Gusseisen

Gusseisen sind Eisenwerkstoffe, die mehr als 2,06 % Kohlenstoff enthalten und damit viel mehr als typische Stähle (dazu unser Link Einteilung von Eisenwerkstoffen). Interessant und von großer Bedeutung für die Eigenschaften von Gusseisen ist, was geschieht mit dem Kohlenstoff während der Erstarrung. Er kann nach der Erstarrung frei als Graphit im Gefüge vorliegen oder er ist als Zementit im Ledeburit gebunden. Das ist das erste Kriterium für eine Einteilung dieser Werkstoffe. Des Weiteren ist es wichtig, welche Form die Graphitteilchen haben. In Abb. 1 ist dieser Sachverhalt kompakt dargestellt.

                                                                  Abb. 1 Einteilung von Gusseisen-Werkstoffen

Gefüge von Gusseisen

Das Gefüge von Gusseisen besteht aus einer Grundmasse und aus Graphit-Einlagerungen, die in dieser Grundmasse eingebettet sind. Die Grundmasse ist stahlähnlich also sie ist ferritisch oder ferritisch-perlitisch oder perlitisch. Die Graphit-Einlagerungen können unterschiedliche Form haben (Abb. 2) was einen wichtigen Einfluss auf die Eigenschaften hat.

                              Abb. 2 Formen von Graphitteilchen 

Am häufigsten sind Graphitteilchen lamellen- oder kugelartig (Abb. 2a und 2b). Wenn Graphit-Lamellen abgerundete Enden aufweisen, wird dann vom Vermiculargraphit gesprochen (Abb. 2c). Eine weitere Graphitform kann durch Zerfall von Zementit entstehen und wird als Temperkohle bezeichnet (Abb. 2d). Allerdings sind Graphiteinlagerungen ein gutes Beispiel für innere Kerbwirkung. Sie unterbrechen die metallische Grundmasse und verursachen eine deutliche Schwächung des tragenden Querschnitts. Die geringste Kerbwirkung weist bedingt durch seine Form der Kugelgraphit auf.
Welches Gefüge sich bei der Erstarrung ausbildet, hängt maßgeblich von der Abkühlgeschwindigkeit und der chemischen Zusammensetzung ab. Die Zusammenhänge sind heute weitgehend bekannt und in der Fachliteratur ausführlich beschrieben. Zu beachten ist, dass eine gleichmäßige Abkühlung bei einem Gussblock oder Gussteil mit unterschiedlichen Wandstärken praktisch nicht möglich ist. Die Ausbildung des Gussgefüges wird in der Praxis deswegen häufig mit sogenannten Impfbehandlungen beeinflusst. Ebenfalls zu beachten ist die Schwindung/Schrumpfung und Lunkerbildung aufgrund der Phasenumwandlung bei der Abkühlung der Schmelze.

Eigenschaften und Anwendung von Gusseisen

Gusseisen zeichnet sich, dem Namen entsprechend, durch gute Gießbarkeit aus, d.h. diese Werkstoffe eignen sich zum Gießen. Das Fertigungsverfahren „Gießen“ zählt zu den Urformverfahren und ist das vermutlich älteste Formgebungsverfahren der Welt. Werkstücke werden dann gegossen, wenn andere Fertigungsverfahren unwirtschaftlich beziehungsweise nicht möglich sind oder besondere Eigenschaften des Gusswerkstoffes genutzt werden sollen. Gießverfahren sind besonders vorteilhaft einsetzbar für die Massenproduktion von Bauteilen aller Art. Werkstücke aus Gusslegierungen werden häufig durch Formguss hergestellt. Hierbei erstarrt eine metallische Schmelze in einer vorgegebenen Form, die der äußeren Form des herzustellenden Werkstücks entspricht. Grundsätzlich sind Gusseisen-Werkstoffe nicht plastisch verformbar. Durch ständige Verbesserung der Werkstoff- und Fertigungstechnik hat sich jedoch das Eigenschaftsprofil des Gusseisens weitgehend den Knetwerkstoffen (d.h. Stählen) genähert und zum Teil sogar angeglichen. Dies gilt insbesondere für die Duktilität.
Gusseisen wird mittels Roheisen, Stahlschrott und Kreislaufmaterial sowie weiteren Zusätzen und Legierungselementen in Elektro- oder Kupolöfen erzeugt. Gusseisen mit Lamellen- und Kugelgraphit sind die gängigsten Sorten und stellen fast 90 % der Gesamtproduktion von Eisengusswerkstoffen dar. Sie enthalten neben dem Kohlenstoff bis zu 3 % Silizium.

                                 Abb. 3 Anwendungsbeispiele für Gusseisen a) Gehäuse eines Schneckengetriebes, b) Kochtopf mit Deckel

Es gibt kaum eine Branche, die nicht gegossene Komponenten aus einer Gusseisen-Sorte verwendet. Damit sind diese Werkstoffe aus der heutigen Wirtschaft nicht mehr wegzudenken. Abb. 3 zeigt zwei sehr unterschiedliche Anwendungsbeispiele für Gusseisen: ein lackiertes Gehäuse eines Stirnradschneckengetriebes und ein Kochtopf. Der Kochtopf ist vor allem zum Grillen geeignet und bedarf eine besondere Pflege.<<

Suche

Lesen und Lernen

Wir benutzen Cookies

Wir nutzen Cookies auf unserer Website. Einige von ihnen sind essenziell für den Betrieb der Seite, während andere uns helfen, diese Website und die Nutzererfahrung zu verbessern (Tracking Cookies). Sie können selbst entscheiden, ob Sie die Cookies zulassen möchten. Bitte beachten Sie, dass bei einer Ablehnung womöglich nicht mehr alle Funktionalitäten der Seite zur Verfügung stehen.