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Sondergusseisen, aluminiumlegiert

Allgemein

Der Legierungsbereich von aluminiumlegiertem Sondergusseisen erstreckt sich von 1 bis 30 % Al. Je nach Zusammensetzung ergeben sich sehr unterschiedliche Eigenschaften. Wie Bild 1 zeigt, treten je nach Legierungsgehalt verschiedene Phasen im Gefüge auf. Schon eine geringfügige Über- oder Unterschreitung des Aluminium-Sollgehaltes kann genügen, um von einem noch ausreichend zähen Zustand in das Gebiet hoher Sprödigkeit zu gelangen. Praktisch können nur Werkstoffe mit relativ niedrigem oder sehr hohem Legierungsgehalt (1 bis 9 % Al und 20 bis 25 % Al) verwendet werden, weil Sorten mit mittleren Gehalten (10 bis 16 % Al) sehr spröde sind. Sondergusseisen mit 20 bis 25 % Al zeigt im Allgemeinen keine wesentlich besseren Eigenschaften als niedriglegierte Werkstoffe. Graues, aluminiumlegiertes Sondergusseisen mit Lamellengraphit hat Kohlenstoffgehalte von 2 bis 4 % und Siliziumgehalte von 0,5 bis 2 % (Bild 2). Die Grundmasse hat bis zu einem Aluminiumgehalt von rund 6 % perlitisches Aussehen. Im Legierungsbereich zwischen 6 und 20 % Al erstarren die Eisen weiß, und bei Gehalten über 20 % Al liegt wiederum graues Gusseisen vor. Sorten mit 26 bis 30 % neigen zur spontanen Zersetzung in feuchter Umgebung infolge des Zerfalls des Aluminiumcarbids Al4C3:

Al4C3 + 12H2O → 3 CH4 + 4 Al(OH)3

Bild 1: Gefügediagramm für aluminiumlegiertes Sondergusseisen; Verhältnis Graphitkohlenstoffgehalt/Gesamtkohlenstoffgehalt in Abhängigkeit vom Aluminiumgehalt. (
I - Ferrit + Perlit + Graphit
II - Ferrit + ε-Phase
III - Ferrit + Graphit
IV - Ferrit + AlC
Bild 2: Einfluss des Siliziumgehaltes auf die Zugfestigkeit von Gusseisen mit Lamellengraphit, bei 2,5 % Aluminium© GIESSEREI LEXIKON

Eine Stabilisierung des Carbids ist bei der Legierung mit 30 % Al und 1 % C (0,7 % Mn und 0,5 % Si) durch Zusatz von Chrom (bis 1,5 %) und Titan (bis 0,7 %) möglich. Mit abnehmendem Aluminiumgehalt und steigenden Chrom- und Titangehalten (in den vorerwähnten Grenzen) vermindert sich der Anteil der Aluminiumcarbidausscheidungen im Gefüge.

Die Eigenschaften dieser Werkstoffe richten sich nach der Gefügestruktur, die ihrerseits von der Eisenzusammensetzung abhängt. Aluminiumlegiertes Gusseisen hat hohe Beständigkeit gegen Oxidation und Verzunderung (Bild 3) sowie gegen Korrosion, besonders durch Schwefel und Schwefelverbindungen. Es hat eine niedrige Dichte und hohen elektrischen Widerstand. Daraus ergeben sich die Hauptanwendungsgebiete, die an bestimmte Werkstoffzusammensetzungen gebunden sind:

2 % Al Auspuffkrümmer und Leitungen für Dieselmotoren
4 % Al + 1 % Cr Roste für Koksfeuerungen, Rührwerke und Rührzähne für Anlagen zur Herstellung von Natriumsulfid durch Reduktion des Sulfits.
4 % Al + 2 % Cr Spannringe für Bariumsulfid-Drehrohröfen; Destillationsretorten für die Schwefelraffination.
6 % Al + 1 % Cr Schmelztiegel für Aluminium.
6 % Al + (Cr, Si, Ni, Ti) Gegossene elektrische Widerstände.
7 % Al + 1 % Cr Platten für Heizöfen und Wärmebehandlungsöfen.
7 % Al + 3 % Cr Rührzähne für Röstöfen zur chlorierenden Behandlung von Pyritaschen.
22 % Al + 2 % B Hitzebeständige Gussstücke hoher Warmzugfestigkeit (550 N/mm² bei 650 °C beziehungsweise 350 N/mm² bei 760 °C).
22 bis 34 % Al, + 0 bis 5 % Si, + 0 bis 3 % Cu Nicht magnetisierbares ferritisches Gusseisen mit sehr niedriger Permeabilität (circa 1,26 μ/m).
24 % Al Haltevorrichtungen für Wärmebehandlungen.

Die Chromgehalte tragen zur Verminderung der Sprödigkeit bei. Die Bearbeitbarkeit lässt sich durch Siliziumgehalte von etwa 1 bis 3 % verbessern. Zur Kornfeinung wird Ferrotitan zugesetzt.

Im aluminiumlegierten, graphithaltigen Sondergusseisen kann Kugelgraphit durch Zusatz von Magnesium oder Cer-Mischmetall erzeugt werden. Auf diese Weise lassen sich die mechanischen Eigenschaften sowie die Zunder- und Volumenbeständigkeit wesentlich verbessern.

Die praktische Bedeutung der aluminiumhaltigen Gusseisen ist allerdings gering. Aluminium als Legierungsbestandteil im Gusseisen bereitet den Gießereien erhebliche Schwierigkeiten wegen der Aluminiumoxideinschlüsse und der hohen Neigung zu Pinhole-Bildung. Aluminiumhaltiges Kreislaufeisen ist konsequent separat zu halten, um eine Kontaminierung andere Eisensorten zu vermeiden.

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