In unseren Durchstoßöfen werden schwarze Tempergussteile für VS und Gussteile aus verschiedenen Eisenwerkstoffen, meist unter 10 kg Stückgewicht, für externe Kunden geglüht.

Das Gefüge von Temperguss ist im Gusszustand ledeburitisch erstarrt, der Kohlenstoff liegt in gebundener Form als Fe3C vor. In erster Glühstufe, auch Graphitisierungsstufe genannt, erfolgt bei 950°C im Hochtemperaturofen (HTO), bei neutraler Ofenatmosphäre, eine Gefügeumwandlung. Der im Ledeburit eingelagerte Zementit zerfällt in Austenit und Temperkohle.

Nach vollständigem Karbidzerfall wird in einer zweiten Glühstufe das Grundgefüge des Werkstoffs eingestellt. Je nach Abkühl- und Anlassbedingungen lässt sich wahlweise ein Grundgefüge erzeugen, dass nur aus Ferrit oder nur aus Perlit besteht.

Kennzeichnendes Merkmal der Wärmebehandlung ist, dass aufgrund der nichtentkohlenden Glühung das Gefüge wanddickenunabhängig ist. Bis auf eine Randzone von etwa 0,5 mm Tiefe, liegt in allen Querschnittsbereichen das gleiche, Temperkohle enthaltende Grundgefüge vor.

Karbidzerfallsglühung mit Ölvergütung und Anlassglühung
(Martensitische Gefügeausbildung)

Im ersten Schritt wird das Bauteil im HTO auf 950°C erwärmt, wobei aufgrund einer Glühzeit von 12 Stunden auch Karbide aus ledeburitischer Erstarrung in Austenit und Kohle umwandeln. Die Härtetemperatur von 800° bis 850°C wird in einer am HTO anliegenden Kühlzone eingestellt. Im nächsten Schritt wird das Bauteil im ca. 100°C warmen Härteöl abgeschreckt.

Nachfolgend erfolgt im Niedertemperaturofen (NTO) bei einer Glühzeit von 12 Stunden das Anlassen. Diese Vorgehensweise entspricht im Prinzip der Vergütungsbehandlung von Stählen. Durch unterschiedliche Anlasstemperaturen lassen sich verschiedene Festigkeitsstufen erzielen. Härteölreste werden in einer TNV oberhalb des NTO verbrannt, wodurch die Bauteile nach der Anlassglühung eine rostbraune Farbe aufweisen. Die Bauteile werden nach der Glühung bei unseren Kunden gestrahlt, um eine metallisch saubere Oberfläche zu erhalten.

Karbidzerfallsglühung mit langsamer Ofenabkühlung (Ferritische
Gefügeausbildung)

Im ersten Schritt wird das Bauteil im HTO bei einer Glühzeit von 12 Stunden auf 950°C erwärmt, wobei der im Ledeburit eingelagerte Zementit in Austenit und Temperkohle zerfällt. Nach dieser ersten Glühstufe wird das Bauteil von 950° auf 780° in 4 Stunden abgekühlt.

In zweiter Glühstufe erfolgt nach HTO und Kühlzone im NTO eine langsame Ofenabkühlung von 780° auf 680°C. Hierdurch liegt über dem gesamten Querschnitt von Tempergussteilen ein gleichmäßiges Gefüge aus Ferrit und eingelagerter Temperkohle vor.

Die gesamte Wärmebehandlung erfolgt in einem geschlossenen Durchstoßofen, wobei eine geringe Entkohlung nicht vermeidbar ist. Bei der Wärmebehandlung ist ein geringe Oberflächenoxidation möglich, weshalb die Bauteile bei unseren Kunden gestrahlt werden.

Temperguss lässt sich als ein zäher (duktiler) Gusseisenwerkstoff in bestimmten Grenzen schmieden. Die englische oder amerikanische Übersetzung von „Temperguss“ erschließt am besten seine Bedeutung: „Malleable Cast Iron“ (zu deutsch: schmiedbares Gusseisen). Beim Fertigungsverfahren des Gießens werden Metalle oder andere Werkstoffe in flüssigem Zustand in vorbereitete Hohlräume gegossen. Erstarrt der Werkstoff, bildet sich die endgültige Form des Werkstücks. Im Gegensatz zu anderen Herstellungsarten bietet das Gießen die konkurrenzlose Eigenschaft, bei Arbeitszeit, Material und Energie erheblich einzusparen. Das heißt das Temperguss sehr kostengünstig zu fertigen ist.

Temperguss – ein schmiedbares Gusseisen

In ihrer Formgebung sind Gussteilen kaum Grenzen gesetzt. Damit werden Konstrukteuren vielfältige Gestaltungsofferten gegeben. Die physikalisch-technologischen Eigenschaften von Temperguss können im Rahmen des Herstellungsprozesses erheblich beeinflusst und so jeweils den Erfordernissen angepasst werden.

Soweit schon die Modelle und Werkzeuge vorhanden sind, lassen sich in sehr kurzer Zeit große Mengen von Gussstücken in der gewünschten Qualität herstellen und just-in-time ausliefern.

Geschichte des Tempergusses

Die Historie des Tempergusses hat seine Anfänge mit der zweistufigen Behandlung von Eisen. Damit ist das Schmelzen von Eisen und das anschließende Glühen von erkaltetem Eisen gemeint. Zwei Maßgaben waren dabei wichtig: Erstens komplizierte oder besonders genau anzufertigende Gussstücke gut vergießbar zu machen. Und zweitens herausragende Eigenschaften wie gute Festigkeit, hohe Dehnung, große Zähigkeit und leichte Bearbeitbarkeit zu erzielen.

Der US-Amerikaner Seth Boyden entdeckte und perfektionierte den schwarzen Temperguss. Er experimentierte mit amerikanischem Roheisen, welches 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.

Schwarzer Temperguss und seine Ursprünge

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 gelangten zu dem Ergebnis, 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.}

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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.

Graues Aussehen ist Namensgeber für Grauguss

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.

Grauguss mit excellenter Reproduierbarkeit

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.

Grauguss sehr gut bearbeitbar

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

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