Gusseisen mit Kugelgrafit

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1 Sphäroguss Materialgruppen: Metall > Eisenmetalle > Eisengusswerkstoffe Materialbeschrieb Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit mindestens 2% Kohlenstoff und weiteren Legierungsbestandteilen, insbesondere Silizium Si. Bei Gusseisen mit Kugelgrafit liegt der Hauptanteil des Kohlenstoffs in Form von kugeligem Grafit vor. Eisengusswerkstoffe sind schon seit dem 19. Jahrhundert für technische Komponenten von grosser Bedeutung, denn aus Grauguss können aufwendig geformte Werkstücke gegossen werden. Trotz der Fortschritte, die in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts bei der Entwicklung von Gusseisen mit Lamellengrafit und Temperguss gemacht wurden, setzten die Gießereifachleute die Suche nach dem idealen Gusseisen fort, das bereits im Gusszustand gleiche oder bessere mechanische Eigenschaften besitzt als Temperguss. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts wird Grauguss mit Kugelgrafit eingesetzt. Gusseisen weist aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts (2,2-3,6%) sehr gute Fliesseigenschaften auf. Es verfügt über gute Gleiteigenschaften sowie leichte Zerspanbarkeit und dämpft Schwingungen. Gusseisen ist spröde, wegen des hohen Kohlenstoffgehalts sehr hart und deshalb sehr empfindlich gegen Schlagbeanspruchung. Kugelförmige Grafitstrukturen im Eisengefüge bewirken eine Festigkeits- und Bruchdehnungssteigerung. Daher liegt das Eigenschaftsprofil von Gusseisen mit Kugelgrafit dem von Stahlwerkstoffen sehr nahe. Gusseisen ist leicht spanend zu bearbeiten. Die Schweissbarkeit ist eingeschränkt. Gusseisen mit Kugelgrafit wird wegen der hohen Festigkeit für Anwendungen mit hohen Schwingbeanspruchungen wie Kurbelwellen, Zahnräder oder Pumpen- und Turbinengehäuse eingesetzt. Chemische Formel: 2,7-3,8% Kohlenstoff C, 0,8-3% Silizium Si, 0,1-0,5% Mangan Mn, 0-0,1% Phosphor P, 0-0,2 Schwefel S, Eisen Fe MATERIAL ARCHIV / 5

2 Englische Bezeichnung: Spheroidal graphite cast iron Hintergrund Ökonomie: Eisengusswerkstoffe sind sehr preiswert herzustellen und zu verarbeiten. Bei Gusseisen mit Kugelgrafit ist der Material- und Energiebedarf geringer als bei anderen Eisengusswerkstoffen, was zusätzlich Kosten spart. Ökologie: Seit je wurden Eisengusswerkstoffe durch Einschmelzen wieder dem Bearbeitungsprozess zugeführt. Zur Erzeugung aus den natürlichen Rohstoffen ist allerdings ein hoher Energieaufwand erforderlich. Wesentlich geringer ist dieser bei der Gewinnung von Gusseisen aus Recyclingmaterial. Bei der Gewinnung der Metalle entstehen durch Stäube und Abgase starke Umweltbelastungen, sie lassen sich aber durch aufwendige Abgasreinigungsanlagen auf ein für die Umwelt erträgliches Mass senken. Recycling: Eisenwerkstoffe werden zu annähernd 100% wiederverwertet. Gusswerkstoffe können dem Produktionsprozess erneut zugeführt und ohne Qualitätsverlust weiterverwendet werden, indem man sie im Schmelzofen wieder einschmilzt. Herstellung Gewinnung: Eisengusswerkstoffe werden aus Roheisen hergestellt. Roheisen selbst wird im Hochofen aus Eisenerz gewonnen. Fertigung: Ausgangsstoffe der Eisengusswerkstoffe sind Giessereiroheisen, Stahlschrott, Gussbruch und Kreislaufmaterial der Giesserei. Dazu kommen Legierungselemente in Form von Ferrolegierungen. Die metallischen Ausgangsstoffe werden in Öfen eingeschmolzen. Es gibt unterschiedliche Ofentypen. Der Kupolofen, auch als Giessereischachtofen bezeichnet, ist die am häufigsten eingesetzte Schmelzeinrichtung. Eigenschaften Erscheinung Farbe: Grautöne Die Oxidschicht von Grausguss ist orange (rostfarbig). Haptik: glatt, hart, kalt, trocken Beständigkeit MATERIAL ARCHIV / 5

3 Witterungsbeständigkeit: beständig Gusseisen weist bei unverletzer Gusshaut eine gute Korrosionsbeständigkeit gegen Wasser und alkalische Medien auf. Durch zusätzliche Legierungen lässt sich diese noch erhöhen. Mechanische Eigenschaften Brinellhärte [HB]: bis N/mm 2 Bruchdehnung [εb]: 2.00 bis % Dichte [ρ]: kg/m 3 Dimensionsstabilität: gut bis sehr gut Elastizitätsmodul: bis N/mm 2 Streckspannung/Elastizitätsgrenze [ft]: bis N/mm 2 Zugfestigkeit [ft]: bis N/mm 2 Quellen der Kennwerte Fachkunde Metall (2007). 55. Auflage. Haan-Gruiten: Verlag Europa-Lehrmittel. Merkel, M., & Thomas, K.-H. (2008). Taschenbuch der Werkstoffe. 7. Auflage. München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag. Tabellenbuch Metall (1999). 41. Auflage. Haan-Gruiten: Verlag Europa-Lehrmittel. Bearbeitung Lieferformen: Gusseisen wird in Form von Gussbarren geliefert. Lieferbare Materialqualitäten: DIN-Bezeichnungen für die Zusammensetzung EN-GJS: G: Gusswerkstoff J: Eisen S: Kugelgrafit Formen und Generieren: giessen Zur Erzeugung von Gusswerkstücken gibt es verschiedene Gussverfahren. Der Sandguss gehört zu den Formverfahren mit verlorenen Formen, das heisst jeder Abguss braucht eine neue Form aus Sand. Das Kokillengiessverfahren wird fast ausschliesslich zur Fertigung grosser Serien verwendet, denn Kokillen sind Dauerformen und mehrfach verwendbar. Fügen und Verbinden: schrauben Grauguss ist nur mittels Spezialelektroden und mit grossem Aufwand schweissbar. MATERIAL ARCHIV / 5

4 Oberflächenbearbeitung: Oberflächenbehandlung: bürsten, polieren, sandstrahlen, schleifen beflocken, bemalen, lackieren, metallisieren, polieren Werkstücke aus Grauguss können spritzlackiert oder mit Kunststoff (z. B. Polytetrafluoräthylen) beschichtet werden. Trennen und Subtrahieren: bohren, drehen, feilen, fräsen, sägen Grauguss kann sehr gut spanabhebend bearbeitet werden. Wärmebehandlung: tempern Der Wärmebehandlung von Gusseisen kommt sehr grosse technische und wirtschaftliche Bedeutung zu, da sich bestimmte gewünschte Gebrauchseigenschaften durch zielgerichtete Beeinflussung bzw. Änderung des Gefügebaus einstellen lassen. Durch Glühen lässt sich die Bruchdehnung, durch Vergüten die Festigkeit erhöhen. Ob eine Wärmebehandlung möglich ist, hängt vom Gefügebau des entsprechenden Gusseisens ab. Anwendung Anwendungsgebiete: Motoren, Bergbau, Schiffbau, Hüttenwesen, allgemeiner Maschinenbau Anwendungsbeispiele: Wasser- und Gasrohre, Turbinen, Kompressoren Sammlungen Muster in folgenden Sammlungen: ETH Zürich Baubibliothek, Gewerbemuseum Winterthur, HKB Bern Fellerstrasse, HSLU T+A Campus Horw, Sitterwerk St. Gallen Standort in der Sammlung ETH Zürich Baubibliothek: ME-FE-GU Eisenmetalle > Gusseisen Gewerbemuseum Winterthur: Metall > Schublade 8 HKB Bern Fellerstrasse: KuR Quellennachweis Verwendete Quellen: Fachkunde Metall (2007). 55. Auflage. Haan-Gruiten: Verlag Europa-Lehrmittel. Hasse, St. (2008). Giesserei-Lexikon. 19. Auflage. Berlin: Schiele & Schön. Kalweit, A., Paul, C., Peters, S., & Wallbaum, R. (Hrsg.) (2006). Handbuch für Technisches Produktdesign. Berlin/Heidelberg, Deutschland: Springer. Merkel, M., & Thomas, K.-H. (2008). Taschenbuch der Werkstoffe. 7. Auflage. München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag. Stahlfibel (2009). Düsseldorf: Verlag Stahleisen. MATERIAL ARCHIV / 5

5 Tabellenbuch Metall (1999). 41. Auflage. Haan-Gruiten: Verlag Europa-Lehrmittel. Normierung / Werkstoffnummer: DIN EN 1563 Expertin / Experte: Rudolf Vetsch Material-Archiv-Signatur: MET_EIS_EGW_GUS_2 Text verfasst von: ZHdK, JB, 2011 Stand: (Online-Schaltung: ) Permalink: materialarchiv.ch/detail/891 MATERIAL ARCHIV / 5