Das Richtige wählen Sphäroguss Bei der Bewertung kommt es auf einen zentralen Kompromiss an: Duktilität versus Festigkeit . Wenn Ihr Teil Stöße absorbieren, sich unter Last biegen oder leicht bearbeiten muss, wählen Sie eine Sorte mit geringerer Festigkeit und hoher Dehnung wie z 60-40-18 . Wenn Ihr Teil starken statischen Belastungen und Verschleiß standhalten muss, ohne sich um Stoßbelastungen kümmern zu müssen, wählen Sie eine Sorte mit höherer Festigkeit wie z 100-70-03 or 120-90-02 . Für die meisten allgemeinen technischen Anwendungen – die Art, bei der traditionell Weichstahl verwendet wird – 65-45-12 ist der Standardstartpunkt.
Die Sortenauswahl gemäß ASTM A536 wird durch ein dreistelliges Benennungssystem geregelt: Zugfestigkeit (ksi), Streckgrenze (ksi) und prozentuale Dehnung. Zu verstehen, was jede dieser Zahlen für Ihre spezifische Anwendung bedeutet, ist der Schlüssel zur Vermeidung von Over-Engineering (Zahlung für Stärke, die Sie nicht benötigen) und Under-Engineering (Angabe einer Sorte, die im Einsatz versagt).
ASTM A536 ist die amerikanische Standardspezifikation für Gussteile aus duktilem Eisen und definiert jede Sorte mithilfe einer dreiteiligen Zahl: Mindestzugfestigkeit (in Tausend psi), Mindeststreckgrenze (in Tausend psi) und Mindestdehnungsprozentsatz. Beispielsweise bedeutet die Sorte 65-45-12 eine Zugfestigkeit von 65 ksi (448 MPa), eine Streckgrenze von 45 ksi (310 MPa) und eine Dehnung von 12 %.
Der Grund dafür, dass sich duktiles Gusseisen so anders verhält als gewöhnliches Grauguss, ist seine Mikrostruktur. Das charakteristische Merkmal von Sphäroguss gemäß ASTM A536 ist eine kugelförmige Graphitmikrostruktur, die durch die Zugabe von Magnesium oder Cer beim Schmelzen erreicht wird. Diese runde, knötchenförmige Graphitform – im Gegensatz zum scharfen Flockengraphit, der in Grauguss vorkommt – minimiert Spannungskonzentration und Rissbildung, was dem duktilen Gusseisen seine namensgebende Duktilität und Schlagzähigkeit verleiht.
ASTM A536 definiert eine Familie von Standardgüten, die jeweils ein anderes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität aufweisen.
| Note | Zugfestigkeit (min.) | Streckgrenze (min.) | Dehnung (min.) |
|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 60.000 psi (414 MPa) | 40.000 psi (276 MPa) | 18 % |
| 65-45-12 | 65.000 psi (448 MPa) | 45.000 psi (310 MPa) | 12 % |
| 80-55-06 | 80.000 psi (552 MPa) | 55.000 psi (379 MPa) | 6,0 % |
| 100-70-03 | 100.000 psi (689 MPa) | 70.000 psi (483 MPa) | 3,0 % |
| 120-90-02 | 120.000 psi (827 MPa) | 90.000 psi (621 MPa) | 2,0 % |
Es gibt auch eine sekundäre Gruppe von Güten für spezielle Anwendungen – 60-42-10, 70-50-05 und 80-60-03 – die ein leicht unterschiedliches Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität für Projekte mit spezifischeren Anforderungen bieten, als die Standardgüten abdecken.
Die Sorte 60-40-18 verfügt dank ihrer vollständig ferritischen Matrix, die zu hoher Dehnung und Schlagzähigkeit führt, über maximale Duktilität, hervorragende Bearbeitbarkeit und Tieftemperaturzähigkeit. Diese Sorte erfordert normalerweise eine vollständige Ferritisierungsglühung, um ihre Eigenschaften zu erreichen. Es ist die natürliche Wahl für Teile, die Stoßbelastungen ausgesetzt sind, bei niedrigen Temperaturen betrieben werden oder bei denen die Bearbeitbarkeit Vorrang vor reiner Festigkeit hat.
ASTM A536 Note 65-45-12 ist das Arbeitspferd der Sphäroguss-Familie und die Legierung, die die meisten Konstrukteure wählen, wenn sie eine Weichstahlfertigung auf einen Sphärogussguss umstellen, da ihre Zug- und Streckgrenze denen von Weichstahl sehr nahe kommt. Diese Sorte kann typischerweise im Gusszustand ohne zusätzliche Wärmebehandlung verwendet werden, was zur Kontrolle der Produktionskosten beiträgt.
Wenn eine Anwendung eine moderate Duktilität und Schlagzähigkeit gepaart mit höherer Festigkeit erfordert, ist die Sorte 80-55-06 ein guter Kandidat. Wie 65-45-12 kann es typischerweise im Gusszustand geliefert werden und bietet einen nützlichen Mittelweg zwischen den duktilen niedrigeren Güten und den härteren, weniger nachgiebigen hochfesten Güten.
Höherfeste Sorten wie 100-70-03 basieren auf einer überwiegend perlitischen Matrix, um Festigkeit und Verschleißfestigkeit zu bieten, allerdings auf Kosten einer geringeren Dehnung. Die Sorte 120-90-02 verfügt über eine sehr hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit, ist jedoch nicht so verschleißfest wie spezielle chromweiße Eisen. Diese Spitzengüten erfordern im Allgemeinen ein Abschrecken und Anlassen, ein Normalisieren und Anlassen oder eine isotherme Wärmebehandlung, um ihre spezifizierten Eigenschaften zu erreichen, und eignen sich am besten für stark belastete Komponenten, bei denen die Duktilität zweitrangig ist.
Die Anforderungen an die Wärmebehandlung variieren erheblich innerhalb der Sortenfamilie und wirken sich direkt auf die Produktionsdurchlaufzeit und -kosten aus.
| Note | Erforderliche Wärmebehandlung |
|---|---|
| 60-40-18 | Vollständiges Ferritisierungsglühen |
| 65-45-12 | Im Gusszustand (keine Behandlung erforderlich) |
| 80-55-06 | Im Gusszustand (keine Behandlung erforderlich) |
| 100-70-03 | Abschrecken und Anlassen, Normalisieren und Anlassen oder isotherme Behandlung |
| 120-90-02 | Abschrecken und Anlassen, Normalisieren und Anlassen oder isotherme Behandlung |
Die Wahl einer Gusssorte wie 65-45-12 oder 80-55-06 gegenüber einer wärmebehandelten Sorte wie 100-70-03 kann sowohl die Kosten als auch die Vorlaufzeit erheblich reduzieren – eine Berücksichtigung lohnt sich, wenn die Anwendung nicht unbedingt die Leistung der höherfesten Sorte erfordert.
Die Schlageigenschaften von duktilem Gusseisen hängen von der Mikrostruktur ab, und die Standardqualitäten nach ASTM A536 legen standardmäßig keine Schlaganforderungen fest. Die Schlagprüfung folgt der separaten Norm ISO 1083, wenn dies für das technische Design erforderlich ist. Für Niedertemperatur- oder Hochschlaganwendungen lohnt es sich, gezielt nach einer vollständig ferritischen Sorte mit höherer Dehnung zu fragen, da ein geringerer Perlitgehalt in der Mikrostruktur (im Allgemeinen unter 15 %) es dem Material ermöglicht, anspruchsvolle Schlagzähigkeitskriterien zu erfüllen, wie z. B. 12 Joule bei -20 °C.
Wenn Ihre Anwendung kaltes Klima, Stoßbelastungen oder sicherheitskritische Schlagfestigkeit umfasst, kennzeichnen Sie diese Anforderung ausdrücklich bei Ihrer Gießerei, anstatt davon auszugehen, dass eine Standardsortenbezeichnung sie automatisch abdeckt.
Bevor Sie eine Güteklasse festlegen, sollten Sie sich zunächst vergewissern, dass Sphäroguss die richtige Materialfamilie ist. Sphäroguss bietet ein hervorragendes Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Duktilität, Kosten und Gießbarkeit und eignet sich daher gut für strukturelle und dynamische Komponenten. Im Vergleich dazu ist Grauguss billiger, aber spröde und nicht für dynamische oder stoßbelastete Anwendungen geeignet, während Kohlenstoffstahl eine höhere Festigkeit und Schweißbarkeit bietet, aber schwieriger zu gießen und teurer in der Bearbeitung ist.
Sphäroguss weist dank seiner Graphitmikrostruktur auch hervorragende Vibrations- und Schalldämpfungseigenschaften auf und übertrifft Stahl in dynamischen Anwendungen oft – ein wichtiger Gesichtspunkt für Komponenten wie Getriebe, Schwungräder und Maschinengehäuse, bei denen Vibrationskontrolle genauso wichtig ist wie reine Festigkeit.
Typische Anwendungen für duktiles Gusseisen nach ASTM A536 umfassen Maschinen, Ventile, Lastkraftwagen, Eisenbahnkomponenten sowie Getriebe und Schwungräder – ein Spiegelbild dafür, wie breit diese Gütefamilie branchenübergreifend einsetzbar ist. Die Wahl der Sorte von Anfang an richtig zu machen, macht den Unterschied zwischen einer Komponente, die während ihrer gesamten Lebensdauer zuverlässig funktioniert, und einer Komponente aus, die entweder unter Last vorzeitig ausfällt oder deren Herstellung mehr als nötig kostet.
