Innovation aus Tradition

Temperguss

Besser als jede Definition beschreibt die englische bzw. amerikanische Übersetzung von „Temperguss“, was darunter zu verstehen ist: „Malleable Cast Iron“ (ins Deutsche zurückübersetzt: schmiedbares Gusseisen). Temperguss ist ein zäher (duktiler) Gusseisenwerkstoff, der sich in bestimmten Grenzen schmieden lässt, und Gießen ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Metalle oder andere Werkstoffe in flüssigem Zustand in vorbereitete Hohlräume gegossen werden. Nach dem Erstarren bildet sich die endgültige Form des Werkstücks. Im Vergleich zu anderen Verfahren zeichnet sich das Gießen durch die Möglichkeit aus, bei Arbeitszeit, Material und Energie erheblich einzusparen und somit kostengünstig zu fertigen.

Gussteile unterliegen in ihrer Formgebung kaum Beschränkungen und eröffnen so dem Konstrukteur vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten. Die physikalisch-technologischen Eigenschaften von Temperguss können im Rahmen des Herstellungsprozesses erheblich beeinflusst und so jeweils den Erfordernissen angepasst werden.

Sind Modelle und Werkzeuge vorhanden, lassen sich in sehr kurzer Zeit große Mengen von Gussstücken in vorgegebener Qualität liefern.

Die Geschichte des Tempergusses beginnt mit der zweistufigen Behandlung von Eisen. Darunter versteht man das Schmelzen von Eisen und das anschließende Glühen von erkaltetem Eisen. Ziel war es, einerseits komplizierte oder besonders genau anzufertigende Gussstücke gut vergießbar zu machen und andererseits Eigenschaften wie gute Festigkeit, hohe Dehnung, große Zähigkeit und leichte Bearbeitbarkeit zu erzielen.

Der Amerikaner Seth Boyden erfand den schwarzen Temperguss. Er experimentierte mit amerikanischem Roheisen, das aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung (vor allem höherer Siliciumgehalt) nur unvollständig entkohlte, dafür aber Graphit bildete (Grahpitisierung). Unter Graphitisierung versteht man, dass die im harten Eisenkarbid (Zementit, Fe3C) gebundene Kohle nicht aus dem Eisen herauswandert (diffundiert), sondern sich als Graphitknoten im Gefüge absetzt. Das dunkle Bruchgefüge führte zur Bezeichnung schwarzer Temperguss im Gegensatz zum entkohlend geglühten (europäischen) Temperguss, dessen Bruchgefüge hell aussieht und somit die Bezeichnung weißer Temperguss erhielt. Weitere Versuche Boydens zeigten, dass sich der schwarze amerikanische Temperguss ohne Zugabe von Eisenerz in neutraler Atmosphäre schneller und damit auch preiswerter als der europäische weiße Temperguss herstellen lässt. Um 1830 begann Boyden mit der Produktion in Newark in New Jersey.

Der erste hochfeste perlitische Temperguss wird 1919 erwähnt.

Anwendungsbeispiele

Gebrauchseigenschaften und Preis sind die besten Argumente für die Verwendung des Werkstoffs Temperguss. Aufgrund des Herstellverfahrens sind Tempergussstücke für Serien und Großserien besonders geeignet. Wesentliche Anwendungen liegen dort, wo bei dünnwandigen Teilen eine gute Vergießbarkeit, eine saubere Oberfläche sowie hohe Festigkeit und gleichzeitig Zähigkeit gefordert werden. Die sehr gute Bearbeitbarkeit, Härtbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und die besondere Tieftemperatureignung sind weitere Vorteile, die Temperguss zu bieten hat. Als duktiler Eisengusswerkstoff ist er geradezu prädestiniert für den Einsatz in schwingungs- und stoßbeanspruchten Bauteilen, wie sie sich im Fahrzeug-, Getriebe-, Maschinen- und Landmaschinenbau finden.

Da Temperguss eine Fülle von häufig geforderten Eigenschaften in kombinierter Form aufweist, ist er geeignet, zahlreiche mit anderen Verfahren hergestellte Bauteile zu substituieren. Dies betrifft beispielsweise auch Bauteile aus Stahl, Nichteisenmetallen oder Kunststoffen. Diese lassen sich häufig durch dünnwandige Tempergusskonstruktionen preisgünstiger fertigen. Temperguss bietet einen großen Gestaltungsspielraum, der den Konstrukteur in die Lage versetzt, die Bauteile optimal den anwendungstechnischen Erfordernissen anzupassen. Tempergussteile können so ausgelegt werden, dass sie die Anforderungen des Leichtbaus erfüllen.

Quellenhinweis:
Dieser Text ist aus dem Buch „Die Bibliothek der Technik – Temperguss – Herstellung, Eigenschaften, Anwendungen“ entnommen.

Grauguss

Gusseisen mit Lamellengrafit ist ein – wie der Name schon sagt – gegossener Eisenwerkstoff, der umgangssprachlich auch als Grauguss bezeichnet wird. Die Bezeichnung Grauguss hat ihren Ursprung darin, dass das Bruchgefüge des Werkstoffes ein matt graues Aussehen hat. Hierfür sind die eingelagerten Grafitlamellen verantwortlich.

Die Grafitlamellen des Graugusses heben diesen Werkstoff von allen anderen technisch verwendeten Eisenwerkstoffen ab. Sie entstehen im Zuge der Erstarrung aus dem hohen Kohlenstoffgehalt der Schmelze. Damit alle Bedingungen für die graue Erstarrung des Gusseisens mit Lamellengrafit gegeben sind, müssen auch der Silicium-Gehalt und ein gewisser Keimhaushalt der Schmelze sichergestellt werden.

Gusseisen mit Lamellengrafit ist aufgrund seiner speziellen Zusammensetzung exzellent und sehr wirtschaftlich gießbar. Mit der Wahl von Grauguss als Konstruktionswerkstoff kann der Gussanwender also in besonderer Weise alle Vorteile des Gießprozesses wie z. B. die endkonturnahe Formgebung und Reproduzierung dieser in fast beliebigen Stückzahlen nutzen.

Die Zusammensetzung der Schmelze und damit insbesondere das Vorhandensein von Grafitlamellen im Gusszustand sind darüber hinaus für ein weites Feld an positiven Eigenschaften des Werkstoffes Grauguss verantwortlich. So besticht Grauguss u. a. durch die Schmiereigenschaften des Grafits, die für die sogenannten Notlaufeigenschaften des Materials verantwortlich sind. Die besondere kristalline Struktur des Grafits verleiht dem Werkstoff eine hohe Druckfestigkeit und Dämpfungsfähigkeit. Die gute Wärmeleitfähigkeit des Gusseisens mit Lamellengrafit resultiert wiederrum aus der Leitfähigkeit des eingelagerten Grafits.

Die Grafitlamellen sind bei dynamischer Beanspruchung hoch kerbwirkend und führen daher bei der mechanischen Bearbeitung zu kurzen Spänen. Dies macht den Grauguss in Verbindung mit der werkzeugschonenden Wärmeleitfähigkeit und Schmierwirkung des Grafits sehr gut spanend bearbeitbar.

Gusseisen mit Lamellengrafit ist mit den meisten technisch verfügbaren Verfahren beschicht- und härtbar, wodurch seine natürliche Korrosions- und Verschleißbeständigkeit noch zusätzlich erhöht werden können.

Gusseisen mit Lamellengrafit ist international genormt in der DIN EN 1561. Das gebräuchliche Kurzzeichen ist GJL, früher GG.

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