Gusseisenarten, Klassifizierung, Zusammensetzung, Eigenschaften, Kennzeichnung und Anwendung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Heute gibt es fast keinen Bereich des menschlichen Lebens, in dem Gusseisen nicht verwendet wird. Dieses Material ist der Menschheit seit geraumer Zeit bekannt und hat sich aus praktischer Sicht hervorragend bewährt. Gusseisen ist die Grundlage für eine Vielzahl von Teilen, Baugruppen und Mechanismen und in einigen Fällen sogar ein autarkes Produkt, das in der Lage ist, die ihm zugewiesenen Funktionen zu erfüllen. Daher werden wir in diesem Artikel dieser eisenh altigen Verbindung besondere Aufmerksamkeit widmen. Wir werden auch herausfinden, was Gusseisenarten sind, ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften.

Definition

Gusseisen ist eine wirklich einzigartige Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, in der Fe mehr als 90 % und C nicht mehr als 6,67 %, aber nicht weniger als 2,14 % ausmacht. Kohlenstoff kann auch in Gusseisen in Form von Zementit oder Graphit gefunden werden.

Kohlenstoff verleiht der Legierung eine ausreichend hohe Härte, verringert jedoch gleichzeitig die Verformbarkeit und Duktilität. Dadurch ist Gusseisen ein spröder Werkstoff. Außerdem werden bestimmten Gusseisensorten spezielle Additive zugesetzt, die dem Compound bestimmte Eigenschaften verleihen können. Die Rolle von Legierungselementen kann sein: Nickel, Chrom, Vanadium, Aluminium. Der Dichteindex von Gusseisen beträgt 7200 Kilogramm pro Kubikmeter. Daraus lässt sich schließenDas Gewicht von Gusseisen ist ein Indikator, der nicht als gering bezeichnet werden kann.

Historischer Hintergrund

Das Schmelzen von Eisen ist den Menschen seit langem bekannt. Die erste Erwähnung der Legierung geht auf das 6. Jahrhundert v. Chr. zurück.

In der Antike produzierte China Gusseisen mit einem ziemlich niedrigen Schmelzpunkt. Die Herstellung von Gusseisen begann in Europa um das 14. Jahrhundert, als erstmals Hochöfen verwendet wurden. Damals wurde ein solcher Eisenguss zur Herstellung von Waffen, Granaten, Konstruktionsteilen verwendet.

In Russland begann die Produktion von Gusseisen aktiv im 16. Jahrhundert und expandierte dann schnell. Während der Zeit von Peter I. konnte das Russische Reich alle Länder der Welt in Bezug auf die Eisenproduktion überholen, aber hundert Jahre später begann es auf dem Markt der Eisenmetallurgie wieder an Boden zu verlieren.

Gusseisen wird seit dem Mittel alter zur Herstellung einer Vielzahl von Kunstwerken verwendet. Insbesondere im 10. Jahrhundert gossen chinesische Meister eine wirklich einzigartige Löwenfigur, deren Gewicht 100 Tonnen überstieg. Ab dem 15. Jahrhundert verbreitete sich in Deutschland und danach in anderen Ländern der Gusseisenguss. Zäune, Gitter, Parkskulpturen, Gartenmöbel, Grabsteine wurden daraus hergestellt.

In den letzten Jahren des 18. Jahrhunderts war der Eisenguss am wichtigsten für die Architektur Russlands. Und das 19. Jahrhundert wurde allgemein als "Gusseisenzeit alter" bezeichnet, da die Legierung in der Architektur sehr aktiv verwendet wurde.

Funktionen

Es gibt verschiedene TypenGusseisen liegt der durchschnittliche Schmelzpunkt dieser Metallverbindung jedoch bei etwa 1200 Grad Celsius. Das sind 250 bis 300 Grad weniger als für die Stahlerzeugung erforderlich. Dieser Unterschied ist mit einem ziemlich hohen Kohlenstoffgeh alt verbunden, was zu weniger engen Bindungen mit Eisenatomen auf molekularer Ebene führt.

Zum Zeitpunkt des Schmelzens und der anschließenden Kristallisation hat der im Gusseisen enth altene Kohlenstoff keine Zeit, vollständig in das Molekülgitter des Eisens einzudringen, und daher erweist sich Gusseisen schließlich als ziemlich spröde. Insofern kommt es bei konstanten dynamischen Belastungen nicht zum Einsatz. Gleichzeitig eignet es sich aber auch hervorragend für Teile mit erhöhten Festigkeitsanforderungen.

Produktionstechnik

Absolut alle Arten von Gusseisen werden im Hochofen hergestellt. Tatsächlich ist der Schmelzprozess selbst eine ziemlich mühsame Tätigkeit, die erhebliche materielle Investitionen erfordert. Für eine Tonne Roheisen werden etwa 550 Kilogramm Koks und fast eine Tonne Wasser benötigt. Das in den Ofen geladene Erzvolumen hängt vom Eisengeh alt ab. Am häufigsten wird Erz verwendet, in dem Eisen mindestens 70% ausmacht. Eine geringere Konzentration des Elements ist unerwünscht, da es unwirtschaftlich wäre, es einzusetzen.

Produktion der ersten Stufe

Schmelzen von Eisen ist wie folgt. Zunächst wird Erz in den Ofen gegossen sowie Kokskohlesorten, die dazu dienen, den Druck und die erforderliche Temperatur im Inneren des Ofenschachts aufrechtzuerh alten. Darüber hinaus sind diese Produkte während des Verbrennungsprozesses aktiv an den ablaufenden chemischen Reaktionen beteiligtRolle von Eisenreduktionsmitteln.

Gleichzeitig wird ein Flussmittel in den Ofen geladen, das als Katalysator dient. Es hilft dem Gestein, schneller zu schmelzen, was die Freisetzung von Eisen fördert.

Es ist wichtig zu beachten, dass das Erz einer speziellen Vorbehandlung unterzogen wird, bevor es in den Hochofen geladen wird. Es wird in einer Brechanlage zerkleinert (kleine Partikel schmelzen schneller). Es wird dann gewaschen, um metallfreie Partikel zu entfernen. Danach wird das Rohmaterial gebrannt, wodurch Schwefel und andere Fremdelemente daraus entfernt werden.

Zweite Produktionsstufe

Erdgas wird über Spezialbrenner beladen und betriebsbereit dem Ofen zugeführt. Der Koks erwärmt den Rohstoff. Dabei wird Kohlenstoff freigesetzt, der sich mit Sauerstoff verbindet und ein Oxid bildet. Dieses Oxid nimmt anschließend an der Rückgewinnung von Eisen aus dem Erz teil. Beachten Sie, dass mit zunehmender Gasmenge im Ofen die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion abnimmt und bei Erreichen eines bestimmten Verhältnisses ganz aufhört.

Überschüssiger Kohlenstoff dringt in die Schmelze ein und verbindet sich mit dem Eisen zu Gusseisen. Alle nicht geschmolzenen Elemente befinden sich an der Oberfläche und werden schließlich entfernt. Dieser Abfall wird Schlacke genannt. Es kann auch zur Herstellung anderer Materialien verwendet werden. Auf diese Weise gewonnene Gusseisensorten werden Gießerei- und Roheisen genannt.

Differenzierung

Die moderne Klassifizierung von Gusseisen sieht die Einteilung dieser Legierungen in folgende Typen vor:

• Weiß.
• Half.
• Grau mit Flockengraphit.
• Hochfester Kugelgrafit.
• Dehnbar.

Schauen wir uns jeden einzeln an.

Weißes Gusseisen

Bei diesem Gusseisen ist fast der gesamte Kohlenstoff chemisch gebunden. Im Maschinenbau wird diese Legierung nicht sehr oft verwendet, da sie zwar hart, aber sehr spröde ist. Es kann auch nicht mit verschiedenen Schneidwerkzeugen bearbeitet werden und wird daher für Gussteile verwendet, die keiner Bearbeitung bedürfen. Obwohl diese Art von Gusseisen das Schleifen mit Schleifscheiben ermöglicht. Weißes Gusseisen kann sowohl gewöhnlich als auch legiert sein. Gleichzeitig verursacht das Schweißen Schwierigkeiten, da es beim Abkühlen oder Erhitzen mit der Bildung verschiedener Risse einhergeht und auch aufgrund der Heterogenität der Struktur, die sich an der Schweißstelle bildet.

Weiße verschleißfeste Gusseisen werden durch Primärkristallisation einer flüssigen Legierung bei schneller Abkühlung erh alten. Sie werden am häufigsten für Trockenreibungsanwendungen (z. B. Bremsbeläge) oder zur Herstellung von Teilen mit erhöhter Verschleiß- und Hitzebeständigkeit (Walzwerkswalzen) verwendet.

Weißer Guss hat seinen Namen übrigens dadurch, dass sein Bruchbild eine hellkristalline, strahlende Oberfläche ist. Das Gefüge dieses Gusseisens ist eine Kombination aus Ledeburit, Perlit und sekundärem Zementit. Wird dieses Gusseisen legiert, so wird Perlit umgewandeltTroostit, Austenit oder Martensit.

Halbgusseisen

Die Klassifizierung von Gusseisen wäre unvollständig, wenn diese Art von Metalllegierungen nicht erwähnt würden.

Dieses Gusseisen zeichnet sich durch eine Kombination aus Karbideutektika und Graphit in seinem Gefüge aus. Im Allgemeinen hat die vollwertige Struktur folgende Form: Graphit, Perlit, Ledeburit. Wird das Gusseisen einer Wärmebehandlung oder Legierung unterzogen, führt dies zur Bildung von Austenit, Martensit oder nadelförmigem Troostit.

Diese Art von Gusseisen ist ziemlich spröde, daher ist seine Verwendung sehr begrenzt. Die Legierung selbst erhielt ihren Namen, weil ihr Bruch eine Kombination aus dunklen und hellen Bereichen der Kristallstruktur ist.

Das gebräuchlichste Konstruktionsmaterial

Grauguss GOST 1412-85 enthält etwa 3,5 % Kohlenstoff, 1,9 bis 2,5 % Silizium, bis 0,8 % Mangan, bis 0,3 % Phosphor und weniger als 0,12 % Schwefel.

Graphit in solchem Gusseisen hat eine Lamellenform. Es erfordert keine spezielle Modifikation.

Graphitplatten haben eine starke Schwächungswirkung und daher zeichnet sich Grauguss durch eine sehr geringe Schlagzähigkeit und eine fast vollständige Abwesenheit von Dehnung (weniger als 0,5%) aus.

Grauguss lässt sich gut bearbeiten. Die Legierungsstruktur kann wie folgt aussehen:

• Ferrit-Graphit.
• Ferrit-Perlit-Graphit.
• Perlit-Graphit.

Grauguss arbeitet viel besser unter Druck als unter Zug. Er auchlässt sich recht gut schweißen, erfordert aber Vorwärmung, und als Zusatzmaterial sollten spezielle Gusseisenstäbe mit hohem Silizium- und Kohlenstoffgeh alt verwendet werden. Ohne Vorwärmen wird das Schweißen schwierig, da das Gusseisen im Schweißbereich ausbleicht.

Grauguss wird zur Herstellung von Teilen verwendet, die ohne Stoßbelastung arbeiten (Riemenscheiben, Deckel, Betten).

Die Bezeichnung dieses Gusseisens erfolgt nach folgendem Prinzip: SCH 25-52. Zwei Buchstaben weisen darauf hin, dass es sich um Grauguss handelt, die Zahl 25 ist ein Indikator für die Zugfestigkeit (in MPa oder kgf/mm 2), die Zahl 52 ist die Zugfestigkeit im Moment des Biegens.

Sphäroguss

Sphäroguss unterscheidet sich grundlegend von seinen anderen „Brüdern“dadurch, dass es Kugelgraphit enthält. Es wird durch Einbringen spezieller Modifikatoren (Mg, Ce) in die flüssige Legierung erh alten. Die Anzahl der Graphiteinschlüsse und deren Längenmaße können unterschiedlich sein.

Was ist gut am Kugelgraphit? Die Tatsache, dass eine solche Form die Metallbasis minimal schwächt, die wiederum perlitisch, ferritisch oder perlitisch-ferritisch sein kann.

Durch Wärmebehandlung oder Legieren kann die Gusseisenbasis nadelförmig-troostitisch, martensitisch, austenitisch sein.

Sphärogusssorten sind unterschiedlich, aber im Allgemeinen lautet die Bezeichnung wie folgt: VCh 40-5. Es ist leicht zu erraten, dass HF hochfestes Gusseisen ist, die Zahl 40 ist ein IndikatorZugfestigkeit (kgf/mm2), die Zahl 5 ist relativ zur Dehnung, ausgedrückt in Prozent.

Sphäroguss

Die Struktur von Sphäroguss ist das Vorhandensein von Graphit in flockiger oder kugelförmiger Form. Gleichzeitig kann Lamellengraphit eine unterschiedliche Feinheit und Kompaktheit aufweisen, was sich wiederum direkt auf die mechanischen Eigenschaften von Gusseisen auswirkt.

Industrielles Gusseisen mit Kugelgraphit wird häufig auf ferritischer Basis hergestellt, was eine höhere Duktilität bietet.

Das Bruchbild von ferritischem Sphäroguss hat ein schwarzes, samtiges Aussehen. Je mehr Perlit in der Struktur enth alten ist, desto leichter wird der Bruch.

Im Allgemeinen wird duktiles Gusseisen aus Weißguss durch langes Schmoren in Öfen gewonnen, die auf eine Temperatur von 800-950 Grad Celsius erhitzt wurden.

Heute gibt es zwei Möglichkeiten, Gusseisen mit Kugelgraphit herzustellen: europäisch und amerikanisch.

Die amerikanische Methode besteht darin, die Legierung in Sand bei einer Temperatur von 800-850 Grad zu schmoren. Bei diesem Verfahren befindet sich Graphit zwischen Körnern aus reinstem Eisen. Dadurch wird Gusseisen zähflüssig.

Bei der europäischen Methode schmachten Gussteile im Eisenerz. Die Temperatur beträgt dabei etwa 850-950 Grad Celsius. Kohlenstoff geht in Eisenerz über, wodurch die Oberflächenschicht der Gussteile entkohlt und weich wird. Gusseisen wird formbar, während der Kern spröde bleibt.

Kennzeichnung Temperguss: KCh 40-6, wobei KCh natürlich Temperguss ist; 40 - Zugfestigkeitsindex;6 – Dehnung, %.

Andere Indikatoren

Bei der Einteilung von Gusseisen nach Festigkeit wird hier folgende Einteilung angewendet:

• Typische Festigkeit: σv bis 20 kg/mm2.
• Erhöhte Festigkeit: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Hochfest: σv=40 kg/mm2 und darüber.

Gusseisen werden nach Duktilität unterteilt in:

• Unflexibel - weniger als 1 % Dehnung.
• Low plastic - von 1% bis 5%.
• Plastik - von 5% bis 10%.
• Erhöhte Plastizität - mehr als 10 %.

Abschließend möchte ich noch anmerken, dass die Eigenschaften jedes Gusseisens sogar durch die Form und Art des Gusses ganz erheblich beeinflusst werden.