Anwendung und Bearbeitungstechnologien von Gusseisenmaterialien in der Industrie

Im modernen industriellen Fertigungsbereich haben sich Gusseisenmaterialien aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften und Bearbeitungsvorteile zu wichtigen Werkstoffen im Maschinenbau, in der Automobilindustrie und im Infrastrukturbau entwickelt. Mit der Entwicklung von Industrie 4.0 und Präzisionsfertigungstechnologien steigen auch die Qualitätsanforderungen und Bearbeitungsgenauigkeitsstandards für Gusseisenmaterialien kontinuierlich an. WKPT ist seit vielen Jahren tief in der Metallbearbeitung verwurzelt und hat umfangreiche Erfahrungen in der Gusseisenbearbeitung gesammelt. Von der Materialauswahlanalyse über die mechanische Bearbeitung bis hin zur Rostschutzbehandlung bieten wir umfassende Gusseisen-Bearbeitungslösungen.

Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt von über 2% und einem Siliziumgehalt von etwa 1-3%. Genauer gesagt liegt der Kohlenstoffgehalt in Gusseisen typischerweise zwischen 2,5% und 4,0%, und dieser Kohlenstoffgehaltunterschied bildet die wichtige Trennlinie zwischen Gusseisen und Stahl.

In Gusseisen existiert das Kohlenstoffelement hauptsächlich in zwei Formen: Die Graphitform verleiht dem Material gute Schmiereigenschaften und Schwingungsdämpfungsfähigkeiten; Eisenkarbidverbindungen (wie Zementit Fe₃C) beeinflussen Härte und Verschleißfestigkeit erheblich. Diese Verteilung der Bestandteilformen ist genau der Schlüssel dafür, dass Gusseisen eine wichtige Rolle in der industriellen Fertigung spielen kann.

Gusseisen wird basierend auf der Existenzform der Kohlenstoffelemente und den organisatorischen Strukturunterschieden in verschiedene Typen klassifiziert, wobei jeder Typ einzigartige mechanische Eigenschaften und Anwendungsvorteile besitzt. Das Verständnis der charakteristischen Unterschiede verschiedener Gusseisentypen hilft bei der Auswahl der am besten geeigneten Materialien für verschiedene technische Anwendungen.

Grauguss: Grauguss erhält seinen Namen durch die graue Erscheinung der Bruchfläche aufgrund von lamellenförmigem Graphit, der in der Eisenmatrix verteilt ist. Die Graphitlamellen verleihen dem Material ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, Schmiereigenschaften und Schwingungsdämpfungsleistung. Es hat gute Fließfähigkeit beim Schmelzen und eignet sich für die Herstellung komplexer Gussstücke. Im Vergleich zu Weißguss ist es weicher, leichter zu bearbeiten und weniger spröde, mit Druckfestigkeit, die der Zugfestigkeit überlegen ist. Es wird weit verbreitet in Automobilzylinderblöcken, Zylinderköpfen, Pumpengehäusen und Industriekomponenten verwendet und ist die älteste und häufigste Form von Gusseisen.

Weißguss: Bei Weißguss existiert Kohlenstoff nur in Karbidform ohne Graphit, wodurch die Bruchfläche weiß erscheint und dem Material seinen Namen verleiht. Es erfordert schnelle Kühlung zur Bildung und enthält geringen Siliziumgehalt und karbidstabilisierende Elemente. Das Material ist extrem hart und verschleißfest, behält gute Festigkeit bei hohen Temperaturen bei, ist jedoch spröde und schwer mechanisch zu bearbeiten, wodurch spezielle Werkzeuge erforderlich sind. Es wird hauptsächlich als Rohmaterial für Temperguss verwendet oder zur Herstellung verschleißfester Gussstücke, die stark abrasive Medien handhaben. Der Anwendungsbereich ist aufgrund hoher Kosten begrenzt.

Sphäroguss (Duktiles Gusseisen): Sphäroguss wird durch Zugabe von Magnesium oder Cer behandelt, wodurch Kohlenstoff als kugelförmiger Graphit ausfällt. Im Vergleich zu Grauguss hat es höhere Festigkeit und Zähigkeit, mit Streckgrenze von 275-625 MPa, Dehnung von 2-18% und ausgezeichneter Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Es hat gute Bearbeitbarkeit, aber etwas geringer als Grauguss, und kann direkt gegossen werden ohne Wärmebehandlung. Es wird weit verbreitet in Automobilachsschenkeln, Bremssätteln, Kurbelwellen und anderen mittelspannungsbeanspruchten Komponenten verwendet und dient als wirtschaftlicher Ersatz für Gussstahl.

Eine der häufigen Fragen über Gusseisen im Internet ist: Rostet Gusseisen? Die Antwort ist ja. Gusseisen ist eine Eisenlegierung, die in feuchten, warmen atmosphärischen Korrosionsumgebungen mit hohen Konzentrationen von Meersalz und sauren Schadstoffen kontinuierlich Korrosionsproblemen gegenübersteht und Ressourcenverluste verursacht. Forschungen zeigen, dass Gusseisenmaterialien selbst bei hohen Temperaturen Oxidation erfahren. Zum Beispiel ist die Oxidationsrate von lamellarem Graphit-Gusseisen deutlich höher als die von sphäroidalem Graphit-Gusseisen. Dies zeigt, dass Gusseisen sowohl unter normalen als auch unter hohen Temperaturbedingungen Oxidationstendenzen aufweist.

Um die Produktlebensdauer zu verlängern und die Oberflächeneigenschaften des Materials zu verbessern, ist die Oberflächenbehandlung ein unverzichtbarer Bestandteil in der verarbeitenden Fertigungsindustrie. Die moderne Industrie hat vielfältige Techniksysteme für den Gusseisenrostschutz entwickelt:

Oberflächenreinigung und Vorbehandlung: Der Schlüssel zum Erfolg jeder Rostschutzbehandlung liegt in der Reinigungsbehandlung der Werkstückoberfläche. Vor jeder Metallbeschichtung muss die Werkstückoberfläche einer angemessenen Reinigungsbehandlung unterzogen werden, um ausgezeichnete Haftung zu gewährleisten. Reinigungsmethoden umfassen mechanische Verfahren (wie Sandstrahlen oder Trommelreibung), chemische Verfahren (wie Säure-, Laugen- oder organische Reinigung) und elektrolytische Verfahren. Die Entfettungsbehandlung erfolgt normalerweise mit alkalischer Entfettung, während Korrosion meist durch Säurebeizverfahren behandelt wird.

Konversionsbehandlung: Konversionsbehandlung wird häufig verwendet, um die Korrosionsbeständigkeit von Metallmaterialien zu verbessern und die Haftung nachfolgender Beschichtungsschichten zu erhöhen. Darunter ist die Phosphatbehandlung eine der wichtigsten Technologien, die durch Phosphat-Schichtbildner eine Schicht auf der Produktoberfläche bildet. In diesem Prozess kann auch Rostschutzöl aufgetragen werden, um doppelten Schutz zu bilden.

Galvanischer Schutz: Galvanotechnik kann die Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Lötbarkeit von Metallsubstraten verbessern. Das Prinzip der Galvanotechnik besteht darin, das Werkstück in Elektrolyt zu platzieren, reines Metall als Anode zu verwenden, das Werkstück als Kathode, Gleichstrom anzulegen, um Metallionen auf der Werkstückoberfläche anzusammeln. Gussstücke können nach der Reinigung galvanisiert werden.

Verchromung: Eine Art der Galvanotechnik, die die Oberfläche extrem hart macht und zu einer verschleißfesten Oberflächenbehandlung wird.

Elektrolytisches Nickel gefolgt von Schmelztauchbeschichtung mit Aluminium: Kann die Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit von Gusseisenmaterialien verbessern. Jedoch kann Graphit in der Beschichtung nach Hochtemperatur-Oxidation zum Versagen der Beschichtung führen. Um das Problem von Graphit, der in der Aluminiumschicht verteilt ist und bei hohen Temperaturen Risse und Löcher verursacht, zu lösen, wird die Gusseisenoberfläche zunächst mit Nickel galvanisiert und dann schmelztauchbeschichtet mit Aluminium. Diese Nickel-Aluminium-Beschichtung kann die Hochtemperatur-Isothermal-Oxidationsbeständigkeit von Gusseisen effektiver verbessern.

Schmelztauchverzinkung: Eine Rostschutzmethode, bei der Zink in einem Behälter geschmolzen und bei etwa 450°C hoher Temperatur gehalten wird, dann wird das Werkstück darin eingetaucht. Der Prozess umfasst Entfettung des Gegenstands, Säurebeizung, Wasserspülung, Eintauchen in Flussmittellösung und schließlich Eintauchen in geschmolzenes Zink. Gussstücke können nach der Reinigung verzinkt werden, um eine ausgezeichnete korrosionsschützende Schutzschicht zu bilden.

Beschichtungsschutz: Beschichtung nutzt Farbe, die auf die Werkstückoberfläche aufgetragen wird, um Ästhetik und Schutz (wie Verlängerung der Produktlebensdauer, Abdeckung mit korrosionsbeständigen Materialien) zu erreichen. Häufige Beschichtungsmethoden umfassen Sprühbeschichtung, elektrostatische Beschichtung, Elektrotauchbeschichtung und Pulverbeschichtung. Durch Beschichtungstechnologie kann eine versiegelte Schutzschicht auf der Gusseisenoberfläche gebildet werden, die Korrosionsfaktoren effektiv daran hindert, das Substrat zu berühren.

Moderne Gusseisenrostschutztechnologie betont systematischen Schutz. Basierend auf der Schwere der Betriebsumgebung und der Wichtigkeit des Produkts können einzelne oder zusammengesetzte Behandlungsmethoden angewendet werden. Für allgemeine Umgebungsanwendungen können grundlegende Beschichtungs- oder Galvanisierungsbehandlungen effektiven Schutz bieten; für harte Bedingungen wie Meeresumgebungen oder Hochtemperaturanwendungen werden mehrfache Schutztechnologien empfohlen, wie zunächst Konversionsbehandlung zur Verbesserung der Haftung, dann Anwendung von Hochleistungsgalvanisierung oder spezieller Beschichtung, um langfristige Stabilität und Lebensdauer von Gusseisenproukten zu gewährleisten.

Gusseisen hat häufige Anwendungen in mehreren Industriebereichen, einschließlich Automobil und Transport, Infrastruktur, Maschinenbau, Haushaltsprodukte usw., hauptsächlich profitierend von den Eigenschaften des Gusseisenmaterials wie Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Stoßdämpfungsfähigkeit und Leichtigkeit des Gießens und Formens.

Gusseisenanwendungen in der Transportindustrie: In der Automobilindustrie spielt Gusseisen eine unersetzliche Rolle. Motorzylinderblöcke sind die repräsentativste Anwendung. Zylinderblöcke werden normalerweise aus Gusseisen hergestellt aufgrund ihrer Eigenschaften hoher Festigkeit und Verschleißfestigkeit, die dem durch Kolbenhub verursachten Verschleiß standhalten können. Japan hat sogar hohle Zylinderblock-Gussstücke entwickelt, die das Gleichgewicht zwischen Gewicht und Leistung weiter optimieren. Andere wichtige Automobilteile umfassen Kurbelwellen und Bremstrommeln, die hohen Temperaturen, hohem Druck und häufiger mechanischer Beanspruchung standhalten müssen.

Aufgrund der ausgezeichneten Schwingungsdämpfungsfähigkeit von Gusseisen verwenden Komponenten, die größerer Vibration unterliegen, wie Schwungräder, auch umfassend Gusseisenherstellung. In der Schifffahrtsindustrie werden die meisten Schiffsmaschineteile, wie Propeller und Zylinderkomponenten, auch häufig mit Gussstücken hergestellt, wodurch die Haltbarkeit von Gusseisen in rauen Meeresumgebungen voll ausgenutzt wird.

Gusseisenanwendungen in Maschinenbau: Werkzeugmaschinenrahmen und -betten sind ein wichtiger Teil der Entwicklung hochwertiger Maschinengussstücke. Gusseisen eignet sich besonders für die Herstellung von Komponenten, die größerer Vibration unterliegen, wie Drehbankbetten, aufgrund seiner ausgezeichneten Stoßdämpfungsfähigkeit, hohen Wärmeleitfähigkeit und leichten Bearbeitbarkeit. Diese Eigenschaften gewährleisten die Stabilität der Bearbeitungsgenauigkeit und sind für die Präzisionsfertigungsindustrie unverzichtbare Grundlagen.

Von Riemenscheiben bis zu verschiedenen allgemeinen mechanischen Hardwareteilen sind Gussstücke in der industriellen Fertigung allgegenwärtig, was die breite Anwendungspalette der Gießtechnologie zeigt.

Der Schlüssel zur erfolgreichen Anwendung von Gusseisenmaterialien liegt im Verständnis der Materialeigenschaften und professioneller Bearbeitungstechnik. WKPT ist seit Jahrzehnten tief in der Metallbearbeitung verwurzelt und hat reiche Erfahrungen in der Gusseisenbehandlung gesammelt. Wir sind nicht nur mit den Bearbeitungseigenschaften verschiedener Gusseisenmaterialien vertraut, sondern besitzen auch vollständige technische Fähigkeiten von Materialauswahl über Präzisionsbearbeitung bis hin zum Oberflächenschutz. Ob Sie Transportwerkzeugteile oder Industrieausrüstungsteile benötigen, wir können die am besten geeigneten Lösungen bieten.

Unser Vorteil liegt in integrierten Dienstleistungen. Von der Vorabmaterialberatung und Prozessplanung bis hin zur nachfolgenden Oberflächenbehandlung und Qualitätskontrolle bietet WKPT One-Stop-Gusseisenbearbeitungsdienstleistungen. Wir verstehen tiefgreifend die besonderen Anforderungen jedes Anwendungsszenarios und können für verschiedene Betriebsumgebungen -- ob industrielle Umgebungen oder harte Meeres- und Hochtemperaturbedingungen -- die am besten geeignete Materialauswahl und Fertigungsprozesse anbieten. Die Wahl von WKPT bringt Ihnen nicht nur Bearbeitungsdienstleistungen, sondern auch professionelle technische Partner.

Weiterführende Literatur: Hochfeste Gusseisenteile

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