Geschichte des Gusseisens und der Gießerei

In der Geschichte stehen das Gusseisen und die Gießerei in einem untrennbaren Zusammenhang. Die Komponenten aus Gusseisen entstehen dank der Gießtechnologien, die es bei angemessener Verwaltung ermöglichen, das Mikrogefüge und die Eigenschaften des Gusseisens zu kontrollieren.

Geschichte des Gusseisens: ein leicht zu schmelzendes und zu gießendes Material

Das italienische Wort “ghisa” zeigt eine deutliche Verwandtschaft mit dem deutschen Wort “Gusseisen”, das “gegossenes Eisen” bedeutet. Mit anderen Worten ist das Gusseisen schon semantisch gesehen untrennbar mit dem Gießverfahren verbunden. Diesbezüglich gibt es zwei einfache metallurgische Gründe:

  • Im Eisen-Kohlenstoff-System liegt die Schmelztemperatur bei Stählen bei ungefähr 1500 °C (mit relativ geringen Schwankungen je nach der spezifischen Zusammensetzung); hinsichtlich der Gusseisen hingegen besitzen diese in der Regel eine Zusammensetzung nahe dem Eutektikum, mit einer Schmelztemperatur in der Größenordnung von 1150 °C. Es ist daher viel einfacher und (wesentlich weniger energieaufwendig), ein Gusseisen zu schmelzen als einen Stahl;
  • Aufgrund seiner mikrostrukturellen Eigenschaften bietet Gusseisen keine so hohe Verformbarkeit, dass Verfahren wie Walzen oder Ziehen möglich wären. Die einzige Möglichkeit zur Herstellung von Werkstücken aus Gusseisen ist in der Tat, mit Gießverfahren verbunden.

Aufgrund der hohen Temperaturen erfordert die Gießerei für Gusseisen den Einsatz von verlorenen Formen, die n der Regel aus Quarzsand hergestellt werden und deren Konsistenz durch die Verwendung von organischen oder anorganischen Bindemitteln gewährleistet wird. Die Herstellung von Gusseisen von allmählich verbesserter Qualität, ausgehend von der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, wurde durch eine zunehmende Kontrollmöglichkeit des Mikrogefüges erreicht, wie:

  • Optimierung der Zusammensetzung
  • Impfbehandlungen
  • Behandlungen zur Sphäroidisierung
  • Ausführung von Wärmebehandlungen bezüglich der Formbarkeit und Austempering

Historische Beispiele für Gießen von Gusseisen

Die ersten Versuche der Herstellung von Werkstücken aus Gusseisen gehen auf die Zeit um 4.000 v. Chr. zurück, wahrscheinlich in Anatolien (Armenien), Mesopotamien (Iran) und China. Die Herstellungstechniken wurden nach und nach verfeinert, und Beispiele für aus Gusseisen erstellte Waffen lassen sich auf die Zeit um 3.000 v. Chr. datieren. Die Möglichkeit, die mechanische Leistung dieser Werkstücke zu verbessern, lässt sich hingegen auf die Zeit um 1.000 v. Chr. in Griechenland datieren.

Die “Einfachheit”, die Gusseisen zu gießen, erlaubte die Erstellung von Kunstwerken, selbst von riesigen Ausmaßen. Erwähnenswert ist der fast sechs Meter hohe und schätzungsweise 40 Tonnen schwere Löwe aus Gusseisen von Cangzhouaus dem Jahr 953 n. Chr. (Abbildung 1).

Ebenso interessant ist das Rohrsystem aus Gusseisen (mit einer Gesamtlänge von 35 km), das in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts zur Versorgung der Springbrunnen des Schlosses von Versailles hergestellt wurde. Erwähnenswert ist auch das so genannte „fer de Berlin“, mit dem Preußen Anfang des 19. Jahrhunderts Gold (erforderlich zur Finanzierung des Krieges gegen Napoleon) in Schmuckstücken ersetzte (Abbildung 2).

Abb. 1 – Löwe aus Gusseisen von Cangzhou

Abb. 2 – Armband aus “fer de Berlin“

Der Löwe von Cangzhou

Der eiserne Löwe von Cangzhou ist das Symbol der gleichnamigen chinesischen Stadt in der Provinz von Hebei, die etwa 180 km von Peking entfernt liegt. Es handelt sich um das größte und älteste Kunstwerk aus Gusseisen und für die Stadt Cangzhou stellt es ein wahres Symbol für Geschichte und Kultur dar. Ursprünglich war es wahrscheinlich in einem buddhistischen Tempel aufgestellt und trug vermutlich die Bronzestatue des Bodhisattva Manjusri auf seinem schalenförmigen Thron, der entfernt wurde, als der Wert der Bronze zu steigen begann. Der eiserne Löwe von Cangzhou ist 5,78 m hoch, 6,5 m lang, 3,17 m breit und wiegt ungefähr 40 Tonnen. Zu Ehren der gusseisernen Statue wird Cangzhou auch die “Stadt des Löwen” genannt und ein lokales Bier, das “Cangzhou Lion Beer”, ist nach diesem Kunstwerk benannt.

Gusseisen: ein sich ständig weiterentwickelndes Material

Das Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem relativ hohem Kohlenstoffgehalt (theoretisch zwischen 2,06% und 6,67%). Das allotrope Verhalten des Eisens (Änderung der kristallinen Struktur mit der Temperatur), die unterschiedliche Löslichkeit des K Kohlenstoffs in den verschiedenen kristallinen Strukturen des Eisens, die Möglichkeit, dass der Kohlenstoff mit dem Eisen reagiert und ein Karbid (Fe3C) bildet, das sogenannte Zementit, oder dass er in Form von Graphit vorliegt, bestimmen das Vorhandensein verschiedener mikrostruktureller Kombinationen in den verschiedenen Arten von Gusseisen. In diesem Sinne kann man sicherlich behaupten, dass Gusseisen vielleicht der erste in industriellem Maßstab hergestellte Verbundwerkstoff ist. Graphit, Zementit, Austenit, Ferrit, Ferrit, sind die strukturellen Bestandteile, die bei angemessener Dosierung gute und manchmal sogar hervorragende mechanische Eigenschaften ermöglichen. Das Gusseisen ist jedoch auch ein “traditionelles” Material, das sich wie nur wenige andere weiterentwickeln konnte, dank der kontinuierlichen Verbesserung der mikrostrukturellen Eigenschaften: man denke nur an den Übergang von grauem Gusseisen auf verformbares Gusseisen, auf Gusseisen mit Kugelgraphit und auf ausferritisches Gusseisen. Tradition und Innovation sind also ein grundlegendes Paar für die Anwendung von Gusseisen.

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