Gusseisen mit Kugelgraphit

• Wie die Gusseisen mit Kugelgraphit erhalten werden: Zusammensetzung, Verfahren und Behandlungen
• Gusseisen mit Kugelgraphit: mikrostrukturelle Eigenschaften
• Gusseisen mit Kugelgraphit: mechanische Eigenschaften
• Anwendungseigenschaften der Gusseisen mit Kugelgraphit
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Für die Erstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit ist es erforderlich, die Zusammensetzung der Elemente korrekt zu wählen und die Impfbehandlungen und die Behandlungen zur Sphäroidisierung auszuführen.

Die Impfung ermöglicht, die Bildung von Graphit zu begünstigen; die Sphäroidisierung, die aus einer kalibrierten Zugabe von Magnesium besteht, dient dazu, den neu gebildeten Graphit in eine kugelförmige Geometrie zu bringen.

Wahl der Zusammensetzung

Die Erzeugung von sphäroidalem Graphit ist normalerweise mit dem Vorhandensein von Silicium verbunden, das am häufigsten als graphitbildendes Element verwendet wird und in Anteilen zwischen 2,5 und 4,0 % eingesetzt wird, und von Magnesium, das den Mechanismus zur Bildung von Graphitbeeinflusst und dessen kugelförmige Morphologie begünstigt, wenn es angemessen dosiert wird (0,04-0,07 %), um eine Reihe von negativen Nebenwirkungen zu vermeiden.

Das Silicium besitzt zudem auch eine ferritisierende Funktion (d. h. es fördert die Bildung von Ferrit als Folge der Zersetzung des Austenits). Soll hingegen eine perlitische Matrix bevorzugt werden, so ist das am häufigsten verwendete Element Kupfer.

Impfbehandlung

Um einer Reihe von kinetischen Faktoren entgegenzuwirken, die die unerwünschte Bildung von Zementit während der Erstarrung begünstigen, erleichtert die Impfbehandlung den Mechanismus der Graphit-Keimbildung durch die Bereitstellung heterogener Keimbildner (Zusatz von Eisenlegierungen oder spezifischen Verbindungen).

Sphäroidisierung

Sie erfolgt durch die Zugabe einer kalibrierten Menge von Magnesium und das Entgegenwirken von Phänomenen der Verringerung (Verlust von Magnesium durch Verdunstung, Oxidation, Bildung unerwünschter Verbindungen) mit verschiedenen Arten von Maßnahmen (Gießpfanne, mit Draht, In-mold).

Hinsichtlich der mikrostrukturellen Eigenschaften eines Gusseisens mit Kugelgraphit müssen außer dem Vorhandensein von Graphitkugeln (deren Qualität durch die Bestimmung des prozentualen Anteils an Knollen einer mit dem metallographischen Mikroskop verknüpften Bildanalyse beurteilt werden kann), auch das charakteristische Vorhandensein in der Matrix von Ferrit oder Perlit, oder beider, in verschiedenen Mengen je nach Zusammensetzung und den Abkühlungsbedingungen berücksichtigt werden.

Der sphäroidale Graphit gewährleistet im Vergleich zu anderen Kategorien von Gusseisen eine hohe Duktilität. Die Kombination der Anteile von Ferrit und von Perlit in der Matrix bestimmt die mechanischen Eigenschaften.

Eine vollkommen perlitische Matrix maximiert die Zugfestigkeit (bis zu 700-800 MPa), bei ausreichendem Niveau (einige Prozent) der Bruchdehnung. Eine vollkommen ferritische Matrix maximiert die Duktilität (15-18%), zum Nachteil der Zugfestigkeit (ungefähr 400 MPa).

Tabelle 1 – Statische Eigenschaften

Tabelle 2 – Kerbschlagzähigkeit

Die Gusseisen mit sphäroidalem Graphit (Spheroidal Graphite Cast Irons, SGCI) sind eine Materialfamilie, die bei strukturellen Anwendungen mit Stählen durchaus konkurrieren kann.

Ihr Mikrogefüge besteht außer dem Graphit aus einer Matrix, die verschiedenartiger Weise Ferrit und Perlit kombinieren kann, und die es erlaubt, das mechanische Verhalten “zu modulieren”. Aus diesen Gründen ist Gusseisen mit Kugelgraphit heute ein sehr verbreitetes Material, das in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen zahlreiche Einsatzmöglichkeiten gefunden hat.

Dank neuer Güten ferritischer Gusseisen mit Kugelgraphit, die im Mischkristall verfestigt sind, auch bekannt als siliciumreiche Gusseisen (siehe Norm EN 1563), sind die Anwednungsbereiche haben sich die Anwendungsbereiche noch erweitert.

Das Gusseisen mit Kugelgraphit wird in seinen verschiedenen Güten zur Herstellung von mechanischen Komponenten für industrielle Anwendungen, für Land- und Erdbewegungsmaschinen, Gelände- und Straßenfahrzeuge, im Sektor des Schienenverkehrs und der hydraulischen und ölhydraulischen Anwendungen genutzt.

Unter den häufigsten Anwendungen, die Komponenten aus Gusseisen mit Kugelgraphit einsetzen, können folgende genannt werden:

Komponenten für Erdbewegungs- und Landmaschinen

Komponenten für Planetengetriebe und Schneckengetriebe

Komponenten für die Federungssysteme von Kraftfahrzeugen, Geländewagen und Straßenfahrzeugen

Komponenten für die Drehgestelle

Komponenten für Hydraulikmotoren und ölhydraulische Pumpen