11/12 - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 58 (2011) HEFT 11/12
Werkstoff- Zugfestigkeit 0,2%-Dehngrenze Bruchdehnung Brinellhärte
bezeichnung R m [MPa] R P0,2 [MPa] A [%] HBW
EN-GJS-800-10 800 500 10 250 – 310
EN-GJS-900-8 900 600 8 280 – 340
EN-GJS-1050-6 1050 700 6 320 – 380
EN-GJS-1200-3 1200 850 3 340 – 420
EN-GJS-1400-1 1400 1100 1 380 – 480
Tab. 1:Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit nach DIN 1564 [1] bei einer maßgebenden
Wanddicke von t ≤ 30 mm.
In der Norm für ausferritisches Gusseisen wird der Werkstoff
folgendermaßen definiert: „Ausferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit
ist eine auf Eisen, Kohlenstoff und Silicium basierende
Gusslegierung (…). Im Vergleich mit den Gusseisen-Sorten
mit Kugelgraphit (…) weist dieser Werkstoff als Ergebnis der
bainitisierenden Wärmebehandlung höhere Festigkeits- und
Zähigkeitseigenschaften auf.“ [1]
Die chemische Zusammensetzung und die Parameter der
Wärmebehandlung sind für die Gefügeausbildung maßgebend
und legen die mechanischen Eigenschaften fest. Durch geeig -
nete Wahl von Wärmebehandlungsbedingungen in Abhängigkeit
der Randbedingungen (Wandstärke, Legierungselemente,
…) lassen sich die mechanischen Eigenschaften über einen großen
Bereich kontinuierlich variieren. So können sowohl Festigkeit
als auch Duktilität/Zähigkeit gleichzeitig verbessert werden
und an die Anforderungen des Gussbauteils angepasst werden.
Grundsätzlich ist zwischen duktilen Sorten für Struktur- und
Fahrwerksbauteile und hochfesten Sorten für Verschleiß- und
Getriebekomponenten zu unterscheiden [2–6].
3. Wärmebehandlung, Gefügeausbildung und
quasistatische Werkstoffeigenschaften
• Abschrecken auf Umwandlungstemperatur: Nach dem Austenitisieren
muss rasch auf Umwandlungstemperatur abgekühlt
werden, um die Ausscheidung von Perlit zu vermeiden. Dies
ist vor allem bei dickwandigen Gussbauteilen problematisch.
• Temperatur und Dauer der isothermen Austenitumwandlung
(Auslagerung): Bei der isothermen Austenitumwandlung
wandelt die austenitische Grundmatrix bei einer Temperatur
zwischen 250 und 450 °C für die Dauer von 30 bis 180 min.
[7] in das gewünschte ausferritische Gefüge um.
• Abkühlung des Bauteils auf Raumtemperatur.
Bei erfolgreicher Wärmebehandlung wandelt das ursprüngliche
Gussgefüge vollständig von Ferrit und/oder Perlit in den sogenannten
Ausferrit um. Bei der so genannten isothermen Austenitumwandlung
scheiden sich Ferritnadeln aus der mit Kohlenstoff
angereicherten Austenitmatrix aus und der verbleibende
Austenit reichert weiter mit Kohlenstoff an, wodurch dieser
auch nach Abkühlung auf Raumtemperatur stabil bleibt. Größe
und Verteilung dieser Ferritnadeln sind stark von der Umwandlungstemperatur
abhängig und zeigen bei niedrigeren Auslagerungstemperaturen
eine deutlich feinere Struktur.
Neben der Temperatur bei der isothermen Austenitumwandlung
beeinflusst die Prozessdauer bei der Auslagerung die Gefügeausbildung.
Kurze Umwandlungszeiten resultieren in einem
hohen Martensitanteil und bei längerer Prozesszeit beginnen
sich Eisenkarbide auszuscheiden. Die qualitative Gefügezusammensetzung
bei Raumtemperatur ist in Abhängigkeit von
Auslagerungsdauer und Temperatur in Abb. 3 dargestellt.
Abb. 2: Schematische Darstellung der Wärmebehandlung zur Herstellung
von ADI.
Die Wärmebehandlung zur Herstellung von ADI aus ferritischem
und/oder perlitischem Gusseisen ist schematisch mit
den typischen Temperaturbereichen in Abb. 2 dargestellt. Folgende
Prozessschritte sind für das Ergebnis der Wärmebehandlung
entscheidend:
• Temperatur und Dauer der Austenitisierung: Ziel ist die vollständige
Umwandlung der Grundmatrix von Ferrit und/oder
Perlit in Austenit und Anreicherung dieses Austenits mit
Kohlenstoff bei Temperaturen zwischen 850 und 950 °C für
15 bis 120 min [7].
Abb. 3: Ausbildung der Mikrostruktur bei isothermerAustenitumwandlung;
oben: hohe Auslagerungstemperatur, unten: niedrige Auslagerungstemperatur
(nach [3]).
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