Gusseisen mit Kugelgraphit

Wärme- und Oberflächenbehandlung

Inhalt dieser Seite

Wärme- und Oberflächenbehandlung

Wärmebehandeln ist in der Fertigungstechnik nach DIN 8580 die Hauptgruppe 6 „Stoffeigenschaftsändern“. Hierzu gehört eine Gruppe von Fertigungsverfahren, die die Eigenschaften eines Werkstoffes verändern. Das geschieht zumeist durch Veränderungen im submikroskopischen oder interatomaren Bereich, zum Beispiel durch Diffusion von Atomen, Erzeugen und Bewegen von Versetzungen im Atomgitter und durch chemische Reaktionen.

Stoffeigenschaftsändern ist Fertigen eines festen Körpers durch Umlagern, Aussondern oder Einbringen von Stoffteilchen, wobei eine etwaige unwillkürliche Formänderung nicht zum Wesen der Verfahren gehört. Zum Stoffeigenschaftsändern durch Umlagern von Stoffteilchen zählen die Verfahren, bei denen das Gefüge oder das Kristallgitter oder beide verändert werden wie das Härten und Anlassen sowie ferner die Verfahren, die ohne wesentliche Formänderung durch örtliches Umformen allein der Kaltverfestigung dienen (zum Beispiel Festwalzen und Glattwalzen), und schließlich diejenigen Verfahren, bei denen die Stoffeigenschaften durch Wirkmedien verändert
werden (zum Beispiel Magnetisieren). Zum Stoffeigenschaftsändern durch Aussondern von Stoffteilchen gehört beispielsweise das Entkohlen und zum Stoffeigenschaftsändern durch Einbringen von Stoffteilchen zum Beispiel das Aufkohlen und das Nitrieren.

Eine andere technische Einteilung für Wärmebehandlungsverfahren erfolgt nach der Art des Verfahrens in

  • thermische Verfahren (Verändern des Mikrogefüges): Dabei wird das Gussteil bestimmten Temperatur-Zeit-Folgen ausgesetzt. Die Veränderung des Mikrogefüges und damit die Veränderung der Eigenschaften erfasst das gesamte Gussteil. Die Kinetik der Gefügeumwandlung wird mit Zeit-Temperatur-Austenitisierungs- (ZTASchaubildern) (Bilder 64 und 65) [56, 57] und Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildern (ZTU-Schaubildern) (Bilder 66 und 67) [58 - 60] beschrieben.

 

Bild 64(links): Isothermisches ZTA-Diagramm für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit
1 Erreichen des gebundenen C-Gehaltes von 0,8 %
2 Erreichen der Maximalhärte von HV0,05
3 Ende der isothermen Längenzunahme
4 Ende der Graphitauflösung

Bild 65(Mitte): Isothermisches ZTA-Diagramm für perlitisches Gusseisen mit Kugelgraphit

Bild 66(rechts): Kontinuierliches ZTU-Diagramm für Gusseisen mit Kugelgraphit
Bild 67: Isothermische ZTU-Diagramme für Gusseisen mit Kugelgraphit
a) unlegiert
b) mit 0,8 % Cu legiert
c) mit 0,98 % Ni legiert
d) mit 2,13 % Ni legiert
  • thermochemische Verfahren (Einbringen von Stoffteilchen): Bei den thermochemischen Verfahren wird die chemische Zusammensetzung eines Gussteils durch Einlagern eines oder mehrerer Elemente in der Randschicht absichtlich verändert, um bestimmte Eigenschaften der Randschicht zu verändern.
  • thermomechanische Verfahren (Kombination von Umformen und Wärmebehandlung): Bei der Teilefertigung durch Gießen entfallen die Verfahren des Umformens. Somit haben thermomechanische Verfahren der Wärmebehandlung für Gussteile keine Bedeutung.

Wärmebehandlungen an Gussteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit werden mit unterschiedlichen Zielsetzungen durchgeführt. Hierzu gehören das Einstellen der Werkstoffsorten, das Gewährleisten von Werten für die Kerbschlagzähigkeit, das Steigern von Zugfestigkeit, Härte und Verschleißwiderstand, das Vermeiden von Verzug und Rissbildung im Betrieb sowie das Einstellen bestimmter physikalischer Eigenschaften. Um das zu erreichen, gibt es folgende Möglichkeiten:

  • Ändern der Menge an gebundenem Kohlenstoff;
  • Herstellen von Härtungs- und Vergütungsgefügen;
  • Beseitigen von Gussspannungen;
  • Randschichtbehandlungen.

Die drei erstgenannten Verfahrensvarianten beeinflussen die Gussteile im gesamten Volumen, die vierte Variante verändert nur die Eigenschaften der Randschicht der Gussteile.

Einerseits haben einige Wärmebehandlungsverfahren bei Gusseisen mit Kugelgraphit an Bedeutung verloren. Die Mikrogefüge und damit die mechanischen Eigenschaften der Grundsorten des Gusseisens mit Kugelgraphit nach DIN EN 1563 können in den meisten Fällen im Gusszustand erreicht werden. Nur bei den kaltzähen Sorten EN-GJS-350-22-LT und EN-GJS-400-18-LT ist in einigen Fällen eine Glühbehandlung zum Einstellen eines einwandfreien ferritischen Grundgefüges erforderlich, und die rein ferritische Stranggusssorte GJS-400-15C wird grundsätzlich geglüht. Duktile Rohre aus Gusseisen mit Kugelgraphit werden in jedem Fall wärmebehandelt. Auch ein Glühprozess zum Verringern von Gussspannungen gehört zum Produktionsprozess in der Gießerei. Andererseits haben Wärmebehandlungsvarianten zur Verbesserung der Eigenschaften an Bedeutung gewonnen. Dazu gehören die Wärmebehandlung für die hochfesten Sorten des Gusseisens mit Kugelgraphit nach DIN EN 1564 und alle Randschichtbehandlungen.

Ob eine Wärmebehandlung von Gusseisen mit Kugelgraphit durchgeführt wird oder nicht, entscheidet der Hersteller. In der europäischen Norm DIN EN 1553 heißt es: „... jede Wärmebehandlung ist, sofern der Käufer nichts festgelegt hat, dem Ermessen des Herstellers zu überlassen.“ 

 

Thermische Verfahren

Über die Varianten der thermischen Wärmebehandlungsverfahren ist ausführlich in [61] hinsichtlich der Begriffe, des angestrebten Zieles und der Temperatur-Zeit-Folgen erichtet worden. Im Bild 68 sind die Temperatur-Zeit-Folgen für die Varianten der Wärmebehandlung zusammengestellt.
 

Bild 68: Schematische Darstellung der wichtigsten Wärmebehandlungsverfahren für Gusseisen mit Kugelgraphit

 

Die Tabelle 1 enthält eine Zusammenfassung der wichtigen Wärmebehandlungsparameter. Bei der vorliegenden Gliederung werden das Oberflächenhärten/Randschichthärten und die thermochemischen Wärmebehandlungsverfahren im Kapitel Randschichtbehandlung vorgestellt.

Wärmebehandlungs-
verfahren		 Gusseisensorte Angestrebtes Ziel Temperatur
[°C]		 Zeit1) Abkühlen
Spannungsarmglühen Unlegiert,
niedrig legiert,
hoch legiert		 Beseitigen von
Spannungen		 500 - 550
560 - 600
600 - 650		 1 h + 1 h
je 25 mm
Wanddicke		 Ofenabkühlung 40 K/h
bis 300 °C( bis 100 °C
für komplizierte Teile)
Weichglühen bei niedriger
Temperatur (Ferritisieren,
Graphitisieren)
 		 Unlegiert,
niedrig legiert		 Ferritisches Gefüge,
Erreichen bester
Zerspanbarkeit		 700 - 760 45 min bis 1 h
je 25 mm
Wanddicke		 Ofenabkühlung 55 K/h
zwischen 540 und
300 °C
Weichglühen bei mittlerer
Temperatur (Ferritisieren,
Graphitisieren)		 Legiertes Gusseisen
und solche Sorten,
die für das Glühen
bei niedriger
Temperatur nicht
geeignet sind		 Ferritisches Gefüge,
Erreichen bester
Zerspanbarkeit		 790 - 900 > 45 min
je 25 mm
Wanddicke		 Ofenabkühlung von
Glühtemperatur bis
300 °C
Weichglühen bei hoher
Temperatur (Ferritisieren,
Graphitisieren)		 Meliertes oder
weißes Gusseisen		 Ferritisches Gefüge,
Erreichen bester
Zerspanbarkeit		 900 - 955 1 bis 3 h + 1 h
je 25 mm
Wanddicke		 Ofenabkühlung von
Glühtemperatur bis 300 °C
Weichglühen bei hoher
Temperatur		 Meliertes oder
weißes Gusseisen		 Beseitigen von
Carbideinschlüssen
unter Beibehaltung
maximaler
Festigkeit und Härte		 900 - 955 1 bis 3 h + 1 h
je 25 mm
Wanddicke2)		 Luftabkühlung bis 540 °C,
dann Ofenabkühlung bis
300 °C
Perlitglühen (Perlitisieren) Alle Sorten Perlitisches Gefüge 850 - 955 1 bis 3 h + 1 h
je 25 mm
Wanddicke		 Luftabkühlung bis 540 °C,dann
Ofenabkühlung bis 300 °C
Härten Alle Sorten Martensitisches Gefüge
höchster Härte		 800 - 950 1 h + 1 h
je 25 mm
Wanddicke		 Luft- oder Flüssigkeits-
abschreckung auf < 200 °C
Vergüten (Härten mit
nachfolgendem Anlassen)		 Alle Sorten Vermindern der Spödigkeit
des Martensits		 150 - 650 1 h je 25 mm
Wanddicke		 Luft- oder Ofenabkühlung
Zwischenstufenvergüten Unlegiert,
niedrig legiert		 Bainitisches Gefüge
(Zwischenstufengefüge)		 850 - 950 1 h + 1 h
je 25 mm
Wanddicke		 Luft- oder Flüssigkeits-
abschreckung auf 230
bis 400 °C,
1,5 bis 4 h halten

Tabelle 1: Übersicht der wichtigsten Wärmebehandlungsverfahren für Gusseisen mit Lamellen- oder Kugelgraphit

1) Kürzere Zeiten lassen sich bei Glühöfen mit Strahlungsbeheizung erreichen.
2) Die Carbide können häufig bereits in kürzerer Zeit abgebaut werden.

Die Wärmebehandlungsverfahren zum Einstellen hoher Festigkeiten sind in Bild 69 [62, 63] nochmals hervorgehoben. Für die Temperatur-Zeit-Abläufe der Grundvarianten sind zur Orientierung das eutektoide Intervall A1.1 und A1.2 und ein isothermisches ZTU-Diagramm stark vereinfacht eingezeichnet. Die Grundvarianten I, III und V  Inthalten eine vollständige Austenitisierung und die Grundvarianten II, IV und VI eine unvollständige Austenitisierung innerhalb des eutektoiden Intervalls. Die Grundvariante I ist das klassische Vergüten (Härten und Anlassen) und die Grundvariante III das klassische Bainitisieren (Zwischenstufenvergüten). Mit der Grundvariante V werden die Sorten des austenitisch-ferritischen Gusseisens mit Kugelgraphit durch unvollständiges Bainitisieren (unvollständiges Zwischenstufenvergüten) hergestellt.
 

Bild 69: Grundvarianten der Wärmebehandlung für hochfeste Sorten des Gusseisens mit Kugelgraphit

 

Metallkundliche Grundlagen zur Wärmebehandlung werden in [12, 13] vorgestellt.


Austenitisieren

Für das Verändern des Mikrogefüges und damit der mechanischen Eigenschaften ist das Austenitisieren des Gusseisens mit Kugelgraphit ein wichtiger Verfahrensschritt. Ziel des Austenitisierens ist es, bei Temperaturen zwischen etwa 820 und 950 °C einen mit Kohlenstoff gesättigten Austenit als Ausgangszustand für weitere Verfahrensvarianten einzustellen [57]. Beim Austenitisieren finden folgende Gefügeumwandlungen statt:

  • Der Perlit und der Ferrit des Mikrogefüges im Gusszustand wandelt in Austenit um.
  • Eventuell vorhandener Ledeburit im Gussgefüge löst sich im Austenit auf.
  • Der Austenit sättigt sich mit Kohlenstoff.

Bei ursprünglich perlitischen Gefügen stellt sich aufgrund des hohen gebundenen Kohlenstoffgehalts relativ schnell ein mit Kohlenstoff gesättigter Austenit ein. Bei ferritischen Ausgangsgefügen muss der Kohlenstoff von den im Gefüge vorliegenden Graphitkugeln in den Austenit diffundieren. Die dafür erforderliche Zeit ist von den Diffusionswegen und der Austenitisierungstemperatur abhängig. Das Zusammenspiel zwischen Austenitisierungstemperatur und der für eine Austenitisierung erforderlichen Zeit beschreiben ZTA-Schaubilder [56, 57]. Für ein Gusseisen mit Kugelgraphit mit 3,26 % C; 2,64 % Si; 0,92 % Mn; 0,093 % Cr; 0,14 % P und 0,06 % S sind isothermische ZTA-Diagramme für ein ferritisches und für ein perlitisches Gusseisen mit Kugelgraphit experimentell ermittelt worden (Bilder 64 und 65). Die Graphitkugeln hatten einen Durchmesser von 40 bis 60 Mikrometer. Es zeigt sich ein deutlicher Unterschied für das Verhalten des Werkstoffs bei der Austenitisierung in Abhängigkeit vom Zustand der metallischen Grundmasse vor der Austenitisierung. Beim ferritischen Gusseisen mit Kugelgraphit ergeben sich für gleiche Austenitisierungstemperaturen längere Umwandlungszeiten als bei einem perlitischen Ausgangszustand. Beim perlitischen Gusseisen mit Kugelgraphit kann die Austenitisierung und Aufkohlung schneller als beim ferritischen ablaufen, weil der Perlitanteil schnell austenitisiert. Die Ferritzwischenräume werden sehr schnell aufgekohlt. Beim Austenitisieren von ferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit verläuft die Aufkohlung des Austenits bevorzugt entlang ehemaliger Ferritkorngrenzen, und die Kohlenstoffsättigung entsteht nur durch Nachdiffusion von Kohlenstoff von den Graphitkugeln. Je kleiner der Graphitkugeldurchmesser d bzw. die Graphitlamellendicke d ist, um so schneller ist der Austenit bei einem ferritischen Ausgangsgefüge mit Kohlenstoff gesättigt (Bild 70 [64]. 
 

Bild 70: Abhängigkeit des Kohlenstoffgehalts von der Austenitisierungstemperatur und -dauer bei unterschiedlichen Durchmessern der Graphitkugeln einer GJSLegierung mit 3,6 % C; 2,4 % Si und 0,4 % Mn
a) d = 55 μ,
b) d = 43 μ,
c) = 25 μ,
d) d = 18 μ

 

Die Gefügeumwandlungsprozesse, die beim Austenitisieren von ferritischem und perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit ablaufen, sind ausführlich in [6] beschrieben worden. Die Austenitkorngröße entspricht beim Gusseisen mit Kugelgraphit etwa der von Feinkornstählen. Mit zunehmender Austenitisierungstemperatur und Austenitisierungsdauer nimmt die Austenitkorngröße bei Gusseisen mit Kugelgraphit nur in geringem Maß zu (Bild 71) [65, 66].
 

Bild 71: Mittlere Austenitkorngröße in Abhängigkeit von der Austenitisierung

 

Nach einer Austenitisierung des Gusseisens mit Kugelgraphit wird das Umwandlungsverhalten des Werkstoffs durch ZTU-Diagramme beschrieben. Im Bild 66 ist ein kontinuierliches ZTU-Diagramm für ein Gusseisen mit Kugelgraphit mit 3,6 % C; 2,46 % Si; 0,21 % Mn; 0,014 % P: 0,008 % S und 0,043 % Mg dargestellt [58]. Die Austenitisierungstemperatur lag bei 1223 K und die Austenitisierungsdauer bei 900 s. Isothermische ZTU-Diagramme für unlegiertes und legiertes Gusseisen mit Kugelgraphit enthält Bild 67 [59]. In dem Temperaturgebiet, das für die Herstellung von ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit wichtig ist, wird keine Linie für eine hundertprozentige Umwandlung angegeben, sondern wie zum Beispiel bei Teilbild c) die Zahlenwerte 61, 64, 74 und 82 %, was bedeutet, dass nur 61, 64, 74 und 82 % des Austenits umgewandelt sind und entsprechend 39, 36, 26 und 18 % Restaustenit vorliegen. Die Austenitumwandlung ist also unvollständig. Weitere ZTUDiagramme sind in [67] zusammengestellt.

In der technischen Anwendung wird über eine Dauer zwischen 15 Minuten und 4 Stunden bei Temperaturen zwischen 880 und 940 °C austenitisiert, vornehmlich in Elevator-, Hauben- oder Herdwagenöfen. Duktile Rohre aus Gusseisen mit Kugelgraphit werden in Durchlauföfen wärmebehandelt. Beim Austenitisieren von Gusseisen mit Kugelgraphit muss ein Verzundern und eine Randentkohlung möglichst ganz vermieden werden.


Weichglühen bei hoher Temperatur

Gussteile aus Gusseisen mit Kugelgraphit dürfen zur Gewährleistung ihrer typischen mechanischen Eigenschaften und einer guten Zerspanbarkeit keine weißerstarrten Gefügebestandteile enthalten. Liegen nach der Erstarrung Anteile von eutektischen (ledeburitischen) Carbiden oder gar Primärcarbide vor, so muss zu deren Beseitigung eine Glühtemperatur deutlich oberhalb des eutektoiden Intervalls zwischen 900 und 950 °C gewählt werden. Die Wahl der Abkühlungsgeschwindigkeit aus dem Austenitgebiet ist davon abhängig, welches Mikrogefüge eingestellt werden soll. Diese Wärmebehandlungsvariante wird nur dann notwendig, wenn beim Herstellungsprozess von Gusseisen mit Kugelgraphit nicht optimal gearbeitet wurde.


Weichglühen bei niedriger Temperatur

Diese Wärmebehandlungsvariante dient dem Umwandeln von Perlit in Ferrit. Während beim Weichglühen von Stahl nur ein Einformen des streifigen Perlits in körnigen Perlit erreicht werden kann, führt das Weichglühen von Gusseisen mit Kugelgraphit zu einem rein ferritischen Grundgefüge ohne Anteile von eutektoidem Eisencarbid. Die Glühtemperatur liegt dabei knapp unterhalb des eutektoiden Intervalls bei etwa 700 °C. Abgekühlt wird mit einer Geschwindigkeit um 50 K/h.

Beim Herstellen von Gusseisen mit Kugelgraphit der Sorten EN-GJS350-22-LT und EN-GJS-400-18-LT, also von Sorten mit garantierter Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen, werden die geforderten Werte für die Kerbschlagzähigkeit nicht immer im Gusszustand erreicht. Die beschriebene Wärmebehandlung ist dann Bestandteil der Fertigungsfolge in der Gießerei. Das gilt auch für nach dem Stranggießverfahren verarbeitetes Gusseisen mit Kugelgraphit der Sorte GJS-400-15C, bei der die genannte Wärmebehandlungsvariante zum Produktionsprogramm der Gießerei zählt.


Zweistufiges Weichglühen

Sind beim Gusseisen mit Kugelgraphit höchste Zähigkeitsanforderungen zu erfüllen, können die gewünschten Eigenschaften bei unlegierten Sorten nur durch eine zweistufige Wärmebehandlung erfüllt werden. Sie besteht aus einem Austenitisieren bei 850 bis 950 °C, anschließendem Abkühlen im Ofen oder an Luft und nachfolgendem Halten (5 bis 10 Stunden) am eutektoiden Intervall zwischen 650 und 740 °C. Eine solche Wärmebehandlung wird zum Beispiel bei den duktilen Rohren aus Gusseisen mit Kugelgraphit durchgeführt.


Perlitglühen

Ziel des Perlitglühens ist es, ein vollperlitisches Grundgefüge einzustellen, um bestimmte Festigkeitseigenschaften zu erzielen oder das Grundgefüge in unterschiedlichen Wanddickenbereichen zu vergleichmäßigen. In Anlehnung an die Wärmebehandlung von Stahl wird sie auch als Normalisieren oder Perlitisieren bezeichnet. Beim Perlitglühen wird das Gussteil auf Temperaturen zwischen 900 und 920 °C aufgeheizt, wodurch das Austenitgebiet oberhalb des eutektoiden Intervalls erreicht wird. Anschließend erfolgt eine beschleunigte Abkühlung, um eine Ferritbildung zu unterdrücken. Die optimale Abkühlungsgeschwindigkeit wird je nach Gussteilwanddicke mit Hilfe ruhender Luft, Anblasen mit Druckluft oder durch Wassersprühnebel eingestellt.


Härten

Als Eisen-Kohlenstoff-Silicium-Werkstoff kann Gusseisen mit Kugelgraphit ebenso gehärtet werden wie Stahl. Das Härten von Gusseisen mit Kugelgraphit zielt entweder auf die Bildung einer verschleißbeständigen Randschicht (siehe 5.2) oder es dient als Vorstufe für das Vergüten. Damit erreicht Gusseisen mit Kugelgraphit eine hohe Härte von 45 bis 60 HRC und einen hohen Verschleißwiderstand. Beim Härten wird das Gussteil bei Temperaturen zwischen 850 und 950 °C oberhalb des eutektoiden Intervalls erwärmt. Während der Austenitisierung wird der Austenit bis zur Sättigung aufgekohlt. Kohlenstoffquellen sind dabei das eutektoide Carbid des Perlits und die Graphitkugeln. Das sich anschließende schnelle Abkühlen (Abschrecken) des Gussteils verhindert eine Ferrit- oder Perlitbildung und führt zu einer Grundmasse aus Martensit und Restaustenit. Die erforderlichen hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten werden durch Eintauchen des Gussteils in Öl, Emulsionen oder Wasser eingestellt. Das Härten des ganzen Gussteilvolumens ist die erste Stufe des Vergütens.


Vergüten

Das Vergüten ist eine Kombination von Härten als erste Stufe und anschließendem Wiedererwärmen (Anlassen) als zweite Stufe. Durch das Vergüten von Gusseisen mit Kugelgraphit lassen sich die mechanischen Eigenschaften durch Variation der Anlasstemperatur deutlich in Richtung höherer Festigkeiten einstellen (Bild 72) [68]. Zugfestigkeit und Dehngrenze erreichen Werte wie bei Vergütungsstählen. Jedoch sind oft die Werte für ausreichende Plastizität und Zähigkeit relativ schwer einstellbar. Das Vergüten von Gusseisen mit Kugelgraphit wird relativ selten angewendet, insbesondere deshalb, weil mit dem isothermischen Austenitumwandeln weit interessantere mechanische Eigenschaften bereitgestellt werden können.
 

Bild 72: Einfluss der Anlasstemperatur auf die mechanischen Eigenschaften von Gusseisen mit Kugelgraphit

 

Beim Anlassen wird das Abschreckgefüge des Härtens (Martensit und Restaustenit) durch Wiedererwärmen schrittweise abgebaut. Die Anlasstemperatur liegt in Abhängigkeit von den zu erzielenden mechanischen Eigenschaften zwischen 150 und 650 °C. Mit zunehmender Anlasstemperatur nehmen die Zugfestigkeit, Dehngrenze und Härte ab, während Bruchdehnung und Kerbschlagzähigkeit zunehmen. Mit steigenden Anlasstemperaturen werden mehrere Anlassstufen durchlaufen, die beim Gusseisen mit Kugelgraphit wegen des vorhandenen Siliciumgehalts im Gegensatz zu den Stählen bis zu einen carbidfreien Zustand – also einer rein ferritischen Grundmasse – führen [69].


Bainitisieren (Zwischenstufenvergüten)

Das isothermische Austenitumwandeln bei Temperaturen unterhalb der Perlitstufe und oberhalb der Martensitstufe wird traditionell als Zwischenstufenvergüten oder heute besser als Bainitisieren bezeichnet. Beim Gusseisen mit Kugelgraphit hat diese Wärmebehandlung mit vollständiger Bainitisierung nicht zu besonders guten mechanischen Eigenschaften geführt. Es ergeben sich damit zwar hohe Festigkeiten, jedoch sind die Bruchdehnungen sehr gering. Diese Sorten des Gusseisens mit Kugelgraphit haben aber einen hohen Verschleißwiderstand. Jedoch ergab sich auf diesem Gebiet eine spezielle Wärmebehandlungsvariante mit einer unvollständigen isothermischen Austenitumwandlung nach vollständiger Austenitisierung, die beim Gusseisen mit Kugelgraphit eine vorzügliche Kombination von hohen Festigkeiten und hoher Plastizität und Zähigkeit bewirkt. Es entstehen dabei die austenitisch-ferritischen Sorten des Gusseisens mit Kugelgraphit, die bei hohen Festigkeiten auch eine hohe Plastizität und Zähigkeit aufweisen (siehe 5.1.9).

Beim Gusseisen mit Kugelgraphit ist das Bainitisieren ein wegen des hohen Siliciumgehaltes zweistufiger Umwandlungsprozess. Bild 73 zeigt schematisch ein Gefügemengen-Zeit-Diagramm mit dieser Besonderheit. Während der 1. Stufe entwickelt sich aus dem Austenit ein Mikrogefüge aus Ferritnadeln und einem mit Kohlenstoff gesättigten Restaustenit ohne Carbide (ausferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit). Zwischen der 1. und der 2. Umwandlungsstufe kommt der Umwandlungsprozess praktisch zum Stillstand und kann damit technologisch gut genutzt werden. Während der 2. Umwandlungsstufe entstehen erst die für bainitische Gefüge typischen Carbide, und der Restaustenit verarmt d adurch wieder an Kohlenstoff. Am Ende der 2. Umwandlungsstufe ist der Austenit aufgebraucht und das Mikrogefüge besteht aus Ferritnadeln und Carbiden. Das Ergebnis ist dann ein bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit.
 

Bild 73: Zweistufiger Umwandlungsprozess bei isothermischer Umwandlung von Gusseisen mit Kugelgraphit im Bainitgebiet

 

Unvollständiges Bainitisieren

Beim isothermischen Austenitumwandeln wird das Gussteil aus Gusseisen mit Kugelgraphit zunächst bei 875 bis 920 °C vollständig austenitisiert. Werden die Gussteile dann schnell in ein Salzbad mit Temperaturen zwischen 300 und 400 °C umgesetzt, beginnt die Austenitumwandlung mit der Bildung von Ferritnadeln und einer Sättigung der verbleibenden Austenitanteile mit Kohlenstoff, die zu einer Stabilisierung dieses Restaustenits führen. Die Ms-Temperatur des Restaustenits fällt auf sehr niedrige Temperaturen, so dass eine Martensitbildung bis zu -100 °C nicht erfolgt. Die Carbidbildung unterbleibt und  die Austenitumwandlung kommt nahezu zum Stillstand. Es handelt sich um eine unvollständige isothermische Austenitumwandlung, ein unvollständiges Bainitisieren. Nach dem Abkühlen aus dem Salzbad auf Raumtemperatur liegt dann ein Grundgefüge aus nadligem Ferrit und hohen Restaustenitanteilen von bis zu 40 % vor.

Die Sorten des Gusseisens mit Kugelgraphit, die durch das isothermische Austenitumwandeln hergestellt werden können, sind unter der Bezeichnung ADI (Austempered Ductile Iron) am meisten bekannt geworden. Sie werden auch als bainitisches Gusseisen bezeichnet und in naher Zukunft wahrscheinlich als austenitisch-ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit. Bei diesen Werkstoffsorten des hochfesten Gusseisens mit Kugelgraphit ist eine sorgfältige Abstimmung von chemischer Zusammensetzung des Gusseisens, der Gussteilwanddicke und der Wärmebehandlungsparameter erforderlich. Erst die
Ermittlung präziser Prozessfenster für diese Abhängigkeiten führen zu einer prozesssicheren Produktion.


Spannungsarmglühen

Ein Gussteil ohne innere Spannungen (Eigenspannungen, Gussspannungen) herzustellen, ist wegen der unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten innerhalb eines Gussteils nicht möglich. Die Höhe und die Richtung dieser Gussspannungen sind von der Geometrie des Gussteils und den Verfahrensbedingungen beim Gießen abhängig. Bei den meisten Gussteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit sind diese Gussspannungen jedoch so gering, dass sie die Beanspruchbarkeit nicht beeinträchtigen.

Das Spannungsarmglühen ist eine Wärmebehandlung, die speziell zum Abbau der Gussspannungen eingesetzt wird. Die Glühtemperaturen zwischen 500 und 550 °C liegen unter dem Bereich der eutektoiden Umwandlung, wodurch eine unerwünschte Gefügeveränderung und damit eine Änderung der mechanischen Eigenschaften während des Glühprozesses vermieden wird. Um zu verhindern, dass weitere Eigenspannungen beim Spannungsarmglühen durch das Aufheizen und das Abkühlen entstehen, müssen Aufheizgeschwindigkeiten zwischen 10 und 50 K/h und Abkühlungsgeschwindigkeiten zwischen 25 und 50 K/h eingehalten werden.


Wärmebehandlung beim austenitischen Gusseisen mit Kugelgraphit

Wenn Gussteile aus austenitischem Gusseisen mit Kugelgraphit für statische oder zyklische Beanspruchungen bei Temperaturen oberhalb 500 °C eingesetzt werden sollen und enge Maßtoleranzen einzuhalten sind, wird ein Hochtemperatur-Stabilisierungsglühen empfohlen. Dabei wird mit einer Geschwindigkeit von maximal 150 K/h bis zu Glühtemperaturen im Bereich von 875 bis 900 °C aufgeheizt und anschließend im Ofen mit maximal 50 K/h auf 500 °C und weiter an Luft abgekühlt.

 

Randschichtbehandlungen

Zu den Randschichtbehandlungen werden das Oberflächenhärten (Flamm-, Induktions-, Laserstrahlhärten), die chemischthermischen Wärmebehandlungsverfahren, das Randschicht-Umschmelzen, das Randschicht-Umschmelzlegieren und Oberflächen-Umformen (Festwalzen, Glattwalzen, Kugelstrahlen) gezählt.

Unter Oberflächenhärten wird das Härten der Randschicht eines Gussteils verstanden. Dabei wird eine harte Oberfläche am Gussteil erzeugt, die einen hohen Verschleißwiderstand hat und hohe Flächenpressungen aufnehmen kann. Im Kern bleibt das Gussteil zäh und weicher und kann gut stoßartige und wechselnde Beanspruchungen aufnehmen. Die tiefer liegenden Gussteilbereiche werden in der kurzen Aufwärmzeit nicht bis auf Härtetemperatur erwärmt und bleiben deshalb ungehärtet.

Beim Flammhärten (Brennhärten) wird bei den zu härtenden Gussteilen die Randschicht ganz oder teilweise durch Brennerflammen in das Austenitgebiet erhitzt und durch eine Wasserbrause abgeschreckt und dadurch gehärtet (Bild 74). Es können Einhärtetiefen zwischen 2 und 10 mm erzeugt werden.
 

Bild 74: Prinzip des Flammhärten (Bild: Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Guiten)

 

Beim Induktionshärten wird die Wärme durch Induktion eines Wirbelstroms in das Gussteil erzeugt. Eine Kupferspule, die der Gussteilgeometrie angepasst sein muss, wird mit einem hochfrequenten Wechselstrom betrieben und dadurch ein Wirbelstrom in der Randschicht induziert (Bild 75). Eine nachgeführte Wasserbrause schreckt anschließend die Randschicht ab. Die Einhärtetiefe ist abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit der Spule, der Stromstärke und der Stromfrequenz.
 

Bild 75: Prinzip des Induktionshärten (Bild: Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Guiten)

 

Beim Laserstrahlhärten erfolgt der Energieeintrag über einen Laserstrahl. Verwendet werden als Strahlquellen CO2-Laser und NdYAG-Laser. Das Härten mit einem Laserstrahl erfolgt punktgenau. Das Abkühlen erfolgt meist durch Selbstkühlung durch den Gussteilwerkstoff, dessen Wärmeleitung sehr groß ist. Die sehr rasche Wärmeabfuhr in den kalten Grundwerkstoff des Gussteils führt dazu, dass zum Beispiel auf eine Wasserbrause verzichtet werden kann.

Bei Laufflächen eines Getriebedeckels aus EN-GJS-600-03 ergab sich durch Laserstrahlhärten auf eine Tiefe von 0,5 mm eine Oberflächenhärte von annähernd 800 HV. Verwendung fand ein CO2-Laser. Die auftreffende Leistung lag bei 1300 W, die Vorschubgeschwindigkeit bei 1 m/min. Es trat praktisch kein Verzug auf [70]. 

Eine spezielle Art des Laserstrahlhärtens ist das Punkthärten einer Oberfläche. Mit dem Laserstrahl werden nur einzelne Punkte gehärtet, die auf der Oberfläche ein bestimmtes Muster bilden. Das Punkthärten von Gusseisen mit Kugelgraphit erfolgte mit einem CO2-Laser. Die Mikrohärte erreicht 900 bis 1000 HV. Das Mikrogefüge besteht aus Martensit mit eingelagerten Graphitkugeln [71].

Bei einem austenitisch-ferritischen Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) (870 °C/2 h/ 370 °C/1 h) wurde vor dem Laserstrahlhärten die Probenoberfläche mit Ruß beschichtet, um die Laserstrahlung besser zu koppeln. Verwendung fand ein 1,5-kWCM-CO2-Laser. Eingetragen wurde eine Leistung zwischen 500 bis 800 W. Der Laserstrahldurchmesser lag bei 2 mm und die Vorschubgeschwindigkeit bei 60 mm/s. Es wurde eine Oberflächenmikrohärte von 850 bis 1200 HV erreicht. Die gehärtete Schicht war etwa 0,3 mm dick [72].

Das Elektronenstrahlhärten erfolgt durch einen gebündelten Elektronenstrahl im Hochvakuum. Beim Oberflächenhärten von Gussteilen wird dieses Verfahren selten angewendet. 

 

Chemisch-thermische Verfahren

Zu den interessierenden chemisch-thermischen Wärmebehandlungverfahren gehören vor allem das Nitrieren, Chromatieren, Aluminieren und Borieren. Nachfolgend wird nur auf das Nitrieren eingegangen.

Nitrieren ist eine chemisch-thermische Behandlung zur Diffusionssättigung der Randschicht bei Stahl- oder Gusseisenteilen mit Stickstoff beim Erwärmen in einem stickstoffhaltigen Medium. Das Nitrieren verfolgt den Zweck, durch Aufnahme von Stickstoff in die Randschicht, die Härte, den Verschleißwiderstand, die Dauerfestigkeit und auch die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.

Die Vorgänge beim Nitrieren basieren auf dem Zustandsdiagramm Eisen - Stickstoff. Beim Nitrieren unterhalb der eutektoiden Temperatur sättigt sich zunächst der α-Mischkristall mit Stickstoff an. Dann bildet sich das Nitrid Fe4N (γ´-Phase). Nach deren Sättigung entsteht als weitere Phase das Nitrid Fe2N (ε-Phase). Die Härte der Randschicht beruht nicht auf der Martensitbildung. Damit entfällt das Abschrecken. Die Nitrierschichtdicke beträgt 0,05 bis 1,2 mm.

Das Nitrieren wird in Salzbädern oder in einer Gasphase durchgeführt. Das Badnitrieren erfolgt in Zyansalzbädern und ist wegen der gleichzeitig ablaufenden Aufkohlung eigentlich ein Carbonitrieren. Die verwendeten Salzbäder bestehen entweder aus Natrium- oder Calciumzyanid mit geringen Zusätzen an Chloriden. Eine Aufkohlung der Randschicht ist bei Gusseisen mit Kugelgraphit nicht notwendig.

Das Gasnitrieren basiert auf der Verwendung von Ammoniak, der bei den angewendeten Temperaturen zwischen 500 und 560 °C thermisch dissoziiert. Damit steht der benötigte atomare Stickstoff an der Gussteiloberfläche zur Verfügung. Die Nitrierdauer ist relativ lang. Eine Verringerung der Nitrierdauer ist durch Nutzung von Glimmentladungen und Zusatz oxidierender Gase möglich.

Im Bild 78 sind für das Gasnitrieren Nitrierkurven für Gusseisen mit Kugelgraphit der Sorte GJS-400-15C (Strangguss) dargestellt. Bei einer Nitriertemperatur von 510 °C und einer Nitrierdauer von 36 Stunden wurde eine Nitrierhärtetiefe von 0,2 mm (Kurve a) sowie bei einer Nitriertemperatur von 580 °C und einer Nitrierdauer von 5 Stunden eine Nitrierhärtetiefe von 0,1 mm erreicht (Kurve b) [34]. 
 

Bild 78: Nitrierkurven für GJS-400-15C Strangguss)

Diese Untersuchungen zeigen, dass Gusseisen mit Kugelgraphit genau so wie Stahl erfolgreich nitriert werden kann. Angewendet wurde das Gasnitrieren bei einem Zahnkranz aus Gusseisen mit Kugelgraphit der Sorte GJS-400-15C (Bild 79). Dieser Zahnkranz hat folgende Merkmale: Modul 3,5, 20 Zähne, Grundkreis 63 mm, 44 Einheiten Mindesthärte auf den nitrierten Zahnflanken, Innen- und Außendurchmesser nach dem Nitrieren geschliffen. Die Anforderungen an das Nitrieren des Zahnkranzes konnten wie bei einem Stahlzahnkranz voll erfüllt werden [34].

 

Beschichten

Beschichten ist das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf Werkstücke. Das Beschichten ist die Hauptgruppe 5 der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 als Bezeichnung für eine Gruppe verschiedener Fertigungsverfahren, bei denen ein Beschichtungswerkstoff auf ein Werkstück aufgebracht wird und eine fest haftende Schicht bildet. Dabei kann es sich um eine dünne oder eine dicke Schicht handeln. Die Unterscheidung ist nicht genau definiert und orientiert sich am Beschichtungsverfahren und Anwendungszweck.

Die Hauptgruppe 5 umfasst das

  • Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigem Zustand (zum Beispiel Aufdampfen),
  • Beschichten aus dem flüssigen, breiigen oder pastenförmigen Zustand (zum Beispiel Anstreichen, Spritzlackieren, Tauchemaillieren, Auftragsschweißen),
  • Beschichten aus dem ionisierten Zustand durch elektrolytisches oder chemisches Abscheiden (zum Beispiel Galvanisieren),
  • Beschichten aus dem festen (körnigen oder pulverigem) Zustand (zum Beispiel Pulverbeschichten).

Das Beschichten von Oberflächen ist ein sehr variantenreiches Gebiet. Für das Gusseisen mit Kugelgraphit werden einige ausgewählte Bespiele vorgestellt.


Emaillieren

Zum Emaillieren wird der Beschickungswerkstoff (Emailleschlicker) durch Tauchen oder Spritzen auf die zu beschichtende Oberfläche aufgetragen. Nach einem Trocknungsprozess des Emailleschlickers wird dieser bei Temperaturen von 700 bis 900 °C gebrannt. Das Emaillieren wird für korrosionsbeständige, hitzebeständige und dekorative Beschichtungen angewendet. Im Bild 80 sind emaillierte und komplett in der Gießerei montierte Hydranten dargestellt. Die Gießereien bieten auf diesem Gebiet nicht nur Gussleistungen an, sondern entwickeln auch eigene Emaillierungen und realisieren auch andere Beschichtungslösungen für die Verbesserung der Ästhetik der Gussoberfläche und den Korrosionsschutz. Zudem werden komplette Bearbeitungsleistungen einschließlich der Montage angeboten. 
 

Bild 80: Emaillierte Hydranten aus Gusseisen mit Kugelgraphit (Bild: Düker, Laufach)

 

Pulverbeschichten

Das umweltfreundliche lösungsmittelfreie Pulverbeschichten ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem in der Regel elektrisch leitfähiger Werkstoff mit Pulverlacken beschichtet wird. Dabei wird das Pulver elektrostatisch oder tribostatisch auf die zu beschichtende Oberfläche aufgesprüht und anschließend eingebrannt. Vorher ist die Oberfläche gut zu entfetten und gegebenenfalls mit Korrosionsschutzmitteln zu behandeln. Die Einbrenntemperaturen variieren stark. Typische Einbrenntemperaturen liegen zwischen 140 und 200 °C. Typisch sind Pulverlacke auf Basis von Polyurethan-, Epoxid- oder Polyesterharzen. Durch das Einbrennen soll ein dauerhaftes Anhaften und eine gleichmäßige dichte Beschichtung erreicht werden, was teils durch Koagulation, teils durch Anschmelzen der Partikel erfolgt. Durch unterschiedliche Oberflächenstruktur (glatt, strukturiert, Feinstruktur, Hammerschlag) und entsprechende Pigmente können praktisch fast alle Oberflächeneffekte erzielt werden. Im Bild 81 sind pulverbeschichtete Führungsstangen zu sehen.
 

Bild 81: Pulverbeschichtete Führungsstangen aus Gusseisen mit Kugelgraphit (Bild: Düker, Laufach)

Verzinken

Bei duktilen Rohren aus Gusseisen mit Kugelgraphit wird für den Außenschutz ein Zinküberzug aufgebracht. Dieser Zinküberzug besteht aus aufgebrachten Spritzverzinkungen mit metallischem Zink. Für das Verzinken wird ein Zinkdraht in einer Flamme oder einem elektrischen Lichtbogen aufgeschmolzen. Das flüssige Zink wird im Luftstrom auf das rotierende Rohr geschleudert.

Das Zink besitzt einen aktiven Schutzcharakter auf elektro-chemischer Basis und wird seinerseits durch eine bitumöse Deckbeschichtung passiv geschützt. Deshalb kommt es vor allem für den Korrosionsschutz bei Bauwerksteilen aus Stahl und auch aus Gusseisen zum Einsatz, wie bei den im Bild 82 gezeigten napfförmigen Verbindungsstücken für das Stahltragwerk der wärmedämmenden wabenförmigen Tragwerkshallen der beiden Tropenhäuser des „Eden Projects“ von Cornwell (GB), die sich zu einem Besuchermagnet entwickelt haben. Diese Teile wurden aus Gründen des Korrosionsschutzes und der Angleichung des Aussehens an die ebenfalls verzinkte Stahlkonstruktion feuerverzinkt. Die etwa 80 kg Gussteile wurden im Sandguss aus den Legierungen EN-GJS-400-18 und EN-GJS-500-7 entsprechend den statischen Berechungen gegossen und entsprechend vorbehandelt.
 

Bild 82: Verzinkte Napfknoten für das Stahlskelett des Tropenparks „Eden Projekt“ in Cornwall (GB), Gussteile in zwei unterschiedlichen Ausführungen aus EN-GJS-400-18 und EN-GJS-500-7, Gewicht etwa 80 kg (Bild: Pleißner, Elze)

 

Vernickeln

Das galvanische Beschichten erfolgt als elektrochemische Abscheidung von metallischen Schichten auf metallischen Gegenständen. Dabei wird durch ein elektrolytisches Bad Strom geschickt. Am Pluspol (Anode) befindet sich das Metall, das aufgebracht werden soll (beispielsweise Nickel), am Minuspol (Kathode) der zu beschichtende Gegenstand (in diesem Fall das Gussteil). Der elektrische Strom löst dabei Metallionen von der Verbrauchselektrode ab und lagert sie auf der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstands ab. Je länger sich der zu beschichtende Gegenstand im elektrolytischen Bad befindet, umso dicker wird die Metallschicht. Das Aussehen einer Nickelschicht ist stark vom Einhalten der optimalen Verfahrensparameter abhängig (Glanz- und Zusatzstoffe, Metallionengehalt, Temperatur, pH-Wert).

Bei Castoren (Cask for Storage and Transport of Radioavtive Material) wird beispielsweise an der Innenseite elektrolytisch eine Nickelschicht von 3 mm Dicke aufgetragen [73] (Bild 83). An einem Castor mit einer Höhe bis zu 5,9 m, einem Durchmesser von 2,5 m und einem Gewicht von 96 t befindet sich eine zu beschichtende Innenfläche von 30 m2. Für die Innenbeschichtung wird 1 t Nickel gebraucht.
 

Bild 83: Schliffbild von der vernickelten Castor-Innenfläche (Bild: MTV Metallveredlung, Solingen)

Randschicht-Umschmelzen

Randschicht-Umschmelzen ist ein Sammelbegriff für eine Gruppe von speziellen Randschicht-Behandlungsverfahren, gekennzeichnet durch energieintensiven Wärmeeintrag mit einer Leistungsdichte von mehr als 105 W/cm2 und hohen Aufheizgeschwindigkeiten von 107 bis 109 K/s der Randschicht über die Schmelztemperatur mit örtlichem Aufschmelzen und nachfolgender Erstarrung mit hohen  Abkühlungsgeschwindigkeiten von 104 bis 107 K/s durch Wärmeabfuhr in die nicht umgeschmolzenen Werkstoffbereiche mit dem Ziel des Härtens (Randschicht-Umschmelz-Härten), oder des Legierens (Randschicht-Umschmelz-Legieren). Als Erwärmungsquellen kommen Lichtbogen, Hochfrequenzinduktion, Laserstrahlen und Elektronenstrahlen zur Anwendung.

Die Laserstrahlbehandlungen von Randschichten zeichnen sich durch eine spezielle Eigenschaft aus: Die Bahnen der Laserstrahlen sind sehr genau und leicht steuerbar. Dadurch lassen sich spezielle geometrische Muster für die Laserstrahlbehandlung auf den Oberflächen von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen erzeugen (Honigwabenmuster, Mäandermuster u.a.m.), die das tribologische Verhalten (Reibung, Schmierung und Verschleiß) von Reibpaarungen sehr positiv beeinflussen.


Randschicht-Umschmelz-Härten

Randschicht-Umschmelz-Härten ist eine spezielle Variante zum Erzeugen von feinkristallinen Randschichtgefügen durch energieintensives kurzzeitiges Erwärmen der Randschicht auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes mit nachfolgendem Erstarren bei hohen Abkühlungsgeschwindigkeiten. Beim Gusseisen mit Kugelgraphit erfolgt dabei die Erstarrung nach dem metastabilen System. Es entsteht eine weißerstarrte Randschicht aus Ledeburit und Martensit und eine darunter liegende gehärtete Schicht.

Mit einem CO2-Laser wurde die Randschicht von einem Gusseisen mit Kugelgraphit der Sorte EN-GJS-400-12 umschmelzgehärtet. Die umgeschmolzene Schicht bestand aus einem feinkörnigen Mikrogefüge aus Austenit und Ledeburit. Die Graphitkugeln waren von einer dünnen martensitischen Schicht umgeben. Die gehärtete darunter liegende Schicht enthielt Martensit, Restaustenit und Ferrit an den Graphitkugeln. Die Mikrohärte erreichte 1000 HV100 bis zu einer Tiefe von etwa 100 μm. Bis zu 500 μm Tiefe lag die Mikrohärte bei etwa 850 HV100. [74]. Bild 84 zeigt schematisch die durch die Laserbestrahlung beeinflussten Zonen in der Randschicht.
 

Bild 84: Schematische Darstellung des Laserstrahlumschmelzens und der beeinflussten Randschicht

 

Ein Randschichtumschmelzen kann auch so durchgeführt werden, dass ein kontrolliertes Liniennetzwerk aus weiß erstarrtem Gusseisen in der Randschicht erzeugt wird, eine Mosaikstruktur. Mit einem CO2-Laser wurden bei einem Gusseisen mit Kugelgraphit der Sorte EN-GJS-400-12 umgeschmolzene Linien von 1,6 mm Breite erzeugt. Das Mikrogefüge der umgeschmolzenen Schicht enthielt Ledeburit und Martensit.


Randschicht-Umschmelzlegieren

Randschicht-Oberflächen-Legieren ist ein Sammelbegriff für alle Verfahren zum Legieren einer Randschicht durch energieintensive kurzzeitige lokale Erwärmung auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts und Abkühlen (Erstarren) durch intensive Wärmeabfuhr in die benachbarten Werkstoffbereiche. Die Zufuhr von Legierungselementen erfolgt während des Schmelzens oder durch vorheriges Aufbringen von Schichten.

Bei einem Gusseisen mit Kugelgraphit mit 3,4 % C; 2,8 % Si; 0,3 % Mn und 0,06 % Mg wurde mit einem CW-YAG-Laser in der Randschicht beim Umschmelzen mit Chrom oder Wolfram oberflächenlegiert [75]. Die Laserleistung lag bei 500 bis 700 W, der Laserstrahldurchmesser bei 2 mm an der Oberfläche, die Vorschubgeschwindigkeit bei 1 bis 5 mm/s. Die Gusseisenoberfläche wurde vorher mit dem Metallpulver beschichtet oder das Legierungselement wurde elektrolytisch aufgetragen. Durch das Randschicht-Umschmelz-Legieren mit Chrom entstanden in der Randschicht Chromcarbide (Cr7C3). Die Oberflächenmikrohärte betrug mindestens 950 HV01. Beim Oberflächenlegieren mit Wolfram enthielt die Randschicht Wolframcarbid ((Fe,W)6C6) und Fe3C). Als Oberflächenmikrohärte wurden 1300 HV01 erreicht. Diese Carbide lagen in einer metallischen Grundmasse aus Martensit und Restaustenit.

Beim Randschicht-Umschmelz-Legieren mit einem 2000-W-CW-CO2-Laser wurden in ein perlitisches Gusseisen mit Kugelgraphit mit 3,62 % C; 2,32 % Si; 0,36 % Mn; 0,57 % Cu; 0,036 % Mg und 0,030 % Ce Wolframcarbidteilchen eingebracht [76]. Die Gusseisenoberfläche wurde mit Wolframcarbidpulver mit einem organischen Bindemittel beschichtet. Die Pulverteilchen hatten eine Korngröße von < 0,071 mm. Die Laserleistung wurde mit 1500 und 1800 W eingestellt. Der Laserstrahldurchmesser lag bei 4 mm, die Vorschubgeschwindigkeit bei 2,5 bis 15 mm/s. Nach der Laserstrahlbehandlung ergab sich folgender Schichtaufbau: Eine Schicht mit Wolframcarbid und einem Wolframgehalt bis zu 17 %, eine wärmebehandelte Übergangsschicht mit Austenit und Ledeburit. Die Tiefe der aufgeschmolzenen Schicht lag bei 0,4 bis 0,8 mm. Die Oberflächenmikrohärte erreichte 1500 HV. 

 

Oberflächenverformen

Zum Verformen der Oberflächen von Gussteilen kommen mehrere Verfahren zur Anwendung, die zum Einstellen bestimmter Eigenschaften zum Einsatz kommen.

Das Festwalzen ist eine örtliche plastische Verformung durch Querwalzen mit dem Ziel, in der Randschicht des Gussteils Druckeigenspannungen zu erzeugen.

Das Glattwalzen ist ein fortschreitendes Druckumformen der oberflächennahen Bereiche eines Gussteils mit dem Ziel, die Oberflächenrauheit zu verringern. Gleichzeitig findet auch eine Kaltverfestigung der Randschicht statt.

Unter Kugelstrahlen versteht man das Strahlen metallischer Werkstoffe mit kugeligem Strahlmittel (Stahlkugeln) zum Erzeugen von Druckeigenspannungen in der Randschicht von Gussteilen, um die Schwingfestigkeit von gegossenen Bauteilen zu verbessern.


Festwalzen/Glattwalzen

Bei Untersuchungen zum Festwalzen von zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit mit einer Zugfestigkeit von 1000 N/mm2 wurden zylindrische Proben mit einem Einrollenwalzdorn bei einer Drehzahl von 355 Umdrehungen/min und einem Vorschub von 0,19 mm je Umdrehung auf einer Zugspindeldrehmaschine bearbeitet. Die Walzkraft wurde mit 1500, 2000, 2500 und 3000 N festgelegt. Im Bild 85 ist die mittlere Rauhtiefe Rtm in Abhängigkeit von der Walzkraft dargestellt. Die mittlere Rautiefe sinkt zunächst mit zunehmender Walzkraft stark ab, durchläuft ein Minimum und steigt dann wieder stark an. Die Verringerung der Rautiefe bis zu einem Minimalwert von 4 μm ist auf eine zunehmende Glättung des Oberflächenfeinprofils zurückzuführen. Der anschließende Anstieg der Rautiefe hat eine Zerstörung der Randschicht als Ursache. Durch Mikrohärtemessungen als Funktion des Randabstands wurden eine Verfestigungstiefe von 550 μm und ein Verfestigungsgrad von 1,45 errechnet. Der maximale Wert der Mikrohärte in unmittelbarer Randnähe lag bei 1400.
 

Bild 85: Mittlere Rautiefe in Abhängigkeit von der Walzkraft
Ausgangsrautiefe:
Probe 2: 30,2; 29,6; 22,5; Dmr. 27,43 μm
Probe 6: 12,5; 16,5; 15,5; Dmr. 14,83 μm
Probe 6 (3000 N): 14,0; 15,6; 19,2 μm

 

Im Bild 87 wird die Schwingfestigkeit von Kurbelwellen aus Gusseisen mit Kugelgraphit der Sorte EN-GJS-700-2 gezeigt, bei denen die Übergangsradien entweder nitriert oder festgewalzt wurden [78]. Deutlich erkennbar ist, dass die Schwingfestigkeit durch Nitrieren spürbar verbessert werden kann. Durch Festwalzen kann demgegenüber eine noch wesentlich höhere Schwingfestigkeit erreicht werden.
 

Bild 87: Schwingfestigkeit von Kurbelwellen aus Gusseisen mit Kugelgraphit ohne Randschichtbehandlung, nitriert und fest gewalzt

 

Bei Untersuchungen zum Glattwalzen von zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit [79] wurden zylindrische Stäbe nach der Wärmebehandlung überschliffen und auf einer Zugspindeldrehmaschine mit Diamantwerkzeugen geglättet. Bei diesen Untersuchungen wurden die Glättspannung, die Anzahl der Glättdurchgänge und der Radius des Glättdiamanten variiert. Die Drehzahl und der Vorschub blieben konstant. Im Bild 88, das die Mikrohärte in Abhängigkeit vom Randabstand zeigt, ist die durch das Diamantglätten erzielte Verfestigung der Randschicht deutlich sichtbar. Die Tiefe der verfestigten Randschicht erreicht dabei 400 bis 500 μm. Die Mikrohärte am Rand steigt von etwa 400 auf rund 700 Härteeinheiten. Bei den durchgeführten Glättversuchen konnte auch eine Verformung der Graphitkugeln in der Randschicht beobachtet werden. Durch Auswertung dieser Graphitkugelverformung konnte auf einen Umformgrad von 40 in der Randschicht geschlossen werden.
 

Bild 88: Abhängigkeit der Mikrohärte vom Randabstand einer Probe aus ADI nach dem Schleifen und dem Diamantglätten

 

Bei Untersuchungen zum Erhöhen der Schwingfestigkeit von Bauteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit wurden an abgestuften Wellen aus EN-GJS-400-18, ENGJS-600-3, EN-GJS-800-2 (vergütet) und EN-GJS-900-2 (zwischenstufenvergütet) die Biegewechsel- und die Biegeschwellfestigkeit die Übergangsradien fest gewalzt. Die Ergebnisse (Bild 89) [80] wurden mit den Schwingfestigkeit von Proben mit gedrehten Übergangsradien verglichen. Durch das Festwalzen der Übergangsradien konnten die Dauerfestigkeit und die Betriebsfestigkeit wesentlich erhöht werden.
 

Bild 89: Wöhlerlinie für abgesetzte Wellen aus EN-GJS-600-3 unter Biegung im gedrehten Zustand und mit fest gewalzten Übergangsradien

 

Schwingfestigkeitsuntersuchungen (Zeit-, Dauer- und Betriebsfestigkeitskennwerte bei Wechsel- und Schwellbeanspruchung) an Proben aus EN-GJS-400-15, EN-GJS-700-2 und EN-GJS-1000-5 mit geschliffenen, festgewalzten, induktionsgehärteten und induktiv gehärteten, angelassenen und fest gewalzten Übergangsradien zeigten, dass durch die genannten Randschichtbehandlungen die Schwingfestigkeiten deutlich erhöht werden konnten [81].

Auch das Festwalzen, das Kalibrieren und das Kugeldrücken an Querbohrungen bei abgesetzten Wellen aus Gusseisen mit Kugelgraphit EN-GJS-700-2 führen zu einer Erhöhung der Torsionsschwingfestigkeit bei wechselnder Beanspruchung. Beim Kalibrieren wurde eine Stahlkugel durch die gesamte Bohrung gedrückt. Beim Kugeldrücken wurde eine Stahlkugel beidseitig in die Bohrungsansenkung gedrückt. Die relative Steigerung der Torsionswechselfestigkeit ist im Bild 90 [82] dargestellt. Die wirksamste Maßnahme war dabei das Kalibrieren.
 

Bild 90: Relative Steigerung der Torsionswechselfestigkeit von induktionsgehärteten Bauteil ähnichen Proben aus EN-GJS-700-2 und dem Stahl C45E V

 

Kugelstrahlen

An Proben aus zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) mit einer Zugfestigkeit von 1135 N/mm2 wurde das Biegewechselverhalten an glatten Proben nach einem Kugelstrahlen und/oder einem Festwalzen ermittelt. Beim Kugelstrahlen bilden sich in der Randschicht hohe Druckeigenspannungen auf.


Gewinderollen

Die gute Umformbarkeit des Gusseisens mit Kugelgraphit erlaubt auch das Gewinderollen. Am Beispiel eines Brückenfittings wurde an der Spindel aus EN-GJS-400-18 ein Trapezgewinde M 48 x 4 mit einer Gewindelänge von 180 mm durch Gewinderollen hergestellt [83].

Weiterführende Informationen zum Werkstoff Gusseisen mit Kugelgraphit

Autoren und Quellen

Autoren:

Dr. Ch. Bartels, DI R. Gerhards, Prof. H. Hanselka, Prof. K. Herfurth, Dr. H. Kaufmann, DI W. Kleinkröger, Dr. M. Lampic, Dr. H. Löblich, Dr. W. Menk, Prof. G. Pusch, Dr. T. Schmidt, DI K.-H. Schütt, DI P. Tölke, Prof. E. P. Warnke

Quellen:

1] DRP, Aktz. G 98 710 VI/18b, 28.9.1939.
[2] Piwowarsky, E.: Hochwertiges Gusseisen. Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1953.
[3] Donoho, C. K.: Iron Age 24 (1949) Febr., S. 97.
[4] International Standard ISO 17804.
[5] Werning, H., u. a.: konstruieren + giessen 25 (2000) H. 2, S. 1 - 82.
[6] Steller, I.: konstruieren + giessen 28 (2003) H. 2, S. 22 - 24.
[7] Röhrig, K.: konstruieren + giessen 28 (2003) H. 1, S. 2 - 14.
[8] Kallen, W., u. K. Röhrig: konstruieren + giessen 26 (2001) H. 4, S. 17 - 39.
[9] Röhrig, K.: konstruieren + giessen 28 (2003) H. 3, S. 31 - 32.
[10] Röhrig, K.: konstruieren + giessen 29 (2004) H. 2, S. 2 - 33.
[11] Röhrig, K.: konstruieren + giessen 24 (1999) H. 1, S. 4 - 74.
[12] Herfurth, K.: konstruieren + giessen 32 (2007) H.1, S. 2 - 13.
[13] Herfurth, K, N. Ketscher u. M. Köhler: Giessereitechnik kompakt. Giesserei-Verlag, Düsseldorf 2003.
[14] Kirgin, K.: Engineered Casting Solutions 8 (2006) H. 5, S. 37 - 42.
[15] Statistik DGV, Düsseldorf 2007.
[16] Lux, B.: Giessereiforschung 22 (1970) H. 2, S. 1 - 14 und H. 4, S. 1 - 18.
[17] Herfurth, K.: Dissertation, Fakultät für Bergbau und Hüttenwesen, Bergakademie Freiberg, 1963.
[18] Herfurth, K., u. E. Ziegler: Gießereitechnik 24 (1978) H. 6, S. 171 - 175.
[19] Herfurth, K.: Giesserei-Rundschau 51 (2004) H. 3/4, S. 61 - 63.
[20] Reek, R.: Topologieoptimierung eines Pressenständers, 2. Fassung, Institut für Gießereitechnik GmbH, Düsseldorf 2002.
[21] VDG-Merkblatt K 200, Düsseldorf 2005.
[22] ASME: Boiler and Pressure Vessel Code, 2001.
[23] Europäische Druckgeräte-Richtlinie 97/23/EC, 1997.
[24] Steller, I.: Europäische Druckgeräte-Richtlinie – Konsequenzen für Gießereibetriebe. Giesserei 89 (2002) H. 5, S. 83 - 86.
[25] AD-Merkblätter, Verband der Technischen Überwachungs-Vereine e.V. (VdTÜV), 2000.
[26] FKM-Richtlinie, Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile aus Stahl-, Eisenguss- und Aluminiumwerkstoffen, VDMA-Verlag 2002, 4. erweiterte Ausgabe.
[27] FKM-Richtlinie, Bruchmechanischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile, VDMA-Verlag 2001.
[28] Hänel, B.: konstruieren + gießen 21 (1996) H. 3, S. 30 - 39.
[29] Schmidt, Th.: konstruieren + gießen 28 (2003) H. 1, S. 15 - 21.
[30] Kaufmann, H.: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit LBF, Darmstadt, Bericht-Nr. FB 214, LBF, Darmstadt 1998.
[31] Kaufmann, H. u. a.: Leitlinie zur Bewertung von Einflussgrößen auf zyklisch beanspruchte Eisengussbauteile, Teil 1: Betriebsfestigkeit (Entwurf), VDG-Fachausschuss „Konstruieren in Guss“.
[32] Regulations for the Certificationof Wind Energy Conversion Systems, Germanischer Lloyd, 1999.
[33] Gundehus, H., u. H. Zenner: Leitfaden für eine Betriebsfestigkeitsrechnung. Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf 1999.
[34] Herfurth, K.: konstruieren + giessen 30 (2005) H. 3, S. 2 - 17.
[35] Rapid Prototyping und Rapid Tooling im Feinguss. konstruieren + giessen 30 (2005) H. 1 (diverse Veröffentlichungen).
[36] Feingießen - Verfahren, Werkstoffe, Eigenschaften. Sonderdruck, ZGV Düsseldorf.
[37] unveröffentlichtes Manuskript. BoschRexroth, Lohr.
[38] Prospekte BoschRexroth, Lohr.
[39] Kraft., K.: Urformen. Verlag Technik Berlin 1982.
[40] konstruieren + giessen 1 (1976) H. 4, S. 28 - 30. [41] Fussenegger , F.. u. a.: konstruieren + giessen 23 (1998) H. 2, S. 14 - 19.
[42] Ishorst, B.: konstruieren + giessen 31 (2006) Nr. 2, S. 27 - 28.
[43] Polzin, H.: konstruieren + giessen 27 (2002) H. 4, S. 15 - 19.
[44] Weis, W.: Giess. Rundschau 30 (1983) Nr. 6, S. 12 - 14 u. 19 - 30.
[45] Swager, W. L., u. a.: Trans. Am. Foundrymen´s Soc. 90 (1982) S. 811 - 819.
[46] Hasse, S.: Duktiles Gusseisen. Schiele & Schön, Berlin 1996.
[47] Thielemann, T.: Gießereitechnik 16 (1970) Nr. 1, S. 16 - 24.
[48] Herfurth, K.: Gießereitechnik 10 (1964) Nr. 11, S. 371 - 374.
[49] Heine, R. W.: Giess.-Prax. (1990) H. 8, S. 123 -129.
[50] Piwowarsky, E.: Die Neue Gießerei, Techn. wiss. Beih. 1 (1949) Nr. 1, S. 23 - 31.
[51] Skaland, T.: Dr.-Ing. Diss. Univ. Trondheim 1992- 33.
[52] Wehling, Rembs, Lampic: Giesserei (demnächst).
[53] Ebner, J., R. Hummer und R. Schlüsselberger: Giesserei 84 (1997) H. 12, S. 40 u. 43 - 48.
[54] Walz, M.: Diplomarbeit, Inst. f. Metallurgie, TU Clausthal, Aug. 2002.
[55] Hummer, R.: Giess.-Prax. (1989) H. 9/10, S. 142 - 152.
[56] Koch, H., u. K. Herfurth: Neue Hütte 19 (1974) H. 12, S. 730 - 734.
[57] Herfurth, K.: Giesserei-Praxis (2003) H. 3, S. 99 - 106.
[58] Shinohara, H., u. a.: J. of the Japan Foundry Engineering Soc. 78 (2006) H. 9, S. 464 - 469.
[59] Solcev, L. A., u., A. A. Pavljucenko: Gießereitechnik 27 (1981) H. 3, S. 73 - 75.
[60] Herfurth, K.: Giesserei-Praxis (2003) H. 4, S. 137 - 142.
[61] Wolters, D. B.: konstruieren + giessen 14 (1989) Nr. 1, S. 11 - 37. (Sonderdruck in ZGV erhältlich)
[62] Herfurth, K., u. N. Ketscher: Gießereitechnik 20 (1974) H. 5, S. 155 - 161.
[63] Herfurth, K., u. N. Ketscher: Freiberger Forschungshefte B178 (1975) S. 23 - 52.
[64] Motz, J. M.: Gießerei, technisch-wiss. Beihefte (1957) Nr. 18, S. 943 - 953.
[65] Jonuleit, M., K. Herfurth u. H.-U. Pasewald: Gießereitechnik 23 (1977) H. 2, S. 35 - 38.
[66] Jonuleit, M., K. Herfurth u. H.-U. Pasewald: Gießereitechnik 23 (1977) H. 6, S. 163 – 166.
[67] Röhrig, K., u. W. Fairhurst: Wärmebehandlung von Gusseisen mit Kugelgraphit-ZTU-Schaubilder Gießerei-Verlag GmbH Düsseldorf 1979.
[68] Voigt, R. C., u. C. R. Loper jr.: AFS Trans. 90 (1982) S. 239 - 255.
[69] Jonuleit, M., K. Herfurth u. F. Tranta: Freiberger Forschungsheft B 184 (1975) S. 107 - 124.
[70] Hoedtke, G.: VDI-Z. 133 (1991) Spec. VI, Nov., S. 56 - 58.
[71] Papaphilippou, C., u. M. Jeandin: J. of Mater. Sci. Lett. 15 (1996) H. 12, S. 1064 - 1066.
[72] Roy, A., u. I. Manna: Indian Foundry J. 43 (1997) H. 2, S. 13 - 22.
[73] MTV Metallveredlung, Solingen, Firmenprospekt.
[74] Grum, J., u. R. Sturm: Mater. Characterization 37 (1996) H. 2/3, S. 81 - 88.
[75] Tsujikawa, M., u. a.: Trans. of the Jap. Foundrymens Soc. 14 (1995) Dez., S. 65 - 68.
[76] Jingjie, G., u. a.: Cast Metals 4 (1992) H. 4, S. 233 - 236.
[77] Gottschalk, U., u. K. Herfurth: Fertigungstechnik und Betrieb 30 (1980) H. 10, S. 603 - 607.
[78] Jacob-Gilgen, E.: Technica (1970) H. 11, S. 957 - 970.
[79] Herfurth, K., u. a.: Fertigungstechnik und Betrieb 29 (1979) H. 11, S. 686 - 689.
[80] Heuler, P., M. Hück u. H. Walter: konstruieren + giessen 17 (1992) H. 3, S. 15 - 27.
[81] Sonsino, C. M., H. Kaufmann u. A. Engels: konstruieren + giessen 24 (1999) H. 4, S. 4 -16.
[82] Hirsch, T., u. P. Mayr: konstruieren + giessen 18 (1993) H. 2, S. 25 - 32.
[83] konstruieren + giessen 3 (1978) H. 3, S. 32.
[84] Motz, J. M.: Giesserei 69 (1982) H. 22, S. 633 - 641.
[85] ISO/TR 15608:2000.
[86] EN 1011-8: 02.2005.
[87] Ruge, J.: Schweißen und Löten von Gusseisen mit Kugelgraphit. Deutscher Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf 1960, S. 59 - 63.
[88] Pahl, E.: konstruieren + giessen 2 (1977) N. 1, S. 3 - 10.
[89] Schweißen von Sphäroguss. Intern. Nickel Deutschland, Düsseldorf 1969.
[90] DIN EN ISO 1071:2003.
[91] Kosfeld, G.: Giesserei 69 (1982) H.5 , S. 112 - 119.
[92] Schock, D.: Giesserei 69 (1982) H. 5, S. 125 - 127.
[93] Matting, A, u. K. Seifert: Schweißen und Scheiden 20 (1968) H. 6, S. 266 - 269.
[94] Tölke, P.: Giesserei 69 (1982) H. 5, S. 119 - 125.
[95] VDG-Merkblatt N 70, 1970.
[96] prEN 287-3: Prüfung von Schweißern für das Schmelzschweißen von Gusseisen.
[97] E. Hoffmann, K. Mazac u. P. Tölke: Vortrag, gehalten auf der 8. DVS/VDG-Sondertagung „Sicherung der Güte von Schweißverbindungen“, Hannover 26./27.04.2001.
[98] Tölke, P.: Giesserei 92 (2005) H. 4, S. 86 - 89.
[99] Die Verfahren der Schweißtechnik. Fachbuchreihe Schweißtechnik, Band 55, Deutscher Verlag für Schweißtechnik (DVS) GmbH, Düsseldorf.
[100] Kleinkröger, W, u. M. Sapahpour: Tagungsband zur 4. Sondertagung „Schweißen im Schiffbau und Ingenieurbau“, Hamburg am 2./3.April 2003.
[101] Christianus, D., u. K. Herfurth: Prüfung der Oberflächenrauheit mit Hilfe von Vergleichsmustern - DIN EN 1370. Sonderdruck ZGV, Düsseldorf.
[102] Bauer, W.: konstruieren + giessen 26 (2001) H. 4, S. 4 - 15.
[103] C. Bartels: Gießerei-Praxis, (2006) H. 5, S. 139 - 142.
[104] Sonsino, C. M., u. a.: Giessereiforschung 57 (2005) H. 4, S. 26 - 32.
[105] Austempered Ductile Iron Database“, ASME Gear Research Institute, Final Report, June 1989.
[106] Brandenberg, K., u. a.: Austempered Gears and Shafts: Tough Solutions, Applied Process Inc. Technologies Div.-Livonia, Michigan, USA, 2001.
[107] Gundlach, R. B., u. J. F. Janowak: Gießerei-Praxis (1987) H. 11, S. 171 - 177.
[108] Schmidt, I., u. A. Schubert: konstruieren + giessen, 13 (1988) H. 3, S. 18 - 23.
[109] Motz, J. M., u. E. Kress: konstruieren + giessen, 10 (1985) H. 2, S. 4 - 11.
[110] Keough, John R., u. K. L. Hayrynen: Carbidic Austempered Ductile Iron (CADI), Applied Process Inc. Technologies Div.Livonia, Michigan, USA, Nov. 2000.
[111] Röhrig, K.: konstruieren + giessen, 28 (2003) H. 1, S. 2 - 14.
[112] Giesserei 92 (2005) H.12, S. 46.
[113] Gilbert, G. N. J.: BCIRA 7 (1959) H. 10, S. 478 - 566.
[114] Gilbert, G. N. J.: Foundry Trade Journal (1964) S. 35 - 45.
[115] Röhrig, K.: konstruieren + giessen 9 (1984) H. 3, S. 4 - 21.
[116] Röhrig, K.: konstruieren + giessen 3 (1978) H. 4, S. 3 - 16.
[117] Reifferscheid, K. J., u. H. Träger: Gießerei Techn.-Wiss. Beihefte 15 81963) S. 99 - 105.
[118] Nechtelberger, E.: Eigenschaften unlegierter und niedrig legierter Gusseisen mit Lamellengraphit/ Kugelgraphit/Vermiculargraphit im Temperaturbereich bis 500 °C. Fachverlag Schiele & Schön, Berlin 1977.
[119] Löhe, D. O. Vöhringer u. E. Macherauch: Giesserei-Forschung 36 (1984) H. 2, S. 43 - 52.
[120] Angus, H. T.: Brit. Foundryman (1966) S. 407 -431.
[121] Mayer, H.: VDI-Berichte Nr. 469, S. 11 - 22, Düsseldorf 1983.
[122] Reifferscheid, K.: Gießerei-Praxis (1978) H. 19, S. 291 - 294.
[123] Baker, S. G., u. J. A. Pope: the Brit. Shippbuilding Res. Ass. Report No. 363. London 1961.
[124] Röhrig, K.: VDI-Z 127 (1985) Nr. 5, S. S27 bis S38.
[125] Forschungsbericht E-103. Institut für Gießereitechnik, Düsseldorf 1979, S. 70 - 71.
[126] Siefer, W., u. K. Orths: Giesserei-Forschung 33 (1981) H. 3, S. 109 - 118.
[127] Siefer, W.: Gießerei-Forschung 37 (1985) H. 1, S. 17 - 28.
[128] Löhe, D., O. Vöhringer u. E. Machrauch: Gießerei-Forschung 37 (1985) H. 3, S. 103 - 111.
[129] Löhe, D., O. Vöhringer u. E. Machrauch: Gießerei-Forschung 38 (1986) H. 1, S. 21 - 31.he Brit. Shipbuilding Res. Ass. Report No. 363, London 1961. in: Gießerei-Forschung 37 (1985) H. 3, S. 103 - 111.
[130] Dorazil, A., u. a.: Gießerei-Praxis (1985) H. 9/10, S. 109 - 123.
[131] Werner H., u. H. Werning: konstruieren + giessen 23 (1998) H. 1, S. 4 - 7.
[132] Sugestions for ductile iron production no 68. Rio Tinto & Titanium Inc., Montreal. [133] Ductile iron. Data for design engineers. Rio Tinto & Titanium Inc., Montreal, 1998.
[134] Pers. Mitteilung von Torbjörn Skaland, Vesta Castings, Kristiansand, März 2007.
[135] Röhrig, K.: Verschleißbeständige Gusswerkstoffe auf Eisenbasis. DGM-Symposium „Metallkundliche Aspekte des Verschleißes“. Bad Pyrmont 25. und 26. 10. 1979.
[136] konstruieren + giessen 13 (1988) H. 2, S. 4 - 12.
[137] Stauffer, W. A.: Schweizer Archiv 24 (1958) S. 218 - 230 u. 248 - 263.
[138] Prospekt der KSB AG.
[139] Wilson, F., und T. S. Eyre: Metals and Materials (1969) H. 3, S. 86 - 91.
[140] Stähli, G.: Gießerei 52 (1965) H. 13, S. 406 - 410.
[141] Reifferscheidt, K. J.: MTZ 23 (1962) H. 4, S. 108 - 113.
[142] Röhrig, K.: Gießerei-Praxis (1983) H. 1/2, S. 1 - 16.
[143] Mayr,P., H. Vetters und J. Walla: Gießerei-Forschung 38 (1986) H. 3, S. 86 - 98.
[144] Hauke, W., und K. Hornung: IHTM 38 (1983) S.72 - 77.
[145] Mannes, W., K. Hornung und H. Rettig: konstruieren + gießen 11 (1986) H. 4, S. 19 - 29.
[146] Opitz, H., u. K. Feitkamp: Gießerei 54 (1967) H. 23, S. 618 - 620.
[147] Katz, W.: Gießen für die Chemie. Sonderdruck ZGV 1970.
[148] A guide to the corrosion resistance of cast iron. BCIRA Broadsheet 118-2.
[149] The corrosion of cast iron. BCIRA J. 6 (1955/ 56) S. 165 - 177.
[150] Palmer, K. B.: BCIRA J. 29 (1981) S. 443 - 449.
[151] von Plessen, H., und H. Vogt: Werkstofftechnik 14 (1983) S. 141 - 147.
[152] Fonderie/Fondeur d’aujourd’hui (1982) Nr. 61, S. 19.
[153] Okorapor, O. E., und C. R. Loper Jr.: Gießerei- Praxis (1980) H. 11, S. 164 - 167.
[154] Tauscher, H., und I. Lenk: IFL-Mitteilungen 15 (1976) H. 7/8, S. 289 - 294.
[155] Palmer, K. B.: Corrosion fatigue properties of gray and nodular graphite cast irons. Proc. Quality Control of Engineering Alloys and the Role of Metal Science. Intern. Symposium, Delft (NL) 1997, S. 271 - 288.
[156] Fischer, E., F. Mahning und H. Walter: konstruieren + giessen 13 (1988) H. 2, S. 16 - 24.
[157] Pusch, G.: konstruieren + giessen 17 (1992) H. 3, S. 29 - 35 und H. 4, S. 4 -12 sowie 18 (1993) H.1, S. 4 - 11 und H.2, S. 4 - 10.
[158] Pusch, G.: konstruieren + giessen 23 (1998) H. 2, S. 20 - 28.
[159] BAM-GGR007: Leitlinie zur Verwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit für Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Stoffe. Rev. O. Juni 2002 Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung.
[160] Regelwerk Germanischer Lloyd: WindEnergie GmbH. Richtlinie vom 1. November 2003.
[161] Hübner, P.-V., u. a.: konstruieren + giessen 29 (2004) H. 3, S. 16 - 20.
[162] Zerbst, U., u. P. Hübner: DVS-Merkblatt 2401 in Schweißverbindungen. Fachbuchreihe Schweißtechnik Band 101. DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf 2004.
[163] DIN EN ISO 12737:1999.
[164] ESIS P2-92: ESIS (European Structure Integrity Society) Procedure for Determining the Fracture Behaviour of Metallic Materials.
[165] ISO 12135:2002.
[166] Berger, C.: In: BAM-Seminar „Behälter aus Sphäroguss für radioaktive Stoffe“, Berlin Juni 1987, DVM-Berichtsband, S. 181 - 197.
[167] Wolfensberger, S.: Dr.-Ing.-Diss., ETH Zürich 1986.
[168] Stroppe, H., G. Pusch u. A. Ludwig: Gießereiforschung 54 (2002) H. 4, S. 115 - 120. auch: konstruieren + giessen 29 (2004) H. 4, S. 19 - 23.
[169] Forschungsbericht E-316 zum AiFForschungsvorhaben Nr. 13507 N/1. Institut für Gießereitechnik, Düsseldorf 2005.
[170] Baer, W., G. Pusch u. T. Brecht: . Giesserei 83 (1996) H. 22, S. 19 - 22.
[171] Pusch, G., u. W. Baer: Giessereiforschung 45 (1993) H. 1, S. 1 - 8.
[172] ASTM E 647-86: Method for Constant-Load-Amplitude Fatigue Crack Growth Rates Above 10-9 m/cycle.
[173] Pusch, G., P. Hübner u. O. Liesenberg: DVMBericht 234 „Fortschritte der Bruch- und Schädigungsmechanik“, Freiberg 2002.
[174] Pusch, G., B. Komber u. O. Liesenberg: konstruieren + giessen 21(1996) H. 2, S. 49 - 54.
[175] Lang, K.-H.: Dr.-Ing. Diss., Universität Karlsruhe 1985.
[176] NASGRO (2000): Fatigue crack growth computer program << NASGRO >>, Version 3, NASA, L. B. Johnson Space Centre, Houston, Texas. JSC-22267B.
[177] ASTM E 1820-01, Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness, ASTM, 2001.
[178] BS7448-3, Fracture Mechanics Toughness Tests, Part 3 - Method for Determination of fracture toughness of metallic materials at rates of increase in stress intensity factor greater than 3.0 MPa √m/s British Standard Institution 2005.
[179] Draft 25. European Structural Integrity Society [ESIS], Technical Sub-Committee on Dynamic Testing at Intermediate Strain Rates. December 2005.
[180] Pusch, G., A. Udoh u. S. Winkler: Materialprüfung 39 (1997) H. 11/12, S. 460 - 463.
[181] Baer, W.: Materialprüfung 47 (2005) H. 11/12, S. 666 - 673.
[182] Pusch, G., A. Udoh u. W. Baer: konstruieren + giessen 22 (1997) H. 2, S. 12 - 16.
[183] Pusch, G., A. Udoh u. W. Baer: konstruieren + giessen 24 (1999) H. 3, S. 25 - 28.
[184] Motz, J. M.:Giessereiforschung 40 (1988) H. 4, S. 117 - 128.
[185] Moulin, D., T. Yuritzinn u. G. Sert: RAMTRANS 6 (1995) H. 2/3, S. 145 - 148.
[186] Kobayshi, T., H. Yamamoto u. K. Matsuo: Eng. Fract. Mech. 30 (1988) H. 3, S. 397 - 407.
[187] Frenz, H., u. a.: Effect of Sample Size and Loading Rate on the Fracture Toughness of Ductile Cast Iron. In: Proc. Int. Conf. On Mechanical Behavior of Ductile Cas Iron and other Cast Metals, Kitakyushu, August 1993, S. 449 - 454.
[188] Salzbrenner, R., u. T. B. Crenshaw: Effect of Sample Size and Loading Rate on theTransition Behavior of a DI Alloy. In: Proc. 23rd National Symp. On Fracture Mechanics, June 1991, College Station.
[189] Gillot, R.: . Techn.-wiss. Berichte MPA Stuttgart (1988) Nr. 88-03.
[190] Rosenfield, A. R., u. a.: Nuclear Engineering and Design 116 (1989) S. 161 - 170.
[191] Kußmaul, K., u. a.: BAM-Seminar „Behälter aus Sphäroguss für radioaktive Stoffe“, Berlin 1987. DVM-Berichtsband. S. 139 - 180.
[192] Enderlein, M., u. a.: 36. Tagung d. DVM-Arbeitskreises „Bruchvorgänge“, Köln, Febr. 2004. in: DVM-Bericht Nr. 236, S. 251 - 260.
[193] Müller, K., u. a.: Wie [200], S. 225 - 238.
[194] Winkler, H.-P., u. a.: DYNAMIC FRACTURE TOUGHNESS DATA FOR CASTOR® CASKS. PATRAM 2004, Berlin.
[195] Fussenegger, F., u. a.: konstruieren + giessen 23 (1998) H. 2, S. 14 - 19.
[196] Pusch, G., u. W. Baer: Prüfbericht 6/95. TU Bergakademie Freiberg. Institut für Werkstofftechnik, Freiberg 1995.
[197] Kuna, M., u. a.: konstruieren + giessen 27 (2002) H. 4, S. 27 - 32.
[198] Mädler, K.: Tagungsband zum CIATF Technical Forum 1999, Düsseldorf, 10. – 11. Juni 1999, S. 440 - 447.
[199] Hengefeld, F.: Fatigue damage in cast structures. A fracture mechanics assesment. Graduation report. Hogeschool Enschede, 1998.
[200] Buxbaum, O.: Betriebsfestigkeit - Sichere und wirtschaftliche Bemessungschwingbruchge fährdeter Bauteile.Stahleisen GmbH 1992, 2. erweiterte Auflage.
[201] Haibach, E.: Betriebsfestigkeit - Verfahren und Daten zur Bauteilberechnung. Springer-VDI Verlag 2006, 3. Auflage.
[202] Sonsino, C. M.: 27. Tagung des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit in Tagungsband S. 21 - 38.
[203] Sonsino, C. M.: Konstruktion 57 (2005) H. 4, S. 87 - 93.
[204] Sonsino, C. M., u. V. Grubisic: VDI-Berichte (1995) Nr. 1173, S. 159 - 190.
[205] Stets, W., u. A. Sobota: Giesserei 93 (2006) H. 4, S. 26 - 46.
[206] Kaufmann, H., u. D. B. Wolters: konstruieren + gießen 27 (2002), Nr. 1, S. 4 - 27.
[207] Sonsino, C. M., H. Kaufmann u. A. Engels: Giessereiforschung 42 (1990) H. 3, S. 110 - 121.
[208] Sonsino, C. M.: Konstruktion 45 (1993) H. 1, S. 25 - 33.
[209] Kloos, K. H., u. a: VDI-Berichte Nr. 354 (1979), S. 59 - 72.
[210] Sonsino, C. M., u. V. Grubišic: Konstruktion 37 (1985) H. 7, S. 261 - 269.
[211] Neugebauer, J.: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit LBF, Darmstadt; Bericht Nr. FB-175 (1986).
[212] Müller, A.: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit LBF, Darmstadt; Bericht Nr. FB-203 (1994).
[213] Kaufmann, H.: konstruieren + gießen 24 (1999) H. 2, S. 37-40.
[214] Sonsino, C. M., u. a.: Giessereiforschung 57 (2005) H. 4, S. 26 - 32.
[215] Zinke, R., u. a.: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit LBF, Darmstadt; Bericht Nr. FB-229 (2006).
[216] Sonsino, C. M.: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit LBF, Darmstadt, Technische Mitteilungen TM-Nr. 111 (1997).
[217] Filippi, M., u. K. Dieterich: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit LBF, Darmstadt; Technische Mitteilungen TM-Nr. 111 (1997).
[218] Klätschke, H., u. D. Schütz: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 26 (1995), H. 8, S. 404 - 415.
[219] Farby, J. F.: Diss. RWTH Aachen 1984.
[220] Drobniewski, J., u. W. Vötsch: konstruieren + giessen 26 (2001) H. 1, S. 32 - 34.
[221] Staudinger, H. P.: VDI-Z 127 (1985) H. 13, S. 471 - 479 auch: konstruieren + giessen 11 (1986) H. 1, S. 23 - 34.
[222] Grundmann, H.: Schweißen von Gusseisenwerkstoffen und Stahlguss. Deutscher Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf 1971.
[223] VDG-Merkblatt K 31, Düsseldorf 1984.
[224] Staudinger H. P.: SVDI-Z 126 (1984) H. 11, S. 398 - 402.
[225] Schnittdaten-Handbücher und Kataloge diverser Werkzeughersteller.
[226] J. Gießler: konstruieren + giessen 26 (2001) H. 1, S. 9 - 10.
[227] Nickel, O.: konstruieren + giessen 9 (1984) H. 4, S. 4 - 86.
[228] Röhrig, K.: konstruieren + giessen 18 (1993) H. 3, S. 4 - 29.
[229] Röhrig, K.: Gießerei-Praxis (2002) H. 4, S. 137 - 143 und H. 5, S. 159 - 171.
[230] Thieme, J., u. S. Amareller: Walzwerkswalzen. Climax Molybdenum Comp., Zürich 1968.
[231] Hayrynen, K. L., u. K. R. Brandenberg: Trans. Amer. Foundrym. Soc. 111 (2003) 03-088, S. 845 - 850.
[232] Rimmer, A.: konstruieren + giessen 32 (2007) H. 1, S. 39 - 41.
[233] Röhrig, K.: Verschleißbeständige weiße Gusseisenwerkstoffe. Sonderdruck ZGV Düsseldorf.
[234] ISO 16112: Gusseisen mit August 2006.
[235] VDG-Merkblatt W 50: Düsseldorf 2002.
[236] ASTM-A842-85: Standard Specification for Compacted Graphite Iron Castings, 1997.
[237] K. Röhrig. Gusseisen mit Vermiculargraphit. Sonderdruck ZGV Düsseldorf
[238] Weiden, D., von der: Diplomarbeit, TH Darmstadt, Sept. 1984.
[239] Lampic, M.: konstruieren + giessen, 32 (2007) H. 1, S. 35 - 38.
[240] VW 50021. Gusswerkstoffe – Bereich Abgasanlage, Werkstoffanforderungen. Volkswagen AG, 2006.