Gusseisen ist ein multifunktionales Material, das in vielen Branchen verwendet wird. Der Begriff "Gusseisen" ist der Oberbegriff für Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, die mehr als 2% Kohlenstoff enthalten. Es gibt zahlreiche Unterklassen von Gusseisen, einige davon sind Grauguss und Sph?roguss. In diesem Artikel gehen wir auf die Unterschiede zwischen duktilem Eisen, Grauguss und Gusseisen ein, um Ingenieuren die Auswahl eines geeigneten Materials für ihre Projekte zu erleichtern.

überblick über Gusseisen

Gusseisen ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, die im Allgemeinen mehr als 2,11% Kohlenstoff enth?lt. Au?erdem enth?lt es Spurenelemente wie Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor, die seine Gie?barkeit, Bearbeitbarkeit, Verschlei?festigkeit und Sto?d?mpfungseigenschaften erh?hen. Der relativ niedrige Schmelzpunkt von Gusseisen in Verbindung mit seiner hohen Flie?f?higkeit erleichtert das Gie?en in Formen und die Herstellung komplexer Geometrien. Aus diesem Grund ist Gusseisen zu einem allgegenw?rtigen Material in vielen Anwendungen geworden.

Arten von Gusseisen

Gusseisen wird in verschiedene Typen eingeteilt, die sich haupts?chlich auf die Struktur und Morphologie des Kohlenstoffgehalts stützen. Die wichtigsten Kategorien sind Grauguss und Sph?roguss, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften und Verwendungszwecke aufweisen.

Andere Arten von Gusseisen sind:

• Formbarem Eisen: Eine Art von Gusseisen, die hergestellt wird, indem wei?es Gusseisen einer W?rmebehandlung durch Glühen unterzogen wird.
• Wei?es Gusseisen: Weist einen hohen Kohlenstoffgehalt auf und hat ein auffallend wei?es, gl?nzendes Aussehen.
•  Vermikul?res Graphiteisen: Graphit liegt in einer wurmartigen, stummeligen Form mit abgerundeten Kanten vor.

Was ist Graues Eisen?

Grauguss zeichnet sich durch das Vorhandensein von Lamellengraphit aus. Dieser Graphit bildet eine besondere Mikrostruktur, bei der der Kohlenstoff in Form von gro?en, schuppenf?rmigen Bl?ttern in die Metallmatrix eingebettet ist. Die Hauptelemente von Grauguss sind Eisen, Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor.

Tabelle 1. Zusammensetzung von Grauguss

Eisen	C	Si	Mn	P	S
Restbetrag	2.0%～4.0%	1.0%～2.0%	0,5%～1,4%	0,05%～0,50%	0,02%～0,20%

Mikrostruktur

Die Matrix von Grauguss besteht in der Regel aus Ferrit, Perlit oder eine Kombination dieser Elemente. Das Vorhandensein von Graphitflocken unterbricht die Kontinuit?t der Metallmatrix, wodurch das Material weniger zugfest wird. Daraus resultiert eine geringere Zugfestigkeit, w?hrend das Material bei Druckbelastungen sehr gut abschneidet. An den Spitzen der Graphitflocken treten Spannungskonzentrationen auf, die sich zu Rissen ausbreiten und die Z?higkeit verringern k?nnen.

Die W?rmebehandlung kann die Morphologie und Verteilung von Graphit in Grauguss nicht ver?ndern, so dass die W?rmebehandlung zur Verbesserung der Leistung von Grauguss nicht von Bedeutung ist. Die W?rmebehandlung von Grauguss dient haupts?chlich dazu, innere Spannungen in Gussteilen zu beseitigen, stabile Abmessungen zu erzielen, die Zerspanungsleistung zu verbessern und die Oberfl?chenh?rte und Verschlei?festigkeit zu erh?hen.

Mechanische Eigenschaften

Hier sind einige der wichtigsten mechanischen Eigenschaften:

Zugfestigkeit. Grauguss hat eine Zugfestigkeit im Bereich von 100-700 MPa, was relativ moderat ist und einen eher durchschnittlichen Widerstand gegen Auseinanderziehen widerspiegelt. Die Festigkeit h?ngt von der Zusammensetzung der Matrix ab, wobei perlitische Matrizen im Vergleich zu ferritischen eine h?here Zugfestigkeit aufweisen.

Streckgrenze. Die Streckgrenze des Graugusses schwankt zwischen 65,5 und 420 MPa, was darauf hindeutet, dass er m??igen Belastungen standhalten kann, bevor eine plastische Verformung einsetzt.

Bruchdehnung. Grauguss weist typischerweise eine Bruchdehnung zwischen 1,0-15,0% auf. Graphitflocken verursachen Spr?digkeit; daher ist vor dem Versagen nur eine sehr geringe Verformung zu erwarten.

H?rte. Die H?rte von Grauguss liegt zwischen 150-300 HB, was eine ausreichende Oberfl?chenh?rte für die Verschlei?festigkeit bei sto?freien Anwendungen bietet. Die H?rte h?ngt von der Menge des Perlits in der Matrix ab; je h?her der Perlitgehalt, desto h?her die H?rte.

Tabelle 2. Mechanische Eigenschaften von Grauguss

Materialien	Zugfestigkeit	Streckgrenze	Dehnung	H?rte
Graues Eisen	100-700 MPa	65,5-420 MPa	1.0-15.0 %	150-300HB

Verarbeitungseigenschaften

Gie?en: Ausgezeichnete Gie?eigenschaften, ideal für komplexe Formen mit guter Flie?f?higkeit und geringer Schrumpfung.

Bearbeitbarkeit: Gut, denn das Vorhandensein von Graphit wirkt wie ein natürliches Schmiermittel und verringert den Werkzeugverschlei? und die Schnittkraft.

Erscheinungsbild

Grauguss hat normalerweise eine dunkelgraue Bruchfl?che mit einer rauen Struktur. Durch den Gie?prozess k?nnen auch Defekte wie Sandl?cher und Porosit?t entstehen, obwohl diese unter kontrollierten Produktionsbedingungen normalerweise auf ein Minimum reduziert werden.

Was ist duktiles Eisen?

Duktiles Gusseisen, auch bekannt als Sph?roguss und Gusseisen mit Kugelgraphit (S.G.), wird durch die Zugabe einer geringen Menge eines Zerst?ubers zu geschmolzenem Eisen, in der Regel Magnesium, hergestellt. Durch die Behandlung werden kugelf?rmige Formen von Graphit gebildet und die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs erheblich verbessert, da die Spannungskonzentration an der Grenzfl?che zwischen Graphit und Matrix verringert wird.

Mikrostruktur

Das Mikrogefüge von duktilem Eisen enth?lt kugelf?rmige Graphitpartikel, die gleichm??ig in der Matrix verteilt sind, die aus Ferrit, Perlit oder einer Mischung aus beiden bestehen kann. Das Vorhandensein von kugelf?rmigem Graphit verringert die nachteiligen Auswirkungen auf die Matrix, was zu besseren mechanischen Eigenschaften und einer besseren Leistungsbilanz führt.

Mechanische Eigenschaften

Nachstehend sind die wichtigsten mechanischen Eigenschaften von duktilem Eisen aufgeführt:

Zugfestigkeit. Duktiles Gusseisen hat eine Zugfestigkeit im Bereich von 400-800 MPa, ein Ma? für seine F?higkeit, gr??eren Zugkr?ften standzuhalten; am oberen Ende dieses Bereichs liegt es in Bezug auf die Festigkeit gleichauf mit einigen St?hlen.

Streckgrenze. Sph?roguss hat eine Streckgrenze von 250-500 MPa, was eine gute Best?ndigkeit gegen dauerhafte Verformung unter jeglicher Belastung bedeutet. In Verbindung mit seiner Duktilit?t macht es das im Vergleich zu Grauguss haltbarer unter Belastung.

Dehnung. Sph?roguss weist einen Dehnungsbereich von 2-18% auf, was im Vergleich zu anderen Gusseisen auf eine gute bis hohe Duktilit?t hinweist. Das Vorhandensein von Kugelgraphitknollen im Gefüge verringert die Auswirkungen von Spannungskonzentrationen, wodurch sich das Material weiter verformen kann, bevor es bricht.

H?rte. Seine H?rte liegt zwischen 130-350 HB, je nach W?rmebehandlung und Zusammensetzung der Matrix. H?here H?rtewerte entsprechen einer h?heren Verschlei?festigkeit, w?hrend niedrigere Werte auf eine bessere Bearbeitbarkeit hinweisen.

Tabelle 3. Mechanische Eigenschaften von duktilem Eisen

Klassen	Zugfestigkeit	Streckgrenze	Dehnung	H?rte	Matrix
QT400-18	400 MPa	250 MPa	18%	130-180 HB	Ferrit
QT400-15	400 MPa	250 MPa	15%	130-180 HB	Ferrit
QT450-10	450 MPa	310 MPa	10%	160-210 HB	Ferrit
QT500-7	500 MPa	320 MPa	7%	170-230 HB	Ferrit+Perlit
QT600-3	600 MPa	370 MPa	3%	190-270 HB	Ferrit+Perlit
QT700-2	700 MPa	420 MPa	2%	225-305 HB	Perlit
QT800-2	800 MPa	480 MPa	2%	245-350 HB	Perlit

Verarbeitungseigenschaften

Gie?en: Sph?roguss hat gute Gie?eigenschaften, ist aber viel schwieriger zu verarbeiten als Grauguss. Es sind sowohl Lokalisierungs- als auch Impfbehandlungen erforderlich, und dieses Material hat eine h?here Schrumpfungsrate beim Erstarrungsprozess.

Bearbeitbarkeit: Wie Grauguss profitiert auch Sph?roguss von der Schmierwirkung des Graphits, aber die h?here Festigkeit erh?ht die Schnittkraft und den Werkzeugverschlei? gegenüber Grauguss.

Erscheinungsbild

Sph?roguss bricht in der Regel mit einer silbergrauen Oberfl?che, die im Vergleich zu Grauguss eine glattere Oberfl?che aufweist. Aufgrund der hohen Festigkeit und der geringen Fehlerquote wird das Aussehen verfeinert, was zu einer besseren ?sthetik bei Hochleistungsanwendungen führt.

Graues Eisen vs. Gusseisen

Als wichtiger Zweig des Gusseisens hat Grauguss die Eigenschaften von Lamellengraphit und eignet sich für verschlei?feste und sto?d?mpfende Szenarien. Gusseisen, als ein Klassifizierung von EisenEs gibt viele Arten von Graphit, und seine Leistung und sein Anwendungsbereich unterscheiden sich aufgrund der verschiedenen Graphitformen erheblich.

Tabelle 4. Vergleich von Grau- und Gusseisen

Eigenschaften	Graues Eisen	Gusseisen
Definition	Graphit ist in Flockenform verteilt, und die Bruchfl?che ist grau.	Eisen-Kohlenstoff-Legierungen enthalten in der Regel 2% bis 4% Kohlenstoff und sind in vielen Varianten erh?ltlich.
Graphit-Form	Flocke	Je nach Art kann es in Form von Flocken, Kugeln oder Würmern vorliegen.
Mechanische Eigenschaften	Hohe Druckfestigkeit und gute Verschlei?festigkeit, aber geringe Zugfestigkeit und Z?higkeit.	Die Eigenschaften der verschiedenen Gusseisensorten sind sehr unterschiedlich.
Verarbeitbarkeit	Gute Schneideigenschaften	Die Verarbeitungsleistung h?ngt von der Morphologie des Graphits und der Matrixstruktur ab.
Merkmale der Fraktur	Die Fraktur ist grau, rau und enth?lt Graphit.	Die Farbe des Bruchs variiert je nach der Form des Graphits oder Kohlenstoffs.
Preis	Niedrigere Kosten	Die Kosten variieren je nach Typ

Sph?roguss vs. Gusseisen

Sph?roguss geh?rt zur Familie der Gusseisen. Es zeichnet sich durch hohe Festigkeit, Z?higkeit und Schlagz?higkeit aus. Gusseisen ist eine weit gefasste Klassifizierung von Eisen, und seine Eigenschaften und Anwendungen variieren je nach Typ erheblich.

Tabelle 5. Vergleich von duktilem und Gusseisen

Eigenschaften	Sph?roguss	Gusseisen
Definition	Graphit ist kugelf?rmig verteilt, was die Spannungskonzentration verringert und die Festigkeit und Z?higkeit verbessert.	Eisen-Kohlenstoff-Legierungen enthalten in der Regel 2% bis 4% Kohlenstoff und sind in vielen Varianten erh?ltlich.
Graphit-Form	Sph?risch	Je nach Art kann es in Form von Flocken, Kugeln oder Würmern vorliegen.
Mechanische Eigenschaften	Es hat eine hohe Zugfestigkeit und eine gute Z?higkeit, die der von normalem Stahl nahe kommt oder sie sogar übertrifft.	Die Eigenschaften der verschiedenen Gusseisensorten sind sehr unterschiedlich.
Verarbeitbarkeit	Gute Schnittleistung, aber etwas h?here H?rte kann leicht zu Werkzeugverschlei? führen	Die Verarbeitungsleistung h?ngt von der Morphologie des Graphits und der Matrixstruktur ab.
Merkmale der Fraktur	Der Bruch ist hell, die Oberfl?che ist glatt und der Graphit ist gleichm??ig verteilt.	Die Farbe des Bruchs variiert je nach der Form des Graphits oder Kohlenstoffs.
Preis	Es ist zwar teurer, hat aber eine hervorragende Leistung und eine lange Lebensdauer.	Die Kosten variieren je nach Typ

Duktiles Eisen vs. Grauguss

Morphologie des Graphits: Grauguss hat einen fl?ckchenf?rmigen Graphit, der ein Netzwerk bildet, das die Metallmatrix durchschneidet. Sph?roguss enth?lt kugelf?rmigen Graphit, der die Gesamtfestigkeit des Werkstoffs erh?ht, indem er die Unterbrechung der Matrix minimiert.

Matrix-Struktur: Die Matrix von Grauguss wird durch das Vorhandensein von Graphitflocken sehr stark beeintr?chtigt, wodurch die Gleichm??igkeit und die mechanischen Eigenschaften verringert werden. Die Matrix von duktilem Gusseisen wird weniger durch Graphit beeintr?chtigt, so dass es seine mechanischen Eigenschaften besser beibeh?lt.

Zugfestigkeit: Grauguss hat eine Zugfestigkeit zwischen 100 und 300 MPa, w?hrend Sph?roguss eine wesentlich h?here Zugfestigkeit von 400 bis 800 MPa aufweist.

Druckfestigkeit: Beide Werkstoffe weisen eine gute Druckfestigkeit auf, jedoch hat duktiles Eisen ein ausgewogeneres Verh?ltnis von Druck- zu Zugfestigkeit von 1,5 bis 2,0, w?hrend Grauguss etwa 3 bis 4 betr?gt.

Plastizit?t und Z?higkeit: Grauguss hat eine geringe Plastizit?t und Z?higkeit. Bei Gusseisen mit Kugelgraphit hingegen sind die Dehnung - 2% bis 18% - und die Kerbschlagz?higkeit stark erh?ht.

Gie?en: Grauguss hat gute Gie?eigenschaften und eignet sich daher gut für komplexe Formen mit geringer Schrumpfung. Sph?roguss ist in seiner Verarbeitung noch komplexer, l?sst sich aber dennoch gut gie?en, obwohl es bei der Erstarrung st?rker schrumpft.

Bearbeitungen: Beide Werkstoffe sind gut zerspanbar, jedoch erfordert duktiles Gusseisen aufgrund seiner h?heren Festigkeit in der Regel mehr Kraft bei der Bearbeitung.

Bruchfl?che: Grauguss hat eine dunkelgraue, raue Bruchfl?che, w?hrend Sph?roguss silbergrau bricht und eine glattere Oberfl?che aufweist.

Qualit?t der Oberfl?che: Gusseisen hingegen weist mehr Oberfl?chenfehler auf, wie z. B. Sandl?cher; duktiles Gusseisen hat eine viel kompaktere und feinere Oberfl?che.

Schlussfolgerung

Die Unterschiede zwischen duktilem Gusseisen und Grauguss liegen im Mikrogefüge, in den mechanischen Eigenschaften und in den technologischen Merkmalen. Im Vergleich zu Grauguss hat duktiles Eisen aufgrund des kugelf?rmigen Graphits Vorteile in Bezug auf Festigkeit und Z?higkeit, weist aber schlechtere Guss- und Bearbeitungseigenschaften auf; Grauguss hingegen hat bessere Guss- und Bearbeitungseigenschaften. Grauguss wird bei Anwendungen bevorzugt, bei denen komplexe Formen und eine gute Sto?d?mpfung erforderlich sind, w?hrend sich Sph?roguss besser für Anwendungen mit hoher Beanspruchung eignet, bei denen Festigkeit und Z?higkeit überwiegen müssen. Das Verst?ndnis dieser Unterschiede ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Werkstoffs für eine bestimmte Anwendung, um maximale Leistung, lange Lebensdauer und minimale Kosten zu gew?hrleisten.

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