Die Grundlagen der Gießerei – Kurze Einführung in die Gießerei

• Geschichte der Gießerei für Gusseisen: eine kontinuierliche Entwicklung
• Das Gießverfahren
• Mikrogefügebestandteile eines Gusseisens
• Einstufung von Gusseisen

Die Geschichte der Gießerei, insbesondere im Hinblick auf die Schmelzprozesse von Gusseisen, hat sehr lang zurückliegende Ursprünge.

In der griechischen und lateinischen Mythologie werden Vulcanus und Hephaistos als Götter dargestellt, die in der Lage sind, Metalle und Legierungen mit Feuer und Hitze herzustellen und zu bearbeiten. Die Entstehung der Gießerei, die Teil der Menschheitsgeschichte ist, geht auf das Jahr 4000 v. Chr. zurück.

Der älteste bisher gefundene Guss ist jedoch ein Frosch aus Kupfer, der in Mesopotamien um 3200 v. Chr. hergestellt wurde. Zahlreiche weitere Beispiele für Produkte, die mit Hilfe von Schmelztechniken hergestellt wurden, lassen sich auf das Jahr 2800 v. Chr. in Ägypten datieren. Im Jahr 1300 v. Chr. wurde in China unter der Shang-Dynastie die Sandgusstechnologie entwickelt.

Die ersten Funde von Werkstücken aus Gusseisen, die in Gießereien hergestellt wurden, stammen aus dem Jahr 500 v. Chr., ebenfalls in China, und um 200 v. Chr. sind die ersten Beispiele für Waffen und Dekorationen zu finden, die mit Gießverfahren aus Gusseisen hergestellt wurden.

In jüngerer Zeit ist die Entwicklung der Gießerei zu erwähnen, die im Mittelalter mit dem Bau von Kathedralen und Kirchen sowie der Herstellung von Glocken aus Bronze verbunden war. In diesem Zeitraum hörte die Gießerei auf, „nur“ eine Kunst zu sein, und wurde zu einer Technologie mit einem noch unerschlossenen Potenzial. Im Jahr 1313 wurde die erste Kanone aus Gusseisen hergestellt.

Ungefähr 150 Jahre später schrieb der Sieneser Vannoccio Biringuccio “De Le Pirotechnia”, eine Abhandlung über die Gießerei, die in 10 Abschnitte unterteilt ist (Mineralien, Dokimastik, Schmelzen, Legieren, Guss usw.). Die erste amerikanische Gießerei wurde im Jahr 1645 in Massachusetts gegründet.

Ein weiterer wichtiger Meilenstein war um 1760 der Einsatz von Schienen aus Gusseisen für den Transport von Material, das in den Kohlebergwerken der englischen Grafschaft Shropshire abgebaut wurde.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts leistete dann die Gießerei, die für die Herstellung von Werkstücken und Komponenten aus Stahl und Gusseisen unverzichtbar war, einen entscheidenden Beitrag zu den Transformationsprozessen der Städte und zur Entwicklung der Industrialisierung.

Ein Gießverfahren (oder Verfahren zur Formung durch Guss) besteht, sehr schematisch ausgedrückt, im Gießen einer Metalllegierung in flüssigem Zustand in eine Form, deren Hohlraum die Geometrie des zu fertigenden Teils negativ nachbildet.

Nachdem die Form gefüllt ist, beginnt die Legierung abzukühlen und zu erstarren, wodurch sie die gewünschte Form annimmt. Die Palette der Gießverfahren ist allerdings besonders umfangreich, und schon ihre Zahl zeugt von ihrer Vielseitigkeit Vielseitigkeit bedeutet, dass Planer und Endanwender eine breite Auswahl und eine bedeutende betriebliche Flexibilität haben, um die Anforderungen an die zu fertigende Komponente zu erfüllen.

Es bestehen verschiedene Kriterien zur Einstufung der Verfahren zur Verformung durch Guss; das einfachste unterscheidet zwei Kategorien:

• Verfahren, bei denen die aus feuerfestem Material hergestellte eine „verlorene Form“ ist, d. h. sie wird am Ende jedes Produktionszyklus zerstört;
• Verfahren, bei denen eine aus Stahl gefertigte „Dauerform“ eingesetzt wird, d.h. diese kann sogar für eine sehr große Anzahl von Produktionszyklen wiederverwendet werden;

Jedes Verfahren bietet bestimmte Vorteile und Vorzüge, insbesondere wenn es unter Berücksichtigung der zu gießenden Legierung und der Art der herzustellenden Komponente eingesetzt wird.

Generell ist es für die korrekte Wahl eines Gießverfahrens erforderlich, bestimmte Anforderungen zu berücksichtigen:

• Oberflächenqualität des Gusses;
• erforderliche Maßgenauigkeit;
• Anzahl der zu erstellenden Gussprodukte;
• Kosten für die Herstellung der Gussformen;
• Art von Formausrüstung (d.h. erforderlich zur Erstellung von Gussformen).

Das ermittelte Verfahren spielt eine direkte und wesentliche Rolle bei der Bestimmung der Mikrostruktur, der Qualität und der endgültigen Leistung des hergestellten Gusses.

Das Gusseisen ist ein Verbundwerkstoff, mit einer Eisenmatrix (die verschiedene mikrostrukturelle Eigenschaften annehmen kann: Perlit, Ferrit, Ausferrit) und dem Vorhandensein graphitischer Strukturen.

Die Kombination der Eisen-Mikrogefüge und der dimensionalen und morphologischen Eigenschaften des Graphits bestimmt die Anwendungsleistung der aus Gusseisenerstellten Komponenten.

Tatsächlich werden aufgrund der Betriebsbedingungen und der durch die Gießverfahren ermöglichten Lösungen verschiedene Arten von Gusseisen hergestellt:

• weiße Gusseisen: mit eutektischem Zementit
• graphitische Gusseisen: graue, sphäroidale, mit kompaktem Graphit.

Mittels Wärmebehandlung lässt sich die Entwicklung des Mikrogefüges weiterhin kontrollieren, so dass zum Beispiel die verformbaren Gusseisen und die ausferritischen Gusseisenerhalten werden können.