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Legierungen bei FEINGUSS BLANK design-line

Legierungen im Feinguss

Eigenschaften und Merkmale von Werkstoffen
im Feingussprozess

Metallische Werkstoffe, die aus verschiedenen Komponenten gemischt und erschmolzen werden nennt man Legierungen. Je nach Hauptbestandteil wird beispielsweise unterschieden in Eisenlegierungen, Aluminiumlegierungen, Nickellegierungen oder Kupferlegierungen. Durch die einzelnen Bestandteile können Eigenschaften und Merkmale gezielt gesteuert werden.

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FEINGUSS BLANK GmbH
Vertrieb
sales@feinguss-blank.de

P: +49 7371 182-0

Legierungen auf einen Blick

Mit unseren Produktionsverfahren sind wir in der Lage, über 200 verschiedene Legierungen für Ihre Gussteile zu vergießen.

Eisenlegierungen:

Die bekanntesten und auch relevantesten Legierungen sind die Eisenlegierungen. Hier überwiegt der Anteil an Eisen. Diese Gruppe lässt sich weiter untergliedern in Stahl (weniger als 2% Kohlenstoffgehalt) und Gusseisen (über 2% Kohlenstoffgehalt). Im Feinguss werden hauptsächlich Stähle vergossen. Diese werden aus Eisen mit den verschiedensten Legierungselementen, wie Chrom, Nickel, Kohlenstoff, Silizium etc. hergestellt. Je nach Anteil in der Zusammensetzung resultieren verschiedene Merkmale für den Werkstoff.

Superlegierungen:

Wie die Bezeichnung bereits andeutet, handelt es sich hierbei um Legierungen mit besonderen Eigenschaften. Diese Legierungen verfügen selbst in extremen Temperaturbereichen über erhöhte Festigkeit, weshalb diese je nach Legierung bei hohen Einsatztemperaturen bis zu 1050 °C Verwendung finden. Die häufig nickelbasierten Superlegierungen werden unter Vakuum erschmolzen und vergossen.

Aluminiumlegierungen:

Diese Legierungen werden für leichtgewichtige, korrosionsbeständige und komplexe Bauteile verwendet.

Kupferlegierungen:

Kupferlegierungen eignen sich besonders im Elektronikbereich, da Kupfer eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Zu den Kupferlegierungen zählen z. B. Bronze (bestehend aus Kupfer und Zinn) sowie Messing (bestehend aus Kupfer und Zink).

Übersicht der Legierungselemente in der Gießerei

Unlegierter Stahl besteht aus Eisen-, Kohlenstoff-, Silizium-, Mangan-, Phosphor- und Schwefel-Elementen. Bei niedrig legiertem Stahl weist kein Legierungselement einen mittleren Gehalt von mehr als 5 % Masse auf. Hochlegierter Stahl hingegen verzeichnet mindestens ein Legierungselement mit einem mittleren Gehalt von 5 % Masse oder mehr. Verschiedene Legierungsbestandteile wirken sich unterschiedlich auf die Eigenschaften des Gussteils aus. Im Folgenden stellen wir die verschiedenen Legierungselemente und deren Auswirkungen vor.

  • Aluminium (Al)

    Aluminium ist ein Leichtmetall der Nichteisenmetalle mit einer Dichte von ca. 2,7 g/cm³. Im Vergleich zu Gusseisen kann der Aluminiumguss bis zu ca. 65 % Gewicht in derselben konstruierten Geometrie einsparen. Die elektrische Leitfähigkeit ist mit 235 W/mK fast dreimal so hoch wie bei herkömmlichem Stahl. In der Legierung erhöht dies die Zunderbeständigkeit sowie Rostbeständigkeit des Gussteils. Zudem wirkt Aluminium im Gussprozess als Desoxidationsmittel beruhigend. In Verbindung mit Stickstoff wird ein Nitrierstahl erzeugt, der eine hohe Härte aufweist. Der Schmelzpunkt von reinem Aluminium ist 660°C.

  • Blei (Pb)

    Blei ist ein weiches Nichteisen-Schwermetall. Es ist leicht verformbar, duktil, besitzt einen niedrigen Schmelzpunkt und ist korrosionsbeständig. Die Dichte beträgt ca. 11,3 g/cm³, der Schmelzpunkt ist bei 327,5°C erreicht.

  • Chrom (Cr)

    Chrom ist sowohl anlauf- als auch korrosionsbeständig und besitzt eine hohe Zähheit. Als Legierungszugabe nimmt die Steckgrenze, die Zugfestigkeit, die Verschleißfestigkeit, sowie die Vergüt- und Härtbarkeit zu. Um das Prädikat nichtrostender Stahl zu erhalten, muss mindestens 10,5% Chrommasse in der Legierung enthalten sein. Chrom weist eine Dichte von ca. 8,05 g/cm³ auf. Die Schmelztemperatur beträgt 1907°C.

  • Eisen (Fe)

    Eisen ist ein ferromagnetisches Material mit einer Dichte von ca. 7,87 g/cm³ und einem Schmelzpunkt von 1536°C. Die Eigenschaften von Eisen sind eine ausgezeichnete Festigkeit und Zähe, weshalb es oft als Grundwerkstoff eingesetzt wird. Als Legierungsbestandteil überträgt es zudem die magnetische Eigenschaft. Stahl ist die wohl häufigste Legierungsform mit Eisen, wobei der Kohlenstoffanteil bei unter 2% liegen muss.

  • Kupfer (Cu)

    Kupfer ist ein weiches Schwermetall der Nichteisenmetalle mit hoher Leitfähigkeit. In unlegierten Stählen verbessert es die Witterungsbeständigkeit und Festigkeit. Als Legierungsbestandteil verbessert es die Korrosionsbeständigkeit und Gleiteigenschaften. Die Dichte ist mit ca. 8,96 g/cm³ angegeben. Kupferbestandteile erhöhen die Zugbeständigkeit, Steckgrenze und Härtbarkeit. Die Schmelze ist bei 1084°C erreicht.

  • Kobalt/Cobalt (Co)

    Dieses Schwermetall besitzt ferromagnetische Eigenschaften und ist sowohl wärme- als auch elektrisch leitend. Die Anlasssprödigkeit und die Warmfestigkeit wird in den Legierungen dadurch verbessert. Ebenso wird die Remanenz (Magnetismus) des Erzeugnisses erhöht. Durch die Zugabe des Werkstoffes wird das Kornwachstum verringert. Die Schmelztemperatur beträgt 1495°C. Die Dichte ist ca. 8,9 g/cm³.

  • Kohlenstoff (C)

    Kohlenstoff ist das wichtigste Legierungselement im Bereich der Stähle. Dieser erhöht die Festigkeit sowie die Härte und verringert somit die Verformbarkeit. Kohlenstoff ist ein wesentlicher Austenitbildner. Die korrodierende Eigenschaft kann durch Niob abgebunden werden. Die Schmelztemperatur liegt bei 3836°C, wobei die Dichte etwa 3,5 g/cm³ beträgt.

  • Magnesium (Mg)

    Die Dichte von Magnesium ist ca. 1,7 g/cm³. Der Schmelzpunkt liegt bei 650°C. Im Vergleich zu Gusseisen kann der Magnesiumguss bis zu ca. 75% Gewichtsersparnis in derselben konstruierten Geometrie erreichen. Es wirkt desoxidierend und entschwefelnd sowie dämpfend hinsichtlich der Geräuschemission des Bauteils.

  • Mangan (Mn)

    Mangan verbessert die Schweißbarkeit, die Verschleißwerte sowie die Festigkeit und wirkt in hochlegiertem Stahl ferritstabilisierend. Mangan setzt die kritische Abkühlgeschwindigkeit herab. Dadurch wird die Härtbarkeit erhöht. Die Leitfähigkeit sinkt durch die Zugabe des Materials. Die Dichte von Mangan beträgt ca. 7,4 g/cm³. Dessen Schmelztemperatur liegt bei 1246°C.

  • Molybdän (Mo)

    Molybdän erhöht die Säurebeständigkeit, wirkt härtend, reduziert die Anlassversprödung und erhöht die Schweißbarkeit sowie Rostbeständigkeit. Der Schmelzpunkt ist bei 2623°C erreicht. Molybdän weißt eine Dichte von ca. 10,2 g/cm³ vor. Durch die Eigenschaft Karbide zu bilden ist die Anlassbeständigkeit sowie die Verschleißfestigkeit erhöht.

  • Nickel (Ni)

    Nickel ist ein hartes Schwermetall, ferromagnetisch und den Nichteisenmetallen zuzuordnen. Die Dichte beträgt ca. 8,9 g/cm³. Als Legierungsbestandteil verbessert es die Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Zugfestigkeit und Zähigkeitseigenschaften, erhöht die Härte, Duktilität sowie Zähigkeit – was der Reduktion der Sprödigkeit entspricht. Die Wärmedehnung kann ebenso verringert werden. Der Schmelzpunkt ist bei 1455°C erreicht.

  • Niob (Nb)

    Niob erhöht die Schweißbarkeit. Die Dichte beträgt 8,55 g/cm³ und der Schmelzpunkt liegt bei 2477°C. Als Legierungselement erhöht es die Zähigkeit und Festigkeit, die Steckgrenze sowie die Kornfeinung und Temperaturbeständigkeit. Es liegt eine hohe Reaktionsfreude mit Kohlenstoff und Stickstoff vor. Dadurch werden Karbide, Nitride und Karbonitride gebildet. Niob ist schwacher Oxidbildner und wird so etwa als Zusatz in rostfreien Stählen verwendet.

  • Phosphor (P)

    Phosphor kann die Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Wärmefestigkeit und die Streckgrenze in Eisenlegierungen erhöhen. Die Schmelze wird dadurch dünnflüssiger. Der Schmelzpunkt ist bei 44,2°C erreicht. Die Dichte beträgt ca. 1,8 g/cm³. Die Härtbarkeit und Durchvergütung werden positiv beeinflusst.

  • Silizium/Silicium (Si)

    Silizium ist nach dem Kohlenstoff das wichtigste Legierungselement bei Stählen. Der Schmelzpunkt von diesem Werkstoff ist bei 1410°C erreicht. Er verbessert die Zugfestigkeit, die Zunderbeständigkeit, die Steckgrenze, Härt- und Vergütbarkeit, Widerstandsfähigkeit sowie (Verschleiß-) Festigkeit, Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und wirkt aufgrund der Sauerstoffaffinität desoxydierend. Die Dichte liegt bei ca. 2,3 g/cm³.

  • Stickstoff (N)

    Durch die austenitische Wirkung von Stickstoff werden die Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit erhöht. Des Weiteren können durch dieses Element die Warmfestigkeit, Nichtmagnetisierbarkeit, Festigkeit und Härte erhöht werden.

  • Titan (Ti)

    Titan ist unter den Nichteisenmetallen den Leichtmetallen zuzuordnen. Dieses Material hat eine geringe Dichte bei gleichzeitig sehr hoher Festigkeit und Hitzebeständigkeit. Viele Verarbeitungsverfahren stoßen bei diesem Material schnell an ihre Grenzen – unsere Feingussverfahren jedoch nicht. Als Legierungsbestandteil verleiht es eine höhere Zähigkeit, Kornverfeinerung, Duktilität, Gewichtsreduktion und Festigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit. Daher bietet es ein breites Einsatzspektrum von der Luft- und Raumfahrt über Turbolader-Technik bis hin zur Medizintechnik und chemischen Industrie. Zudem ist Titan ein starkes Desoxydationsmittel, Karbidbildner und Schwefelbinder. Die Dichte von Titan beträgt ca. 4,5 g/cm³. Der Schmelzpunkt liegt bei 1600 °C.

  • Vanadium (V)

    Dieses Material erhöht die Kerbschlagfähigkeit, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit, Härt- und Vergütbarkeit sowie die Nitrierbarkeit. Durch den Einsatz dieses Rohstoffes wird die Gussstruktur feinkörnig und der Stahl unempfindlicher gegenüber Überhitzung gestaltet. Die Dichte liegt bei ca. 6,12 g/cm³ und die Schmelztemperatur beträgt 1910°C.

  • Wolfram (W)

    Wolfram ist ein Supraleiter. Dieser erhöht die Steckgrenze, Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Härtbarkeit sowie die Vergütbarkeit und Nitrierbarkeit. Wolfram weist eine Dichte von ca. 19,3 g/cm³ auf. Der Schmelzpunkt liegt bei 3422°C.

  • Zinn (Sn)

    Zinn ist ein weiches Schwermetall der Nichteisenmetalle mit hoher Leitfähigkeit. Es besitz eine Dichte von ca. 7,3 g/cm³ und einen Schmelzpunkt von 231°C.

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