bainitisches Gusseisen

Metallurgie

Gusseisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit und Zwischenstufengefüge, (Bainit). Bei Gusseisen entsteht infolge des hohen Siliziumgehaltes ein ganz anderes Gefüge, das unter Umständen nur aus Ferrit und stabilisiertem Austenit besteht. Dieser Fall wird auch als Ausferrit beziehungsweise ausferritisches Gefüge bezeichnet und beinhaltet die besten Eigenschaftskombinationen von Festigkeit und Dehnung zwischenstufenvergütetes Gusseisen.

Die Bainitbildung kann während der normalen Abkühlung des Gussstückes in der Form erfolgen, sofern eine Perlitbildung sicher vermieden wird. Zu diesem Zweck werden Nickelgehalte vorgesehen, die im ZTU-Diagramm (Bainit) die Perlitnase aus dem normalen Abkühlungsbereich verdrängen und den Zwischenstufenbereich in Richtung langsamerer Abkühlungsgeschwindigkeiten verlagern (Bild 1). Da letztere auch von der Gussstückwanddicke abhängen, sind die Nickelgehalte entsprechend zu bemessen:

Wanddicke     Nickelgehalt

12 bis 30 mm
30 bis 40 mm
40 bis 60 mm
60 bis 80 mm

     1,0 bis 1,5 %
     1,5 bis 2,0 %
     1,8 bis 2,6 %
     2,4 bis 2,8 %


Gleichzeitig werden Molybdängehalte von etwa 0,5 bis 0,8 % vorgesehen, die die martensitische Umwandlungstemperatur senken und die Perlitnase aus dem gefährdeten Abkühlungsbereich weiter verdrängen (Bild 2).

Bainitisches Gusseisen mit Lamellengraphit kann Zugfestigkeitswerte von 400 bis 500 N/mm2 erreichen, die sich gegebenenfalls bis auf 650 N/mm2 steigern lassen. Im Gegensatz zum unlegierten Gusseisen ist der bainitische Werkstoff bis zu einer Brinellhärte von 320 HB noch gut bearbeitbar, und die Kerbschlagarbeit erreicht das Zwei- bis Dreifache der an hochwertigem Gusseisen mit Lamellengraphit gemessenen Werte. Bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit erreicht Zugfestigkeitswerte von 800 bis über 1000 N/mm2 bei hohen Bruchdehnungswerten.

Bild 3 zeigt ein Gefügediagramm, aus dem hervorgeht, wie bei konstantem Molybdängehalt von 0,8 % der Nickelgehalt auf die Wanddicke abgestimmt werden muss, um ein bainitisches oder bainitisch-martensitisches Gefüge zu erhalten. In der Praxis wird aber weniger die Abkühlung auf Bainit (während der Gussstückabkühlung in der Form), sondern überwiegend das isotherme Zwischenstufenvergüten angewandt. Die bainitische Gefügeausbildung von Gusseisen mit Kugelgraphit ist im Bild 4 zu sehen.

Bild 1: ZTU-Schaubild von nickelfreiem und nickelhaltigem Gusseisen mit Kugelgraphit© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: ZTU-Schaubild von nickel- und molybdänhaltigem Gusseisen mit Kugelgraphit© GIESSEREI LEXIKON
Bild 3: Einfluss der Wanddicke und des Nickelgehaltes auf das Grundgefüge von Gusseisen im Gusszustand (Zusammensetzung: 3 % C, 2,5 % Si, 0,3 % Mn, 0,8 % Mo)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 4: Gefüge eines bainitischem Gusseisen 
mit Kugelgraphit (V = 500 : 1)© GIESSEREI LEXIKON

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