Arten von Gusseisen: Klassifizierung, Güte und Anwendung

Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt von 2,5% bis 4%, in der Regel über 2,11%. Es setzt sich aus mehreren Bestandteilen zusammen, darunter Eisen, Kohlenstoff und Silizium, und kann auch Verunreinigungen wie Mangan, Schwefel und Phosphor enthalten, die stärker verbreitet sind als bei Kohlenstoffstahl.

Die Gusseisenarten werden in erster Linie nach der Form des Kohlenstoffs und der Morphologie des vorhandenen Graphits unterschieden. Im Folgenden werden die wichtigsten Gusseisenarten aufgeführt:

Weißes Gusseisen: Kohlenstoff liegt in Form von Zementit (Fe3C) vor, und die Bruchfläche ist silbrig-weiß. Es ist spröde und wird selten allein verwendet. Weißes Gusseisen ist ein Zwischenprodukt für die Herstellung von Temperguss, und Hartguss mit einer Oberflächenschicht aus weißem Gusseisen wird häufig für Walzen verwendet.

Graues Gusseisen: Der gesamte oder der größte Teil des Kohlenstoffs liegt in Form von Graphit vor, der schuppenförmig ist. Diese Art von Eisen wird je nach der Form des Graphits unterschiedlich verwendet, wie z. B. gewöhnliches Grauguss (schuppiger Graphit) und vermikuläres Gusseisen (wurmförmiger Graphit).

Verformbares Gusseisen: Der Graphit liegt in einer flockigen Form vor und wird durch langes Glühen von weißem Gusseisen einer bestimmten Zusammensetzung bei hohen Temperaturen gewonnen. Seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere Zähigkeit und Plastizität, sind höher als die von Grauguss.

Sphäroguss: Der Graphit liegt in einer kugelförmigen Form vor, die durch eine Sphäroisierung vor dem Gießen des geschmolzenen Eisens erreicht wird. Diese Art von Eisen hat nicht nur bessere mechanische Eigenschaften als Grauguss und Temperguss, sondern sein Herstellungsverfahren ist auch einfacher als das des Tempergusses. Außerdem können seine mechanischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung weiter verbessert werden.

Vermiculares Gusseisen: Der Graphit liegt in einer wurmartigen Form vor und hat gute mechanische und verarbeitungstechnische Eigenschaften.

Legiertes Gusseisen: Um die mechanischen oder physikalischen und chemischen Eigenschaften von Gusseisen zu verbessern, kann eine bestimmte Menge an Legierungselementen hinzugefügt werden, um legiertes Gusseisen zu erhalten. Zu dieser Art von Eisen gehört eine Vielzahl von korrosionsbeständigen, hitzebeständigen und verschleißfesten Spezialgusslegierungen.

Arten von Gusseisen

Je nach den verschiedenen Formen von Kohlenstoff

Entsprechend den verschiedenen Formen von Kohlenstoff in Gusseisen kann Gusseisen in folgende Kategorien unterteilt werden:

1. Weißes Gusseisen

In Gusseisen liegt Kohlenstoff hauptsächlich in Form von Zementit vor, und nur ein kleiner Teil ist in Ferrit gelöst.

Sein Bruch hat ein silberweißes Aussehen, weshalb es auch als weißes Gusseisen bezeichnet wird.

Derzeit wird weißes Gusseisen hauptsächlich als Rohstoff für die Stahlerzeugung und als Basis für die Herstellung von Temperguss verwendet.

2. Grauguss

In Gusseisen liegt der meiste oder der gesamte Kohlenstoff in Form von schuppenförmigem Graphit vor, dessen Bruch eine dunkelgraue Farbe aufweist. Infolgedessen wird es bezeichnet als Grauguss.

3. Mverglastes Gusseisen

In Gusseisen liegt ein Teil des Kohlenstoffs als Graphit vor, ähnlich wie Grauguss, während der andere Teil als freier Zementit vorliegt, ähnlich wie bei weißem Gusseisen.

Dies führt dazu, dass die Bruchfläche sowohl schwarze als auch weiße Flecken aufweist, was ihr den Namen "gesprenkeltes Gusseisen" einbrachte.

Leider ist diese Art von Gusseisen auch hart und spröde, so dass es nur selten in industriellen Anwendungen eingesetzt wird.

Nach verschiedenen Graphitformen

Entsprechend den verschiedenen Graphitformen in Gusseisen kann Gusseisen in folgende Kategorien unterteilt werden:

1. Grauguss

In Grauguss liegt der Kohlenstoff in Form von schuppenförmigem Graphit vor.

2. Verformbares Gusseisen

Verformbares Gusseisen wird gewonnen durch Glühen weißes Gusseisen mit einer bestimmten Zusammensetzung über einen längeren Zeitraum bei hohen Temperaturen. Infolgedessen liegt der Kohlenstoff in Temperguss in einer flockigen Form vor.

Diese Art von Gusseisen weist im Vergleich zu Grauguss bessere mechanische Eigenschaften auf, insbesondere in Bezug auf Zähigkeit und Plastizität, daher der Name "Temperguss".

3. Sphäroguss

In Gusseisen liegt der Kohlenstoff in Form von kugelförmigem Graphit vor.

Dies wird durch eine sphäroidisierende Behandlung vor der Herstellung erreicht. Gießverfahren.

Diese Art von Gusseisen weist im Vergleich zu Grauguss und Temperguss bessere mechanische Eigenschaften auf. Außerdem ist sein Herstellungsverfahren einfacher als das von Temperguss, und seine mechanischen Eigenschaften können durch Wärmebehandlung weiter verbessert werden. Daher wird es in der Produktion immer häufiger eingesetzt.

Klassifizierung und Bezeichnung von Gusseisen

Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die mehr als 2,1% Kohlenstoff enthält.

Es wird durch Wiedereinschmelzen von gegossenem Roheisen (einem Bestandteil des Roheisens für die Stahlerzeugung) in einem Ofen hergestellt und seine Zusammensetzung durch Zugabe von Ferrolegierungen, Stahlschrott und recyceltem Eisen angepasst.

Der Hauptunterschied zwischen Gusseisen und Roheisen besteht darin, dass Gusseisen einem sekundären Verarbeitungsschritt unterzogen wird und der größte Teil des Gusseisens in Eisengussteile.

Eisengussteile besitzen hervorragende Gießeigenschaften und können in komplexe Formen gegossen werden. Sie lassen sich auch gut zerspanen und sind für ihre Verschleißfestigkeit und Stoßdämpfung sowie für ihre niedrigen Kosten bekannt.

Bezeichnung von Gusseisen: (gemäß GB5612-85)

Die Codes aus Gusseisen setzen sich aus dem ersten Buchstaben des chinesischen Alphabets zusammen und weisen auf die spezifischen Eigenschaften des Produkts hin.

Wenn zwei Gusseisennamen denselben Kennbuchstaben haben, können sie durch Hinzufügen von Kleinbuchstaben nach dem Großbuchstaben unterschieden werden.

Bei Gusseisen mit demselben Namen, das eine weitere Klassifizierung erfordert, wird der erste Buchstabe des chinesischen Pinyin, der die Merkmale der Unterklasse darstellt, am Ende hinzugefügt.

Beschreibung von Name, Code und Marke des Gusseisens:

Anmerkung: Eine Reihe von Zahlen, die dem Code der Sorte folgen, bezeichnen den Wert der Zugfestigkeit.

In den Fällen, in denen es zwei Zahlenreihen gibt, steht die erste Reihe für den Zugfestigkeitswert und die zweite Reihe für den Dehnungswert.

Diese beiden Zahlenreihen werden durch eine "Eins" getrennt.

Legierungselemente werden durch internationale Elementsymbole dargestellt. Wenn der Inhalt gleich oder größer als 1% ist, wird er als ganze Zahl dargestellt. Ist der Inhalt kleiner als 1%, wird er normalerweise nicht angegeben.

Übliche Elemente wie C, Si, Mn, S und P werden in der Regel nicht gekennzeichnet. Ihre Elementsymbole und -inhalte werden nur markiert, wenn sie einem bestimmten Zweck dienen.

Verwendung von verschiedenen Gusseisen

Weißes Gusseisen

Bei weißem Gusseisen liegt der gesamte Kohlenstoff in Form von Permeationskohlenstoff (Fe3C) vor, was zu einer strahlend weißen Bruchfläche führt.

Aus diesem Grund wird es auch als weißes Gusseisen bezeichnet.

Aufgrund des hohen Anteils an hartem und sprödem Fe3C weist weißes Gusseisen jedoch eine hohe Härte auf, ist aber auch sehr spröde und schwer zu bearbeiten.

Daher wird es in der Regel nicht direkt in industriellen Anwendungen eingesetzt, mit Ausnahme einiger weniger Anwendungen, bei denen Verschleißfestigkeit ohne Schlagwirkung erforderlich ist, wie bei Drahtziehwerkzeugen und Eisenkugeln für Kugelmühlen.

Stattdessen wird es hauptsächlich als Rohstoff für die Stahlerzeugung und die Herstellung von Temperguss verwendet.

Grauguss

In Gusseisen liegt der meiste oder der gesamte Kohlenstoff als blattförmiger Graphit in freiem Zustand vor, was zu einer grauen Bruchfläche führt.

Grauguss hat gute Gießeigenschaften, ist leicht zu bearbeiten, hat eine gute Verschleißfestigkeit, einfache Schmelz- und Dosierverfahren und niedrige Kosten, so dass es weithin für die Herstellung von Gussteilen mit komplexen Strukturen und verschleißfesten Teilen verwendet wird.

Grauguss kann aufgrund seiner Matrixstruktur in Ferrit-Grauguss, Perlit-Ferrit-Grauguss und Perlit-Grauguss unterteilt werden.

Aufgrund des Vorhandenseins von schuppenförmigem Graphit hat Grauguss eine niedrige Dichte, Festigkeit, Härte und keine Plastizität und Zähigkeit.

Das Vorhandensein dieses Graphits ist vergleichbar mit dem Vorhandensein vieler kleiner Kerben auf dem Stahlsubstrat, die die Auflagefläche verringern und die Anzahl der Risse erhöhen, was zu einer geringen Festigkeit und schlechten Zähigkeit des Graugusses führt und ihn für die Druckverarbeitung ungeeignet macht.

Zur Verbesserung der Eigenschaften werden dem geschmolzenen Eisen vor dem Gießen bestimmte Impfmittel wie Ferrosilizium und Kalziumsilikat zugesetzt, um die Perlitmatrix zu verfeinern.

Mallegierbares Eisen

Temperguss wird aus einer weißen Gusseisenbasis hergestellt, die aus einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit niedrigem Kohlenstoff- und Siliziumgehalt gegossen wird. Nach einer Langzeit-Hochtemperatur-Behandlung Glühenzersetzt sich der Zementit in Cluster aus flockigem Graphit, was zu einer Art graphitiertem weißen Gusseisen führt.

Temperguss lässt sich aufgrund seiner Mikrostruktur nach der Wärmebehandlung in zwei Arten unterteilen: Temperguss mit schwarzem Kern und perlitisches Temperguss. Das Gefüge von Temperguss mit schwarzem Kern ist in erster Linie eine Ferritbasis (F) mit flockigem Graphit, während das Gefüge von perlitischem Temperguss in erster Linie eine perlitische (P) Matrix mit flockigem Graphit ist.

Der dritte Typ ist Temperguss mit weißem Kern, dessen Gefüge von der Profilgröße abhängt. Bei kleinen Abschnitten besteht die Matrix aus Ferrit, während bei größeren Abschnitten die Oberfläche aus Ferrit und der Kern aus Perlit und geglühtem Kohlenstoff besteht.

Impfgusseisen wird hergestellt, wenn der Graphit nach der Impfbehandlung fein und gleichmäßig verteilt ist.

Sphäroguss

Vor dem Gießen des geschmolzenen Eisens (Sphäroguss) wird ein Sphäroidisierungsmittel, meist aus Ferrosilizium oder Magnesium, hinzugefügt, um den Graphit im Gusseisen zu sphäroidisieren. Durch die Zugabe des Sphäroidisierungsmittels wird die Zugfestigkeit erheblich verbessert, StreckgrenzePlastizität und Kerbschlagzähigkeit von Gusseisen mit Kugelgraphit. Der Grund dafür ist, dass der Kohlenstoff (Graphit) in der Gusseisenmatrix in einer kugelförmigen Form vorliegt, was seine Spaltwirkung auf die Matrix verbessert.

Sphäroguss hat mehrere Vorteile, darunter Verschleißfestigkeit, Stoßdämpfung, gute Verarbeitungseigenschaften und niedrige Kosten. Diese Vorteile haben dazu geführt, dass es weithin als Ersatz für Temperguss sowie für einige Stahlguss- und Schmiedestahlteile verwendet wird, z. B. für Kurbelwellen, Pleuelstangen, Walzen und Kfz-Hinterachsen.

Wie verbessern die Legierungselemente die Leistung von Gusseisen?

Zu den üblichen Legierungselementen in legiertem Gusseisen gehören Silizium, Mangan, Phosphor, Nickel, Chrom, Molybdän, Kupfer, Aluminium, Bor, Vanadium, Titan, Antimon und Zinn. Diese Elemente verbessern die Leistung von Gusseisen durch verschiedene Mechanismen:

• Silizium (Si): Als nützliches Element fördert es die Graphitierung, wodurch die mechanischen Eigenschaften und die Verschleißfestigkeit der Gussteile verbessert werden.
• Mangan (Mn): Es verfeinert die Kornstruktur und verbessert dadurch die mechanischen Eigenschaften.
• Phosphor (P) und Schwefel (S): Obwohl sie normalerweise als Verunreinigungen gelten, können sie unter bestimmten Umständen die Bearbeitbarkeit verbessern.
• Andere Legierungselemente wie Nickel (Ni), Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Vanadium (V), Titan (Ti), Antimon (Sb) und Zinn (Sn): Der Zusatz dieser Elemente erhöht die Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Gusseisen erheblich.

Darüber hinaus kann die Zugabe von Legierungselementen die innere Struktur von Gusseisen verändern, was zu neuen Phasenumwandlungen führt und so die Verarbeitungseigenschaften wie Thermoplastizität, Kaltverformbarkeit, Bearbeitbarkeit, Härtbarkeit und Schweißbarkeit verbessert. Beispielsweise fördern Silizium und Kohlenstoff zusammen die Graphitierung, wodurch die Kompaktheit und Zähigkeit der Gussstücke erhöht, die Neigung zur Weißbruchbildung verringert, der Austenit stabilisiert und Graphit und Perlit veredelt werden.

Durch die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, der Verschleißfestigkeit, der Oxidationsbeständigkeit und der Korrosionsbeständigkeit von Gusseisen verbessern die Legierungselemente die Gesamtleistung von legiertem Gusseisen.

Was sind die genauen Anwendungen und Leistungsmerkmale von weißem Gusseisen in Gusseisen?

Weißes Gusseisen, benannt nach seiner silbrig-weißen Bruchfläche, ist eine Gusseisenart, bei der sich während des Kristallisationsprozesses kein Graphit ausscheidet. Diese Art von Gusseisen hat einen hohen Anteil an freiem Zementit in seiner Struktur, was zu einer hohen Härte führt (im Allgemeinen über HB500), aber es ist auch sehr spröde. Aufgrund seiner hohen Härte und Verschleißfestigkeit sowie seiner geringen Kosten ist weißes Gusseisen eine gute Wahl für verschleißfeste Anwendungen, obwohl es für viele Bauteile als zu spröde gilt.

Zu den Hauptanwendungsgebieten von weißem Gusseisen gehören verschleißfeste Teile wie landwirtschaftliche Werkzeuge, Mahlkugeln, Teile von Kohlemühlen, Schaufeln von Strahlanlagen, Teile von Schlammpumpen, Gusssandrohre und die Außenschicht von Kaltwalzrollen. Darüber hinaus wird es als Rohstoff für die Stahlerzeugung und als Rohling für die Herstellung von Temperguss verwendet. Weißes Mangan-Wolfram-Gusseisen und weißes Wolfram-Chrom-Gusseisen werden insbesondere für Teile verwendet, die mechanisch bearbeitet werden müssen, und für Teile, die hohen Schlagbelastungen, geringem abrasivem Verschleiß bzw. hohem abrasivem Verschleiß beim Schleifen ausgesetzt sind.

Was die Leistungsmerkmale betrifft, so ist weißes Gusseisen hart und spröde, nicht leicht zu bearbeiten und wird selten direkt für Gussteile verwendet. Sein Kohlenstoff liegt vollständig in Form von Zementit (Fe3C) vor, wodurch es höhere mechanische Eigenschaften als Grauguss und Temperguss aufweist und sein Herstellungsverfahren relativ einfach ist. Aufgrund seiner Sprödigkeit ist weißes Gusseisen jedoch weder kalt noch warm verarbeitbar und kann nur direkt im Gusszustand verwendet werden.

Weißes Gusseisen mit seiner hohen Härte und Verschleißfestigkeit spielt in bestimmten Anwendungsszenarien eine wichtige Rolle, obwohl seine Sprödigkeit seinen Einsatz in einem breiteren Bereich begrenzt.

Welches sind die spezifischen Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften zwischen Grauguss und Temperguss?

Die spezifischen Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften zwischen Grauguss und Temperguss spiegeln sich vor allem in den folgenden Aspekten wider:

Morphologie des Graphits: Der Graphit in Grauguss ist schuppenförmig, während der Graphit in Temperguss wurmförmig ist. Dieser Unterschied in der Graphitmorphologie führt zu Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften. Flockenförmiger Graphit verleiht Grauguss ein gewisses Maß an Sprödigkeit, während wurmförmiger Graphit zur Verbesserung der Zähigkeit des Werkstoffs beiträgt.

Mechanische Eigenschaften: Aufgrund der unterschiedlichen Morphologie des Graphits sind die mechanischen Eigenschaften von Temperguss in der Regel besser als die von Grauguss. Die mechanischen Eigenschaften von Temperguss liegen zwischen denen von Sphäroguss und Grauguss, d. h. es ist fester als Grauguss, aber nicht so fest wie Sphäroguss.

Gussleistung: Die Gießleistung von Temperguss liegt zwischen Grauguss und Sphäroguss. Dies deutet darauf hin, dass Temperguss eine gute Anpassungsfähigkeit und Flexibilität im Gießprozess aufweist und in der Lage ist, die Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien zu erfüllen.

Empfindlichkeit gegenüber der chemischen Zusammensetzung: Im Vergleich zu Grauguss hat Temperguss einen geringeren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, wenn sich der Kohlenstoff- und Siliziumgehalt von untereutektisch zu eutektisch ändert. Dies bedeutet, dass Temperguss eine größere Flexibilität bei der Anpassung seiner chemischen Zusammensetzung hat, um seine Leistung zu optimieren.

Fähigkeit zur Wärmebehandlung: Temperguss kann verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen werden, darunter auch dem isothermischen Abschrecken, das die Möglichkeit bietet, seine mechanischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung weiter zu verbessern.

Wie wird der Einfluss des Glühprozesses auf die mechanischen Eigenschaften von Temperguss quantifiziert?

Der Einfluss des Glühprozesses auf die mechanischen Eigenschaften von Temperguss lässt sich wie folgt quantifizieren:

Verbesserung von Festigkeit und Plastizität: Durch die Graphitierungsglühbehandlung kann Temperguss eine höhere Festigkeit, Plastizität und Kerbschlagzähigkeit erreichen, so dass er Kohlenstoffstahl bis zu einem gewissen Grad ersetzen kann. Im Vergleich zu Grauguss hat Temperguss eine bessere Festigkeit und Plastizität, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.

Bessere Verschleißfestigkeit und Schwingungsdämpfung: Die Verschleißfestigkeit und Schwingungsdämpfung von Temperguss übertrifft die von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl, was auf seine spezifische Mikrostruktur und chemische Zusammensetzung zurückzuführen ist. Durch eine Optimierung des Glühprozesses können diese Eigenschaften weiter verbessert werden.

Verkürzung der Produktionszyklen und Verringerung des Energieverbrauchs: Verbesserungen im Glühprozess, wie die Anpassung des Kohlenstoff- und Siliziumgehalts und die Zugabe von Elementen wie Wismut, Bor und Aluminium zur Modifikationsbehandlung, können nicht nur den Glühzyklus verkürzen, sondern auch die Produktqualifikationsraten erhöhen, ohne die mechanische Leistung zu beeinträchtigen. Darüber hinaus hat die Forschung zu Schnellglühverfahren gezeigt, dass die Optimierung der Glühbedingungen den Energieverbrauch und die Umweltverschmutzung wirksam reduzieren kann.

Erhöhung des Graphitierungsgrades: Während des Glühprozesses wird der eutektische Zementit im weißen Gusseisen graphitiert, ein Prozess, der für die Verbesserung der Zähigkeit und Plastizität von Temperguss entscheidend ist. Die Optimierung des Graphitierungsglühprozesses trägt zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Gussstücks bei.

Erhöhung der Bruchzähigkeit: Der Prozess der Vorwärmbehandlung und das Gefüge haben einen erheblichen Einfluss auf die Bruchzähigkeit von Temperguss. Durch die Optimierung der Glühzeit und anderer relevanter Prozessparameter kann die Bruchzähigkeit von Temperguss effektiv verbessert werden, was für die Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit entscheidend ist.

Was ist der Prozess der Sphäro-Behandlung von duktilem Gusseisen und seine spezifische Rolle bei der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften?

Der Prozess der Sphäroidisierung von duktilem Gusseisen umfasst hauptsächlich das Sphäroidisieren und Impfen, wodurch kugelförmiger Graphit entsteht. Diese Behandlungsmethode verringert wirksam die Bruchwirkung des Graphits auf die Matrix und verbessert die mechanischen Eigenschaften von Gusseisen, einschließlich Plastizität, Zähigkeit und Festigkeit, erheblich. Insbesondere ermöglicht die Sphäroidisierung, dass der Graphit im Gusseisen eine kugelförmige Form annimmt. Diese Struktur ist im Vergleich zu herkömmlichem schuppenförmigem oder flockigem Graphit förderlicher für die Verringerung der Spannungskonzentration innerhalb des Materials und verbessert die Gesamtleistung.

Die besondere Rolle der Kugelgraphitbehandlung liegt in der Verbesserung der Mikrostruktur von Gusseisen, die zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Graphits führt und das Risiko von Rissen und Brüchen aufgrund von Spannungskonzentrationen während des Gebrauchs verringert. Darüber hinaus verbessert das Vorhandensein von kugelförmigem Graphit die Verschleißfestigkeit und die Schwingungsdämpfung von Gusseisen, was besonders für Anwendungen wichtig ist, die hohen Belastungen und komplexen Stressbedingungen standhalten müssen. So wird duktiles Gusseisen aufgrund seiner hervorragenden umfassenden Eigenschaften häufig für Teile wie Kurbelwellen von Kraftmaschinen verwendet.

Der Prozess der Sphäroidisierung von duktilem Gusseisen, bei dem die Form des Graphits verändert wird, erhöht nicht nur die Plastizität, Zähigkeit und Festigkeit des Gusseisens, sondern trägt auch zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Schwingungsdämpfung bei, wodurch die mechanische Leistung bis zu einem gewissen Grad verbessert wird. Diese Verbesserungen machen duktiles Eisen zu einem Werkstoff mit hoher Festigkeit, guter Zähigkeit und Plastizität. Seine umfassende Leistungsfähigkeit kommt der von Stahl nahe, so dass es sich für verschiedene technische Anwendungen eignet, die komplexe Belastungen, hohe Festigkeit und gute Zähigkeit erfordern.