Legiertes Gusseisen – was sind seine Arten, Eigenschaften und Anwendungsbereiche?

Gusseisen ist, wie wir nach der Lektüre des Artikels Unterschiede zwischen Gussstahl und Gusseisen bereits wissen, die am weitesten verbreitete Gruppe von Gusseisenlegierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt (Fe). Genauer gesagt handelt es sich um Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 2 %, wobei der Höchstgehalt zwischen 3,8 % und 6,7 % liegt.

Kohlenstoff kann im Gusseisen entweder in Form von Graphit oder in Form von Eisenkarbid (Fe3C), d. h. Zementit vorkommen, an das Eisen gebunden sein kann, dessen Härte zwischen der von Tonerde und Diamant schwankt. Das Auftreten einer bestimmten Kohlenstoffphase hängt von der Abkühlungsgeschwindigkeit und der chemischen Zusammensetzung der Legierung ab.

Heute befassen wir uns ausführlich mit legiertem Gusseisen, seinen Arten, Eigenschaften, seiner Zusammensetzung und möglichen Anwendungsbereichen.

Aus diesem Artikel erfahren Sie:

• was legiertes Gusseisen ist und wie es hergestellt wird,
• wie seine chemische Zusammensetzung aussieht und welche die üblichen Zusatzstoffe von legiertem Gusseisen sind,
• welche Arten von legiertem Gusseisen es gibt, welche Eigenschaften die jeweiligen Arten aufweisen und wo sie Anwendung finden
• wo legiertes Gusseisen sonst verwendet wird

Legiertes Gusseisen

Legiertes Gusseisen ist Gusseisen, das mit Legierungszusätzen angereichert ist, um die Beständigkeit des Gusseisens gegen Witterungseinflüsse, Chemikalien, hohe Temperaturen, Abrieb usw. zu erhöhen.

Die Zusätze in Form von Silizium, Nickel, Chrom, Molybdän, Aluminium und anderen Elementen ermöglichen es, die chemischen und physikalischen Eigenschaften bestimmter Legierungen zu verändern und sie so an die spezifischen Anforderungen der Kunden anzupassen.

Die Zahl der legierten Gusseisensorten ist sehr groß und sie können auf verschiedene Weise klassifiziert werden:

• nach dem Gehalt an Legierungszusätzen (niedrig legiert < 3% und hoch legiert > 3%),
• nach der Art des dominierenden Elements (z. B. Silizium, Nickel, Chrom, Mangan),
• nach ihren Eigenschaften (z. B. verschleißfest, korrosionsbeständig, hitzebeständig).

Legierte Gusseisen – Herstellung

Legierungszusätze werden in legierte Gusseisen eingebracht, die unabhängig von den Dotierstoffen vorkommen. Die oben genannten Elemente werden zugesetzt, um die Leistungseigenschaften von Gusseisen zu verbessern, wie z. B.:

• mechanische Eigenschaften,
• physikalische Eigenschaften,
• Abriebfestigkeit,
• Beständigkeit gegen elektrochemische und gasförmige Korrosion,
• Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse.

Ihre chemische Zusammensetzung wird so gewählt, dass die entsprechende Struktur und die Eigenschaften erhalten bleiben. Aus diesem Grund müssen Zusatzstoffe mit graphitisierender und bleichender Wirkung besonders sorgfältig ausgewählt werden.

Chemische Zusammensetzung von legiertem Gusseisen - Zusatzstoffe

Ein bestimmtes legiertes Gusseisen kann je nach seiner Zusammensetzung und seinen Betriebsbedingungen durch einzelne Legierungszusätze die entsprechenden Eigenschaften erhalten.

Wegen der großen Anzahl von legierten Gusseisen, einschließlich genormter Gusseisen, ist es unmöglich, sie alle zu beschreiben. Stattdessen werden wir Beispiele anführen. Anhand einer Auswahl der gebräuchlichsten Legierungselemente werden wir deren Einfluss und ihre Einsatzmöglichkeiten präsentieren.

Silizium:

• erhöht die Korrosionsbeständigkeit,
• verbessert die Hochtemperatureigenschaften (in einer Menge von 4,5 ➗ 8%), da es die Tendenz zum Abblättern der Oberflächenschicht verringert,
• verbessert die Beständigkeit gegen folgende Säuren (14 ➗ 17 %, mit Zusatz von 5 % Chrom und 1 % Molybdän): Salpeter-, Phosphor-, Essig- und insbesondere Schwefelsäure (Achtung! wird in Salzsäure und Laugen leicht angegriffen).

Chrom:

• Verbessert die Splitter- und Rissbeständigkeit,
• verbessert die Korrosionsbeständigkeit,
• erhöht die Beständigkeit gegen hohe Temperaturen,
• Gusseisen mit dieser Beimischung ist hitzebeständig und feuerfest.

Nickel:

• bietet optimale Hitzebeständigkeit,
• erhöht die Korrosionsbeständigkeit.

Molybdän:

• erhöht die Korrosionsbeständigkeit,
• erhöht die Hitzebeständigkeit.

Mangan:

• bindet sich mit Schwefel und beseitigt dessen nachteilige Auswirkungen in Gusseisen.

Aluminium:

• Gussstücke mit seinen Zusätzen sind beständig gegen die gasförmige Umgebung von Sauerstoff, Kohlenstoff und Schwefel,
• erhöht die Beständigkeit gegen hohe Temperaturen.

Arten von legiertem Gusseisen

Wie bereits erwähnt, ist die gebräuchlichste Klassifizierung von legiertem Gusseisen die, deren Kriterium durch die Eigenschaften des Gussstücks bestimmt wird. Nach PN-88/H-83144 werden sie daher in korrosionsbeständiges Gusseisen, verschleißfestes Gusseisen und hitzebeständiges Gusseisen unterteilt.

Korrosionsbeständiges Gusseisen

Dies ist eine Gruppe von Gusseisen, die einer Strapazierung des Materials durch äußere Einflüsse widersteht. Diese Art von Gusseisen wird von hochchromhaltigen und Chrom-Nickel-Gusseisen dominiert. Innerhalb dieser Gruppe unterscheiden wir auch Gusseisen mit Nickel- und Molybdänzusätzen, die den korrosionsbeständigen Austenit durch Zugabe von Silizium, Chrom oder Aluminium stabilisieren und eine korrosionsbeständige Schicht auf der Gussoberfläche bilden.

Gusseisen mit verbesserter Verschleißfestigkeit

Diese Art von legiertem Gusseisen widersteht dem Gewichts-, Volumen- oder Dickenverlust, der durch den Abrieb der obersten Schicht der miteinander verbundenen Teile entsteht. Nickel-, chrom- und manganhaltiges Gusseisen haben zum Beispiel solche Eigenschaften.

Hochwarmfeste und hitzebeständige Gusseisen

Schon unlegiertes Grauguss zeichnet sich durch eine geringe Hitzebeständigkeit aus, die durch einen Legierungszusatz, zum Beispiel in Form von Chrom oder Silizium, verbessert wird.

Besonders hervorzuheben in dieser Kategorie sind:

Silal: ein Werkstoff, der für Gussteile für Temperaturen bis 600-800 °C entwickelt wurde und einen erhöhten Mangan- und Siliziumgehalt aufweist. Sein Nachteil ist seine erhöhte Sprödigkeit.

Nicrosilal: ähnlich wie Silal, mit einem Zusatz von 16-20 % Nickel. Es hat bessere Festigkeitseigenschaften.

Niresist: ist ein sehr hitzebeständiges und gleichzeitig korrosionsbeständiges Material. Es enthält 2,5% Silizium, bis zu 2% Mangan, bis zu 16% Nickel, bis zu 4 Chrom und bis zu 8% Kupfer.

Legiertes Gusseisen – Anwendungen

Legiertes Gusseisen wird, je nach den Eigenschaften der jeweiligen Legierung, in vielen Industriezweigen und Sektoren eingesetzt.

Gussstücke aus legiertem Eisen findet man zum Beispiel:
- in Kanalisationsschächten,
- Rohren,
- Öfen,
- in der chemischen Industrie,
- in der Pharmaindustrie,
- in der Autoindustrie,
- in Gussteilen, die in säure-, rost- oder hitzeanfälligen Bereichen eingesetzt werden.