew. Prozent-2,8 Gew. Prozent Silizium und 0,1 Gew.-%. Prozent-0,22 Gew. Prozent Mangan, sowie geringere Konzentrationen von Magnesium, Arsen, Kupfer und Schwefel, die sphärische Struktur der Graphiteinschlüsse, ist für die Existenz von Mangan verantwortlich.

Duktile Ausführungen aus Gusseisen

Dieser Stahl ist aufgrund seiner Mikrostruktur duktiler als Grau- oder Weißguss. Es wird zu diesem Zweck als duktile Gussleitung für die Wasser- und Sanitärinfrastruktur verwendet. Es hält auch Temperaturwechseln stand und wird auch in Getrieben und Aufhängungsmodulen für Automobile, Bremsen und Ventilen, Pumpen und Hydraulikteilen sowie Windturbinengehäusen verwendet. ASTM A536 ist allgemein als duktiles Gusseisen bekannt.

Lagerung und Produktion von weißem Gusseisen

Eisen muss aus Eisenerz entfernt werden, um Gusseisen herzustellen. In einem Hochofen wird das Erz geschmolzen, wo es sich in Roheisen und Schlacke trennt. Der Ofen wird in einer Sauerstoffatmosphäre auf etwa 1800 Grad Celsius aufgeheizt und die entstehende Schlacke steigt an die Oberfläche und kann entfernt werden. Das geschmolzene Roheisen erzeugt Kohlenstoff von etwa 3 Gew.-%. Prozent-5 Gew. Prozent. Dann werden Eisen, Kohle, Koks und Kalkstein damit vermischt. Der Kohlenstoffgehalt wird soweit abgesenkt, bis Verunreinigungen selektiv von diesem Eisen abgetrennt werden. Um den Kohlenstoffgehalt in Graphit oder Zementit umzuwandeln, kann in diesem Stadium Silizium hinzugefügt werden. Danach wird das Eisen in verschiedene Formen gegossen und das ist weißes Gusseisen.