Die europäische Norm für Guss eisen-strangguss EN 16482

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1 FORUM FOTO: GONTERMANN PEIPERS VON RALF GORSKI, SOLINGEN, AIKE GÄDKE, MARCUS HERING, SIEGEN, UND KLAUS HERFURTH, PULHEIM Einleitung Vom Kunden berbeitete Hydrulikblöcke us Strng- oder Kokillenguss. Die europäische Norm für Guss eisen-strngguss EN Die Europäischen Normen für Gusseisen EN 1561 und EN 1563 klssifizieren Gusseisen mit Lmellengrfit (GJL) und Gusseisen mit Kugelgrfit (GJS), die in Sndformen oder Formen mit vergleichbrem thermischem Verhlten gegossen werden. Dmit hben diese Normen nur teilweise Gültigkeit für Gusseisen us Strngguss. Seit 2003 beschäftigen sich Strnggussexperten mit Teilnehmern us Frnk reich, Dänemrk, Deutschlnd, Spnien und Großbritnnien in zwei Arbeitsgruppen mit den speziellen Eigenschften und Produktmerkmlen von Gusseisen us Strngguss [1] [2] begnn die Arbeit n der Europäischen Norm Gießereiwesen - Gusseisen-Strngguss. Die höheren Abkühlgeschwindigkeiten beim Erstrren von Strngguss und während des weiteren schnellen Abkühlprozesses führen im Vergleich zum Sndguss zu einer homogeneren Gefügeusbildung. Neben diesen werkstoffkundlichen Besonderheiten sind uch weitere Merkmle und Eigenschften des Verfhrens und der Werkstoffe us Strngguss in der neuen Norm mitberücksichtigt. Die Europäische Norm Allgemeine Festlegungen Gusseisenwerkstoffe sind Eisen-Kohlenstoff-Silizium-Gusswerkstoffe. Bei Bestellungen von Gusseisen-Strngguss sind folgende Europäische Normen zu berücksichtigen: 78 Giesserei /2014

2 EN : Gießereiwesen Technische Lieferbedingungen Teil 1: Allgemeines EN : Gießereiwesen Technische Lieferbedingungen Teil 3: Zusätzliche Anforderungen n Eisengussstücke EN 10204: Metllische Erzeugnisse Arten von Prüfbescheinigungen EN ISO 945-1: Mikrostruktur von Gusseisen Teil 1: Grfitklssifizierung durch visuelle Auswertung EN ISO 6506: Metllische Werkstoffe Härteprüfung nch Brinell Teil 1: Prüfverfhren (ISO ) EN ISO : Metllische Werkstoffe Zugversuch Teil 1: Prüfverfhren bei Rumtempertur (ISO ) Die Behndlung zur Erzeugung von Kugelgrfit, die Impfung, die chemische Zusmmensetzung und die Art der Wärmebehndlung bleiben dem Hersteller überlssen. Er muss sicherstellen, dss die in der Bestellung festgelegte Werkstoffsorte die Anforderungen dieser Norm erfüllt. Zu erfüllen sind die Mindestwerte für die Zugfestigkeit bei Gusseisen mit Lmellengrfit und die Mindestwerte für die Zugfestigkeit, die 0,2 %-Dehngrenze und die Bruchdehnung bei Gusseisen mit Kugelgrfit. Es gibt ber uch die Möglichkeit der Klssifizierung nch der Brinellhärte für GJL und GJS (Tbellen 1 und 2). Mechnische Eigenschften und Hinweise zum Mikrogefüge Die Norm klssifiziert Strngussqulitäten für Stränge us Gusseisen mit Lmellengrfit und us Gusseisen mit Kugelgrfit. Die mechnischen Eigenschften von Gusseisenstrngguss werden n mechnisch berbeiteten Proben bewertet, welche us dem Strng (Gussstück) ls Probestücke entnommen werden. Die Europäische Norm legt vier Sorten von Gusseisen mit Lmellengrfit (Tbelle 3) und vierzehn Sorten von Gusseisen mit Kugelgrfit (Tbelle 4) fest, deren Klssifizierung uf der Zugfestigkeit beruht. Hinzu kommen vier Sorten von Gusseisen mit Lmellengrfit, deren Klssifizierung uf der Brinellhärte beruht (Tbelle 1). Für GJL sind die Klssifizierungen in gesonderten Werkstoffnummern ufgeführt. Der Bereich der Zugfestigkeiten bei Gusseisen mit Lmellengrfit liegt bei 80 N/mm 2 bis 220 N/mm 2, jeweils in Abhängigkeit von der Werkstoffsorte und vom Strngdurchmesser zwischen 20 und 400 mm. Die Brinellhärten liegen bei 110 bis 290, jeweils ebenflls in Abhängigkeit von der Werkstoffsorte und vom Strnggussdurchmesser. Die Mikrogefüge sind bei den vier Werkstoffgruppen ferritisch Bild 1: Gontermnn-Peipers-Werk in Hin, einem Vorort von Siegen. Tbelle 1: Mechnische Eigenschften von Strngguss us Gusseisen mit Lmellengrfit Werkstoffbezeichnung Strngdurch- Zugfestigkeit Grundgefüge messer D in mm R m MP in min (nur informtiv) Kurzzeichen Nummer EN-GJL-150C < D < D ferritisch 100 < D geglüht 200 < D EN-GJL-200C < D < D ferritisch- 100 < D perlitisch 200 < D EN-GJL-250C < D < D perlitisch- 100 < D ferritisch 200 < D EN-GJL-300C < D < D überwiegend 100 < D perlitisch 200 < D geglüht, ferritisch-perlitisch, perlitischferritisch oder überwiegend perlitisch. Eine Neuheit gibt es bei den Gusseisensorten mit Kugelgrfit. Bei Gontermnn-Peipers, Siegen (Bild 1), wurde eine Werkstoffsorte mit höheren Siliziumgehlten entwickelt, die eine ferritische Mtrix uch bei höheren Festigkeiten besitzt [3]. Diese, durch Mischkristllverfestigung entstndene Werkstoffsorte EN- GJS C, ist uf dem Mrkt unter dem Mrkennmen GOPAG C beknnt. Infolge der gleichmäßigen, nur us einer Phse bestehenden Mtrix, liegt eine, im Vergleich zu bisherigen Werkstoffsorten mit einer Zugfestigkeit von 500 N/mm 2, bedeutend verbesserte Zerspnbrkeit vor. Diese führt, insbesondere beim Bohren von Hydrulikbuteilen, zu wesentlichen wirtschftlichen Vorteilen [4]. Die Werkstoffsorten von Gusseisen mit Kugelgrfit umfssen einen Bereich der Zugfestigkeiten von 320 bis 700 N/mm 2 und der 0,2 %-Dehngrenze von 200 bis 420 N/mm 2 bei Bruchdehnungen von 22 bis 1 %. Die Mikrogefüge sind dbei ferritisch, ferritisch-perlitisch, perlitisch-ferritisch oder überwiegend perlitisch. Bei Gusseisen mit Kugelgrfit sind die gennnten mechnischen Eigenschften uch vom Strngdurchmesser bhängig. Je größer der Strngdurchmesser im Bereich von 20 bis 400 mm wird, desto geringer werden die Werte für Zug- Giesserei /

3 FORUM Tbelle 2: Mechnische Eigenschften von Strngguss us Gusseisen mit Kugelgrfit. Werkstoffbezeichnung Strngdurchmesser 0,2 % Dehngrenze Zugfestigkeit Dehnung C Grundgefüge D in mm R p0,2 MP in min R m MP in min A (%) in min Kurzzeichen Nummer EN-GJS C-LT < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS C-RT < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS C < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS C-LT < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS C-RT < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS C < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS C < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS-400-7C < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS C b < D ferritisch 60 < D < D 400 ist zwischen Hersteller und Käufer zu vereinbren EN-GJS C < D überwiegend 60 < D 120 ist zwischen Hersteller und Käufer zu vereinbren ferritisch 120 < D 400 EN-GJS C b < D ferritisch 60 < D < D EN-GJS-500-7C < D ferritisch 60 < D perlitisch 120 < D EN-GJS-600-3C < D perlitisch 60 < D ferritisch 120 < D S-700-2C < D überwiegend 60 < D perlitisch 120 < D In Abhängigkeit vom Verfhren können diese Werkstoffe geringe Mengen n freien Crbiden enthlten. b Mischkristllverfestigtes, ferritisches Gusseisen mit Kugelgrfit c Dehnung nch Bruch Tbelle 3: Brinellhärte von Strngguss us Gusseisen mit Lmellengrfit. festigkeit, 0,2 %-Dehngrenze und Bruchdehnung. Werkstoffbezeichnung Brinellhärte Grundgefüge HBW (nur informtiv) Kurzzeichen Nummer min mx EN-GJL-HB ferritisch, geglüht EN-GJL-HB ferritisch-perlitisch EN-GJL-HB perlitisch-ferritisch EN-GJL-HB überwiegend perlitisch Bei jeder Sorte nimmt die Brinellhärte mit zunehmender Wnddicke b. Quelle für lle Tbellen: EN 16482, Beuth Verlg GmbH, 2014 Mechnische Eigenschften bei Rum- und tieferen Temperturnwendungen Die Europäische Norm enthält uch vier Werkstoffsorten mit grntierter Kerbschlgzähigkeit bei Rumtempertur (RT Room Temperture) und tieferen Temperturen (LT Low Temperture). Obwohl die Werte für die Schlgenergie bei 80 Giesserei /2014

4 b c Bild 2: Lge von Probestücken, die us einer Stnge entnommen wurden: ) kreisförmige Stngen; b) qudrtische Stngen; c) rechteckige Stngen; d) hlbkreisförmige Stngen. Gusseisen mit Kugelgrfit im Vergleich zu Sthl niedrig sind, zeigt die bruchmechnische Prüfung, dss diese bruchmechnischen Eigenschften zumindest gleichwertig oder sogr besser sind ls bei Sthl oder Sthlguss [5]. Für GJS LT beträgt der Mittelwert us drei Proben 12 Joule, während der niedrigste Einzelwert mit 9 Joule bei -20 C erreicht wird. Werte für die Schlgenergie müssen nur bestimmt werden, wenn sie vom Käufer zum Zeitpunkt der Bestellnnhme festgelegt sind. Hersteller und Käufer müssen die Prüfbedingungen, die Mindestwerte sowie den zulässigen Bereich der Werte für die mechnische Eigenschft vereinbren (zur Informtion siehe uch EN 1563 für GJS). In Tbelle 5 sind wichtige Werte für den Konstrukteur ufgeführt, die bei der Gussteilentwicklung eingesetzt werden. Eine vertiefende Informtion ist unter [6] oder uf der Homepge zu finden. Probennhme Die Probestücke müssen us der gleichen Strnggusschrge stmmen, die für die Herstellung der Stngen verwendet wurde. Sämtliche Probestücke müssen gekennzeichnet sein, dmit die vollständige Tbelle 4: Richtwerte für die Brinellhärte. d Werkstoffbezeichnung Brinellhärtebereich Grundgefüge HBW (nur informtiv) Kurzzeichen Nummer HBW EN-GJS C-LT kleiner ls 170 ferritisch En-GJS C-RT kleiner ls 170 ferritisch EN-GJS C kleiner ls 170 ferritisch EN-GJS C-LT bis 180 ferritisch EN-GJS C-RT bis 180 ferritisch EN-GJS C bis 180 ferritisch EN-GJS C bis 180 ferritisch EN-GJS-400-7C bis 210 ferritisch EN-GJS C b bis 200 ferritisch EN-GJS C bis 210 überwiegend ferritisch EN-GJS C b bis 210 ferritisch EN-GJS-500-7C bis 240 ferritisch-perlitisch EN-GJS-600-3C bis 290 perlitisch-ferritisch EN-GJS-700-2C bis 305 überwiegend perlitisch Anmerkung: Die geringste Härte wird mit einem ferritischen Grundgefüge und geringem Siliziumgehlt erreicht. Die Härte steigt mit dem Gehlt n Perlit oder durch erhöhten Siliziumgehlt. ln Abhängigkeit vom Verfhren können diese Werkstoffe geringe Mengen n freien Crbiden enthlten. b Mischkristllverfestigtes ferritisches Gusseisen mit Kugelgrfit Rückverfolgbrkeit uf die Stngen/Chrge, die sie repräsentieren, sichergestellt ist. Bei einer Wärmebehndlung müssen die Probestücke in derselben Weise behndelt werden wie die Stngen, die sie repräsentieren. Die Proben für den Zugversuch müssen nch der Wärmebehndlung us den Probestücken berbeitet Giesserei /

5 Tbelle 5: Beispiele mechnischer Eigenschften, die n Gusseisenstrngguss mit einem Durchmesser von 160 mm gemessen wurde [6]. Werkstoff- Prüftempertur 0,2 % Dehngrenze Zugfestigkeit Dehnung Elstizitätsmodul b Bruchzähigkeit c kurzzeichen R p0,2 MP in min R m in MP A in % E in GN/m 2 KJ in MP m EN-GJS C-LT RT , ,7-20 C , EN-GJS C RT ,3-20 C , EN-GJS-500-7C RT , ,0-20 C EN-GJS C RT , ,5-20 C , EN-GJS-600-3C RT , ,3 (K IC ) -20 C , Mittelwert us 3 Messungen nch Bruch, b Mittelwert us 5 Messungen, c Geprüft nch ISO m Probestück SENB 10 x 20 x 100 (140) (11) Tbelle 6: Grdheit von Stngen us Strngguss. Länge l in mm Mximle Abweichung von einer gerden Linie in mm in gegossenem in geglühtem Zustnd Zustnd Tbelle 7: Berbeitungszugben für Gusseisen-Strngguss. Strngdurchmesser Mindestberbeitungszugbe b in mm D oder Strngbreite B in mm Gusseisen mit Lmellengrfit Gusseisen mit Kugelgrfit kreisförmig D rechteckig B kreisförmig D rechteckig B 20 < D oder B 50 2,0 2,5 3,0 3,5 50 < D oder B 100 3,0 3,5 4,0 4,5 100 < D oder B 200 4,0 4,5 5,0 5,5 200 < D oder B 300 6,0 6,5 7,0 7,5 300 < D oder B 400 7,0 7,5 8,0 8,5 400 < D oder B 500 9,0 9,5 10,0 10,5 500 < D oder B ,0 11,5 12,0 12,5 Bei rechteckigen Gussstücken ist die Breite ds längste Mß des Querschnitts. b Die Berbeitungszugbe bezieht sich uf den Rdius oder die hlbe Breite des Strnges. werden. In der Europäischen Norm ist die Lge von Probestücken für kreisförmige, qudrtische, rechteckige und hlbkreisförmige Stränge festgelegt (Bild 2 -d) Weitere informtive Festlegungen Diese Europäische Norm enthält ebenso Festlegungen der Bestell ngben zur Grdheit von nicht spnend berbeiteten Stngen (Tbelle 6). Zudem beinhltet sie Angben zu den Berbeitungszugben, zur Ovlität und Wölbung der Stränge sowie Tbellen zu den kennzeichnenden Eigenschften, zu Wiederholungsprüfungen, zur Wärmebehndlung von Probestücken und Stngen, zu Prüfbescheinigungen und informtive zusätzliche Angben zu mechnischen und physiklischen Eigenschften von Gusseisen mit Kugelgrfit. Die Grdheit ist nch EN ISO 1101 in der Tolerierung der Form und Richtung enthlten. Die Tolernz f wird durch zwei prllele Linien beschrieben, getrennt durch einen Abstnd in der Messebene. Berbeitungszugben Die Berbeitungszugbe ist eine Werkstoffschicht uf einem Gusserzeugnis, welche zur Beseitigung gießtechnisch bedingter Merkmle (einschließlich Ovlität, Wölbung, Rndschicht und unzureichende Oberflächenruigkeit) spnend bgerbeitet wird. Tbelle 7 enthält die Mindestberbeitungszugben ls Funktion der Strnggussbmessung und der Formen für Gussstücke. Fzit Die Eigenschften und Merkmle von Gusseisenstrngguss werden in der neuen Norm für den Kunden und Hersteller verbindlich beschrieben. Somit hben beide Prteien eine klre Grundlge bei der Konstruktion, Produktion und Qulitätssicherung. Dss die neue Norm eine breite Zustimmung in 15 europäischen Ländern erhlten ht, ist eine deutliche Bestätigung der geleisteten Arbeit. Die Verfsser bednken sich bei llen Beteiligten für die konstruktive Zusmmenrbeit bei der Erstellung der EN Die vollständige DIN EN 16824:2014 knn beim Beuth Verlg in Berlin erworben werden, wiedergegeben mit Erlubnis des Deutschen Instituts für Normung e. V. (DIN). Mßgebend für ds Anwenden der DIN-Norm ist deren Fssung mit dem neuesten Ausgbedtum, erhältlich bei der Beuth Verlg GmbH, Burggrfenstrße 6, Berlin. Rlf Gorski, Technischer Geschäftsführer, C. Grossmnn Sthlguss GmbH, Solingen; Prof. Dr.-Ing. hbil. Klus Herfurth, freiberuflicher Ingenieur, Pulheim; Dipl. Ing. Aike Gädke, Qulitätsstellenleiter Werk Hin, Gontermnn-Peipers GmbH, Siegen, und Mrcus Hering, Temleiter QS Werk Hin, Gontermnn-Peipers GmbH, Siegen Litertur: [1] konstruieren + giessen 30 (2005) Nr. 3, S [2] konstruieren + giessen 33 (2008) Nr. 2, S [3] GIESSEREI 98 (2011) Nr. 6, S [4] GIESSEREI 99 (2012) Nr. 9, S [5] konstruieren + giessen 33 (2008) Nr. 4, S [6] GIESSEREI (2014) Nr. 4, S Giesserei /