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Sondergusseisen, siliziumlegiert

Allgemein

Für siliziumlegierte Sondergusseisensorten werden überwiegend Siliziumgehalte bis 20 % eingestellt.

Sondergusseisen mit vorzugsweise 4 bis 7 % Si ist hitze- und zunberbeständig bis 850 °C. Die höherlegierten Sorten zeichnen sich durch hohe chemische Beständigkeit, vor allem gegen Salzsäure Salpetersäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure und Chromsäure, aus. Zu den wichtigsten Legierungstypen gehören:

4 % Si + 2 % Cr
für hitzebeständige Gussstücke folgender Richtanalyse: 4 % Si, 3 % C, 2 % Cr, 0,5 % Mn, max. 0,1 % S,

5 % Si
für hitzebeständige Gussstücke, zum Beispiel Roste, Ofenauskleidungen, Stützkonsolen, Ofendeckel usw. mit folgender Richtanalyse: 4 bis 6 % Si, 1,6 bis 2,5 % C, 0,4 bis 0,8 % Mn (Silal),

7 % Si
für hitzebeständige Gussstücke folgender Richtanalyse: 6 bis 8 % Si, 1,5 bis 2,5 % C, 0,3 bis 0,7 % Mn,

12 % Si
für säurebeständige Gussstücke folgender Richtanalyse 10 bis 14 % Si, 0,3 bis 1,0 % C, bis 0,5 % Mn,

16 % Si
für säurebeständige Gussstücke folgender Richtanalyse: 14,5 bis 17 % Si, 0,5 bis 0,6 % C, bis 0,5 % Mn,

15 % Si + 3 % Mo
für säurebeständige Gussstücke folgender Richtanalyse: 14,5 bis 15,5 % Si, 0,4 bis 0,7 % C, 3,0 % Mo, max. 0,5 % Mn, max. 0,05 % P, max. 0,01 %S.

Das Sondergusseisen mit 15 % Si wird häufig zur Herstellung von Gussstücken für Säurepumpen, Armaturen, Mischer und Kessel in der chemischen Industrie verwendet. Beim Gießen bestehen gewisse Schwierigkeiten, insbesondere eine hohe Neigung zur Gasaufnahme, die zum Steigen der Eingüsse und Speiser führen kann. Durch Zusatz von 0,5 % CaSi oder 0,1 % Mischmetall unmittelbar vor dem Gießen lässt sich dieses Verhalten weitgehend beseitigen. Im Übrigen ist darauf zu achten, dass dieses Gusseisen außerordentlich spröd und schwindungsempfindlich ist. Zweckmäßig ist es, die Gussstücke im Temperaturbereich von etwa 900 °C auszuleeren und in Holzkohle zu packen, um Schwindungsrisse zu vermeiden. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur sind sie etwa eine Woche zu lagern, bis sie geputzt werden können.

Die Gefügegrundmasse ist wegen des hohen Siliziumgehaltes ferritisch. Zur Sicherung hoher Hitzebeständigkeit soll der Graphit im Gefüge in möglichst fein verteilter Form ausgeschieden werden. Daher wird die D-Graphitausbildung bevorzugt. Nachteilig ist das Auftreten von Primärgraphit, der grobe Graphitausscheidungen bildet, die das Eindringen von Sauerstoff in das Werkstoffinnere erleichtern und die innere Oxidation (Wachsen des Gusseisens) fördern. Der Sättigungsgrad Sc sollte deshalb nicht über 1 liegen.

Durch Magnesiumzusatz lässt sich, eine entsprechende Entschwefelung vorausgesetzt, Kugelgraphit erzeugen. Dieser Werkstoff hat bessere mechanische Eigenschaften und vor allem höhere Zunder- und Volumenbeständigkeit als das Sondergusseisen mit Lamellengraphit. Zur Erzielung guter Zunderbeständigkeit muss der Siliziumgehalt über 4 % betragen, wenn das Gusseisen mit Kugelgraphit längere Zeit bei Temperaturen über 550 °C beansprucht werden soll. Das Silizium erhöht im ferritischen Gusseisen mit Kugelgraphit die Zugfestigkeit, Dehngrenze und Härte, allerdings zulasten der Dehnung (Bild). Diese Versprödung ist ein Grund, der gegen die Verwendung solcher Gusseisen spricht, und unnötig hohe Siliziumgehalte (> 5 %) sollten vermieden werden.

Die Legierungskombination von Silizium und Molybdän zum SiMo-Gusseisen führt zu hohen speziellen Eigenschaften des Gusseisenwerkstoffs. Mit rund 4 % Si und 0,6 bis 1 % Mo legiertes Gusseisen mit Kugelgraphit wird für wärmebeanspruchte Gussstücke, wie Auspuffkrümmer, Turboladergehäuse oder dergleichen verwendet.

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