Stahlguss ist der Ausgangswerkstoff für Gussstücke aus Stahl (im Gegensatz zu Gussstücken aus anderen Gusswerkstoffen und dem Block- und/oder Strangguss). Unlegierter Stahlguss umfasst Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit maximal 0,60 % Silizium- und bis zu 1 % Mangangehalt, dessen Kohlenstoffgehalt bis 0,5 % die Festigkeitseigenschaften maßgeblich bestimmt. Niedrig- bis hochlegierter Stahlguss enthält zusätzlich in wechselnden Anteilen Legierungselemente wie Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadium, Wolfram und andere. Beim Stahlguss werden die vorteilhaften Eigenschaften des Werkstoffs Stahl und die gestalterischen Vorteile der gießtechnischen Formgebung im Endprodukt (Stahlgussstück) vereinigt. Die meisten Schmiedestähle werden auch zu Gussteilen vergossen, werden dann aber mit einem GE bzw. G (früher GS) vor der Stahlmarkenbezeichnung versehen (Beispiel: G42CrMo4).
Stahlguss ist vor allem aus zwei Gründen in der Herstellung wesentlich anspruchsvoller als andere Eisengusswerkstoffe wie das Gusseisen:
- Stahlguss hat eine höhere Gießtemperatur (ca. 1600 °C) als Gusseisen (ca. 1150 °C). Diese erhöhten Temperaturen stellen größere Anforderungen an die Schmelztechnik, die feuerfesten Werkstoffe der Ofenverkleidungen, der Schmelztiegel und Gießwerkzeuge und schließlich an die Formstoffe.
- Beim Stahlguss ist die Schwindung mit zwei Prozent etwa doppelt so groß wie beim Grauguss.
- Da die Stahlgussstücke im Gusszustand spröde, grobkörnig und dendritisch erstarrt sind, müssen diese Teile einer Wärmebehandlung unterzogen werden (Normalglühen, Vergüten, Weichglühen, Spannungsarmglühen).
Durch den großen Unterschied der spezifischen Volumina des Materials knapp unter der Erstarrungstemperatur und bei Raumtemperatur neigt Stahlguss stärker zur Bildung von Lunkern als Gusseisen, auch muss ein höheres Schwindmaß berücksichtigt werden. Ohne spezielle Gegenmaßnahmen (Speiser) würden Stahlgussteile durch Lunker unbrauchbar oder durch umfangreiches Fertigungsschweißen unrentabel herzustellen. Die Speiser an Stahlgussteilen werden mit autogenem Brennschneiden entfernt, indem unter Ausnutzung der Oxidationswärme durch den zugeführten Sauerstoff der Werkstoff in der sogenannten Schnittfuge verbrannt und abgetragen wird. Bei kleineren Speiserdurchmessern und speziellen Stahllegierungen werden Abschlagspeiser bevorzugt. Wegen der mechanisch-thermisch spülenden Wirkung des Stahlgießstrahls werden zur Vergrößerung der Oberflächenfestigkeit im Eingusssystem der größeren Formen keramische Einsätze (Schamotte) verwendet (Anschnitt). Mittels Brennfugen (Fugenhobeln) wird der Werkstoff zum Freilegen und Entfernen von Gussfehlern und zum Modellieren der Oberflächen weiter muldenförmig abgetragen und für eventuelle Reparaturschweißungen vorbereitet.
Die weit untereutektische Zusammensetzung der Stahllegierungen führt zu einer sehr zähflüssigen Schmelze und daher zu einem schlechten Formfüllvermögen, wodurch feine Strukturen nur durch nachträgliches Zerspanen hergestellt werden können.
Dafür haben Erzeugnisse aus Stahlguss bessere mechanische Eigenschaften, Stahlguss ist duktil und schweißbar. Zur Anwendung können alle üblichen Stahlsorten kommen, auch Edelstähle.
Große Stahlgussstücke können mehrere hundert Tonnen wiegen, z. B. Gehäuse für Dampfturbinen.
Für zukünftige Hochtemperaturreaktoren (HTR) wird über vorgespannte Behälter aus Stahlguss oder Sphäroguss als Reaktordruckbehälter nachgedacht.
Die ersten erfolgreichen Versuche, komplizierte Teile aus Stahl in einem Stück zu gießen, unternahm der in Dunningen geborene Jacob Mayer als technischer Direktor des Bochumer Vereins im Jahr 1841. Sein Verfahren ließ er sich am 16. Dezember 1851 patentieren.
Experimente am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf zeigen, dass Magnetbremsen Schmelzen im Stahlguss gezielt beeinflussen können. Die Qualität von Gusswerkstoffen lässt sich erhöhen, wenn von außen angelegte Magnetfelder die noch flüssigen Metallschmelzen rühren, bremsen oder beruhigen.[1]
Bearbeitungszugaben
BearbeitenDie Festlegung der Bearbeitungszugabe erfolgt in Abhängigkeit vom Größtmaß des Gussteils und des angewandten Guss-(Form-)verfahrens. Die Normenwerke zu diesem Werkstoff machen Vorgaben dazu, jedoch beruhen die angewandten Werte auf den Erfahrungen jeder Stahlgießerei. Für Flächen, die in der Gussform die oberen Begrenzungen bilden, werden die pauschal festgesetzten Werte der Bearbeitungszugabe um 2 bis 10 mm erhöht. Auch bei Anwendung für Einschweißteile sollten die Zugaben 20 bis 50 Prozent größer gewählt werden, um die Schweißabweichungen am Fertigteil ausgleichen zu können. Bohrungen und Nuten, die im Verhältnis zum Gussteil als klein zu betrachten sind, werden oft vollgegossen und durch spanende Bearbeitung eingebracht. Um den Guss qualitätsgerecht zu liefern, werden meistens sämtliche mit Bearbeitungszeichen versehene Flächen der Zeichnung durch die Gießerei mit einer Schnittzugabe von 3 bis 8 mm je Fläche vorbearbeitet ausgeliefert. Nicht tolerierte Maße sollten mittels der DIN EN ISO 8062-3 in den Toleranzbereichen DCTG 11 bis 14 vereinbart werden.
| Nennmaßbereich (größte Länge, Breite, Höhe oder größter Durchmesser des Gussteils) in mm |
Anhaltswert für Zugabe je Fläche in mm |
| bis 50 | 4–5 |
| 51–180 | 6 |
| 181–315 | 7 |
| 316–500 | 8 |
| 501–800 | 10 |
| 801–1250 | 12 |
| 1251–1600 | 14 |
| 1601–2500 | 16 |
| 2501–3150 | 18 |
| 3151–4000 | 20 |
| 4001–6300 | 25 |
| 6301–10.000 | 30 |
Normung
Bearbeiten- Deutsche Norm DIN EN 10213 Stahlguss für Druckbehälter; Deutsche Fassung EN 10213:2007+A1:2016 (2016-10)
- frühere nationale Normen:
- DIN 17182 Stahlgußsorten mit verbesserter Schweißeignung und Zähigkeit für allgemeine Verwendungszwecke; Technische Lieferbedingungen (1992-05)
Stahlgußsorte Kurzname Werkstoffnummer GS-16 Mn 5 1.1131 GS-20Mn 5 1.1120 GS-8 Mn 7 1.5015 GS-8 MnMo 7 4 1.5450 GS-13 MnNi 6 4 1.6221
- Wärmebehandlung: normalgeglüht „N“, vergütet „V“, „V I“, „V II“
- DIN 17245 Warmfester ferritischer Stahlguß; Technische Lieferbedingungen (1987-12)
Stahlgußsorte Kurzname Werkstoffnummer GS-C 25 1.0619 GS-22 Mo 4 1.5419 GS-17 CrMo 5 5 1.7357 GS-18 CrMo 9 10 1.7379 GS-17 CrMoV 5 11 1.7706 G-X 8 CrNi 12 1.4107 G-X 22 CrMoV 12 1 1.4931
- Deutsche Norm DIN EN 10283 Korrosionsbeständiger Stahlguss; Deutsche Fassung EN 10283:2019 (2019-06)
Bezeichnung Kurzname Werkstoffnummer Martensitische Sorten GX12Cr12 1.4011 GX20Cr14 1.4027 GX7CrNiMo12-1 1.4008 GX4CrNi13-4 1.4317 GX4CrNiMo16-5-1 1.4405 GX4CrNiMo16-5-2 1.4411 GX5CrNiCu16-4 1.4525 Austenitische Sorten GX2CrNi19-11 1.4309 GX5CrNi19-10 1.4308 GX5CrNiNb19-11 1.4552 GX2CrNiMo19-11-2 1.4409 GX5CrNiMo19-11-2 1.4408 GX5CrNiMoNb19-11-2 1.4581 GX4CrNiMo19-11-3 1.4443 GX5CrNiMo19-11-3 1.4412 GX2CrNiMoN17-13-4 1.4446 Vollaustenitische Sorten GX2NiCrMo28-20-2 1.4458 GX4NiCrCuMo30-20-4 1.4527 GX2NiCrMoCu25-20-5 1.4584 GX2NiCrMoN25-20-5 1.4416 GX2NiCrMoCuN29-25-5 1.4587 GX2NiCrMoCuN25-20-6 1.4588 GX2NiCrMoCuN20-18-6 1.4557 Ferritisch-austenitische Sorten GX4CrNiMoN26-5-2 1.4474 GX4CrNiN26-7 1.4347 GX2CrNiMoN22-5-3 1.4470 GX2CrNiMoN25-6-3 1.4468 GX2CrNiMoCuN25-6-3-3 1.4517 GX2CrNiMoN25-7-3 1.4417 GX2CrNiMoN26-7-4 1.4469
- Wärmebehandlung: Vergüten „+QT“, „+QT1“, „+QT2“, „+QT3“ (Abschrecken in Luft oder Flüssigkeit); „+AT“ (Lösungsglühen und Wasserabschreckung)
- frühere nationale Norm: DIN 17445 Nichtrostender Stahlguß; Technische Lieferbedingungen (1984-11)
Stahlgußsorte Kurzname Werkstoffnummer Ferritische (martensitische) Stahlgußsorten G-X 8 CrNi 13 1.4008 G-X 20 Cr 14 1.4027 G-X 22 CrNi 17 1.4059 G-X 5 CrNi 13 4 1.4313 Austenitische Stahlgußsorten G-X 6 CrNi 18 9 1.4308 G-X 5 CrNiNb 18 9 1.4552 G-X 6 CrNiMo 18 10 1.4408 G-X 5 CrNiMoNb 18 10 1.4581 G-X 3 CrNiMoN 17 13 5 1.4439
- Deutsche Norm DIN EN 10293 Stahlguss – Stahlguss für allgemeine Anwendungen; Deutsche Fassung EN 10293:2015 (2015-04)
Bezeichnung Kurzname Werkstoffnummer GE200 1.0420 GS200 1.0449 GE240 1.0446 GS240 1.0455 GE270 1.0454 GE300 1.0558 GE320 1.0591 GE360 1.0597 G17Mn5 1.1131 G20Mn5 1.6220 G24Mn6 1.1118 G28Mn6 1.1165 G20Mo5 1.5419 G10MnMoV6-3 1.5410 G15CrMoV6-9 1.7710 G17CrMo5-5 1.7357 G17CrMo9-10 1.7379 G26CrMo4 1.7221 G34CrMo4 1.7230 G42CrMo4 1.7231 G30CrMoV6-4 1.7725 G35CrNiMo6-6 1.6579 G9Ni14 1.5638 GX9Ni5 1.5681 G20NiMoCr4 1.6750 G32NiCrMo8-5-4 1.6570 G17NiCrMo13-6 1.6781 G30NiCrMo14 1.6771 GX3CrNi13-4 1.6982 GX4CrNi13-4 1.4317 GX4CrNi16-4 1.4421 GX4CrNiMo 1.4405 GX23CrMoV12-1 1.4931
- Wärmebehandlung: Normalisieren oder Austenitisieren „+N“, Normalisieren oder Austenitisieren und Anlassen „+NT“, Vergüten „+QT“, „+QT1“, „+QT2“, „+QT3“
- frühere nationale Normen:
- DIN 1681 Stahlguß für allgemeine Verwendungszwecke; Technische Lieferbedingungen (1985-06)
Stahlgußsorte Kurzname Werkstoffnummer GS-38 1.0420 GS-45 1.0446 GS-52 1.0552 GS-60 1.0558
- DIN 17205 Vergütungsstahlguß für allgemeine Verwendungszwecke; Technische Lieferbedingungen (1992-04)
Stahlgußsorte Kurzname Werkstoffnummer GS-30 Mn 5 1.1165 GS-25 CrMo 4 1.7218 GS-34 CrMo 4 1.7220 GS-42 CrMo 4 1.7225 GS-30 CrMoV 6 4 1.7725 GS-35 CrMoV 10 4 1.7755 GS-25 CrNiMo 4 1.6515 GS-34 CrNiMo 6 1.6582 GS-30 NiCrMo 8 5 1.6570 GS-33 NiCrMo 7 4 4 1.6740
- Deutsche Norm DIN EN 10295 Hitzebeständiger Stahlguss; Deutsche Fassung EN 10295:2002 (2003-01)
- frühere nationale Norm: DIN 17465 Hitzebeständiger Stahlguß; Technische Lieferbedingungen (1993-08)
Stahlgußsorte Kurzname Werkstoffnummer GX30CrSi6 1.4710 GX40CrSi13 1.4729 GX40CrSi17 1.4740 GX40CrSi23 1.4745 GX40CrSi29 1.4776 GX130CrSi29 1.4777 GX40CrNiSi27-4 1.4823 GX25CrNiSi18-9 1.4825 GX40CrNiSi22-9 1.4826 GX25CrNiSi20-14 1.4832 GX40CrNiSi25-12 1.4837 GX40CrNiSi25-20 1.4848 GX40NiCrSi38-18 1.4865 GX40NiCrSi35-25 1.4857 GX30CrNiSiNb24-24 1.4855 GX40NiCrSiNb38-18 1.4849 GX40NiCrSiNb35-25 1.4852 G-CoCr 28 2.4778 G-NiCr 28 W 2.4879
- Deutsche Norm DIN EN 10340 Stahlguss für das Bauwesen; Deutsche Fassung EN 10340:2007 (2008-01)
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ Helmholtz-Forschungszentrum Dresden-Rossendorf ( vom 29. April 2013 im Webarchiv archive.today)