verschleißbeständiges, legiertes Gusseisen

Metallurgie
Herstellung Formen und Kerne

Gusseisen mit hoher Beständigkeit gegen Verschleißbeanspruchung vor allem bei massivem Abrasivverschleiß, beispielsweise durch Mineralien oder andere Feststoffe. Die Werkstoffsorten sind meist von einem graphitfreien Gefüge gekennzeichnet, das Carbide (Eisen- oder Sonderkarbiden als Hartstoff) in überwiegend martensitischer (martensitisches Gusseisen), austenitischer oder perlitischer Grundmasse enthält.

In der DIN EN 12513 sind drei Werkstofftypen von verschleißfestem, weißen Gusseisen genormt (Tabelle 1):

  • Unlegiertes oder niedriglegiertes Gusseisen, das im Gefüge von eutektischen Eisencarbiden mit perlitischer Matrix geprägt ist.
  • Chrom-Nickel-legiertes Gusseisen mit einer überwiegend martensitischen Matrix und einfachen eutektischen Carbiden M3C oder komplexen eutektischen Carbiden (M7C3 und M3C).
  • Gusseisen mit hohem Chromgehalt zwischen 11 und 30 % und überwiegend martensitischer Matrix im gehärteten Zustand mit Anteilen von Austenit und anderen Umwandlungsprodukten sowie komplexen Carbiden.

Die Werkstoffe finden unter anderem Einsatz in Mahlwerkzeugen, in Zerkleinerungs-, Misch- und Förderanlagen sowie im Pumpenbau.

Gussstücke aus verschleißfesten Gusseisen können mit oder auch ohne Wärmebehandlung zur Anwendung kommen:

  • im Gusszustand,
  • im Gusszustand und spannungsarm geglüht,
  • gehärtet,
  • gehärtet und spannungsarm geglüht,
  • weichgeglüht.

Die Werkstoffzustände sind zwischen Gießerei und dem Abnehmer zu vereinbaren.

Niedriglegierte, hochfeste Sorten, die freien Graphit in Form von Kugelgraphit enthalten, werden ebenfalls zu den verschleißfesten Werkstoffen zugerechnet.

Höherlegierte Gusseisen mit Chromgehalten werden den Sondergusseisen zugeordnet.

Ältere Bezeichnungen der Werkstoffsorten sind Ni-Hard 1 (EN-GJN-HB510), Ni-Hard 2 (EN-GJN-HB480) und Ni-Hard 4 (EN-GJN-HB555).

Ni-Hard 1 (EN-GJN-HB510) und Ni-Hard 2 (EN-GJN-HB480) enthalten circa 4 % Ni, circa 2 % Cr und unterscheiden sich nur im Kohlenstoffgehalt, der im Ni-Hard 2 niedriger ist. Die Verschleißbeständigkeit ist umso größer, je höher der Kohlenstoffgehalt ist. Das Gefüge beider Sorten besteht im Gusszustand aus eutektischem Zementit Fe3C in einer Grundmasse aus Martensit, Restaustenit und eventuell Bainit oder Perlit (Bild 1). Zur Wärmebehandlung stehen drei Variante an:

  1. Anlassen des Martensits bei 250 bis 275 °C (8 bis 16 h) und Luft- oder Ofenabkühlung.
  2. Anlassen im Bereich des stabilen Austenits bei 450 °C (6 bis 12 h), Ofenabkühlung auf 250 bis 275 °C und Anlassbehandlung nach Ziffer 1.
  3. Vergüten durch Glühen bei 750 bis 800 °C (6 bis 8 h), Luft- oder Ofenabkühlung und anschließend Anlassen nach Ziffer 1.

Das Vergüten mit hoher Glühtemperatur führt zur Ausscheidung von überschüssigem Kohlenstoff aus dem Austenit in Form von feinen Sekundärkarbiden des Typs M3C (Bild 2). Der kohlenstoffärmere Austenit lässt beim Abkühlen mehr Martensit als im Gusszustand entstehen.

Ni-Hard 4 (EN-GJN-HB555) enthält rund 3 % C, 9 % Cr, 6 % Ni und 2 % Si. Das Gefüge ist im Gusszustand überwiegend austenitisch und enthält Carbide des Typs M7C3. Wegen seines austenischen Gefüges muss der Werkstoff wärmebehandelt werden. Das Härten erfolgt bei rund 800 °C mit einer Haltezeit von 6 bis 12 h mit anschließender ausreichender Abkühlungsgeschwindigkeit, sodass nach der Behandlung ein vorwiegend martensitische Grundmasse sich ausbildet (Bild  3). Zum Vergüten wird eine Anlassbehandlung bei 200 bis 275 °C mit Ofenabkühlung angeschlossen. Die typischen Unterschiede und der Ausbildung der eutektischen M7C3-Carbide und der sekundär ausgeschiedenen M3C-Carbide sind in Bild 4 deutlich.

In höher legierten Sorten liegen vorwiegend Chromcarbide in einer Grundmasse vor, die je nach Zusammensetzung überwiegend Austenit, Martensit oder auch Perlit besteht.

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