kostenfreier Download - Konstruieren und Gießen

Konstruieren und Gießen
Temperguss
-
ein duktiler Gusseisenwerkstoff
2011
Duktiles Gusseisen:
Temperguss
Für alle Industriezweige
Seite 1 von 111

Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis .......................................................................... 2
Abbildungsverzeichnis .................................................................. 4
Tabellenverzeichnis ....................................................................... 7
1 Einleitung ............................................................................. 8
1.1 Die Sorten .............................................................................................. 9
1.2 Geschichte ........................................................................................... 11
1.3 Temperguss im Alltag .......................................................................... 12
2 Herstellung ........................................................................ 22
2.1 Temperung, Karbidzerfall & Gefügeeinstellung ................................... 22
2.1.1 Wärmebehandlung von schwarzem Temperguss ................................ 22
2.1.2 Wärmebehandlung von weißem Temperguss...................................... 24
2.2 Chemische Zusammensetzung, Einfluss von Legierungselementen ... 25
3 Mechanische und Physikalische Eigenschaften ............. 26
3.1 Eigenschaften bei Raumtemperatur ..................................................... 26
3.1.1 Weißer Temperguss ............................................................................ 27
3.1.2 Schwarzer Temperguss ....................................................................... 29
3.1.3 Vergleich/Unterschied .......................................................................... 30
3.2 Hinweise für die Werkstoffwahl ............................................................ 32
3.3 Einsatz bei niedriger Temperatur ......................................................... 34
3.4 Einsatz bei erhöhter Temperatur .......................................................... 37
3.5 Wärmeleitfähigkeit ............................................................................... 40
3.6 Bearbeitbarkeit ..................................................................................... 41
3.7 Dauerschwingfestigkeit ........................................................................ 41
3.7.1 Maßnahmen zur Verbesserung der Bauteilschwingfestigkeit .............. 45
3.8 Verschleißbeständigkeit ....................................................................... 46
3.9 Korrosionsbeständigkeit ....................................................................... 47
3.9.1 Lösungen ............................................................................................. 48
3.9.2 Gase .................................................................................................... 49
4 Spanende Bearbeitung ..................................................... 51
5 Schweißen ......................................................................... 52
5.1 Schweißeignung .................................................................................. 52
5.1.1 Schwarzer Temperguss (GJMB) .......................................................... 53
5.1.2 Weißer Temperguss (GJMW) .............................................................. 55
5.1.3 Schweißbarer Temperguss (GJMW-360-12, früher GTW-S) ............... 55
5.2 Schweißverfahren ................................................................................ 60
5.2.1 Gasschmelzschweißen ........................................................................ 60
5.2.2 Elektrolichtbogen-Handschweißen ....................................................... 60
5.2.3 Schutzgaslichtbogenschweißen (MSG – MAC/MIC/WIG) .................... 60
5.2.4 Abbrennstumpfschweißen ................................................................... 61
Seite 2 von 111

5.2.5 Reibschweißen .................................................................................... 61
5.3 Nahtvorbereitung bei entkohlend geglühtem Temperguss ................... 62
5.4 Schweißzusatzwerkstoffe .................................................................... 62
6 Oberflächenbehandlungen ............................................... 63
6.1 Härten .................................................................................................. 63
6.1.1 Thermophysikalisches Härten .............................................................. 64
6.1.2 Thermochemisches Härten .................................................................. 70
6.1.3 Verfahrenskontrolle .............................................................................. 74
6.2 Festigkeitssteigerung durch Oberflächenbehandlung .......................... 75
6.3 Korrosionsschutz ................................................................................. 76
6.3.1 Verzinkung ........................................................................................... 78
6.3.2 Kathodische Tauchlackierung / Pulverbeschichtung ............................ 80
6.3.3 Verchromung ....................................................................................... 81
7 Computergestützte Methoden und Simulationstechniken81
7.1 CAD ..................................................................................................... 82
7.2 CAE ..................................................................................................... 82
7.3 CAM ..................................................................................................... 82
8 Qualitätsmanagement, Qualitätssicherung und Qualität 83
8.1 Qualitätssicherung, Prüfen und Überwachen der Gussteilherstellung . 83
8.2 Qualitätsmanagement .......................................................................... 85
8.3 Werkstoffprüfung .................................................................................. 86
8.3.1 Chemische Analyse ............................................................................. 86
8.3.2 Mechanische Eigenschaften ................................................................ 86
8.3.3 Metallographische Untersuchungen ..................................................... 86
8.3.4 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung ....................................................... 87
9 Anwendung in allen Industriezweigen ............................. 89
9.1 Dünnwandige & Scharfkantige Bauteile ............................................... 91
9.2 Druckbeaufschlagte Bauteile ............................................................... 95
9.3 Hochfeste und kaltzähe Gussteile ........................................................ 96
9.4 Gussteile mit reduziertem Härtungsaufwand ....................................... 98
9.5 Schweißverbundkonstruktionen ........................................................... 98
10 Nachschlagewerke .......................................................... 107
10.1 Normen .............................................................................................. 107
10.2 BDG-Richtlinien ................................................................................. 108
10.3 Konstruieren & Gießen ...................................................................... 109
10.4 Firmenspezifikationen ........................................................................ 110
Seite 3 von 111

Abbildungsverzeichnis
Bild 1 - Übersicht der Gusswerkstoffe auf Eisenbasis ..................................................... 8
Bild 2 - Gefügeausbildung von GJMB/W, V=100:1; oben: ungeglüht, unten:
wärmebehandelt. ........................................................................................................... 10
Bild 3 - Bruchflächen von GJMW, GJMB & GJL ............................................................ 11
Bild 4 - Schonhammer T-Stück ...................................................................................... 13
Bild 5 - Temperguss-Fitting u.a. für Sprinklerlöschanlagen [1] ..................................... 14
Bild 6 - Karabinerhaken ................................................................................................. 15
Bild 7 - Miniaturschlüssel (Tagebuchschlüssel), mit gebohrtem Loch ........................... 16
Bild 8 - Schlüssel mit Ziergriff [1] ................................................................................... 16
Bild 9 - Drahtspanner im Maschendrahtzaun ................................................................. 17
Bild 10 - Flügelmutter, Rohgusszustand [1] ................................................................... 18
Bild 11 - Flügelmutter, gestrahlt, ohne Gewinde [1] ....................................................... 18
Bild 12 - Flügelmutter, verzinkt ...................................................................................... 18
Bild 13 - Flaschenöffner [1] ............................................................................................ 19
Bild 14 - Cargo-Verzurrung [1] ....................................................................................... 20
Bild 15 - Umschalter für Ratsche [1] .............................................................................. 21
Bild 16 - Schematisches Zeit-Temperatur-Schaubild für die Wärmebehandlung von
ferritischem und perlitischem schwarzen Temperguss .................................................. 23
Bild 17 - Gefüge im Querschnitt ..................................................................................... 24
Bild 18 - Schematisches Zeit-Temperatur-Schaubild für die Wärmebehandlung von
ferritischem und perlitischem weißen Temperguss ........................................................ 24
Bild 19 - Abmessungen eines Probestabes [EN 1562:1997 + A1:2006: Bild1,Tabelle3] 27
Bild 20 - Wanddicken(un)abhängigkeit von Temperguss .............................................. 31
Bild 21 - Elastizitätsmodul von Gusseisenwerkstoffen ................................................... 32
Bild 22 - Qualitativer Vergleich der Eigenschaften von Temperguss ............................. 33
Bild 23 - Einfluß der Temperatur auf die Festigkeitseigenschaften ................................ 35
Bild 24 - Bruchdehnung und Bruchdurchbiegung von Temperguss ............................... 35
Bild 25 - Kerbschlagarbeit von ferritischem schwarzen Temperguss ............................ 36
Bild 26 - Festigkeitseigenschaften bei tiefen Temperaturen von weißem Temperguss . 37
Bild 27 - Warmfestigkeit von schwarzem Temperguss .................................................. 37
Bild 28 - Zeitstandfestigkeit von schwarzem Temperguss, zum vgl. auch Mo-legiert .... 38
Bild 29 - Elastizitätsmodul bei verschiedenen Temperaturen ........................................ 39
Bild 30 - schweißbare Temperaturbeaufschlagte Teile aus Temperguss ...................... 39
Bild 31 - Wärmeleitfähigkeit von Temperguss und Gusseisen mit Kugelgraphit [2] ....... 40
Bild 32 - Vergleich der Gefügestrukturen zwischen luftvergütetem weißen Temperguss
(links) und Gusseisen mit Kugelgraphit (rechts) [3] ....................................................... 41
Bild 33 - Dauerfestigkeit schwarzer Tempergusssorten ................................................ 42
Bild 34 - Dauerfestigkeit von der schwarzen Tempergusssorte GJMB-550-4................ 43
Bild 35 - Vergleich der Wöhler- und Betriebsfestigkeit von GJMB-550-4 unter
Biegebeanspruchung ..................................................................................................... 43
Bild 36 - Vergleich der Kerbempfindlichkeit von Temperguss und Stahl ....................... 44
Bild 37 - Verstärkung eines Pleuels bei gleichem Gewicht ............................................ 45
Bild 38 - Schleifsohle und Scharspitze .......................................................................... 47
Bild 39 - Scheiben aus Hartguss zum Abrichten von Schleifscheiben ........................... 47
Seite 4 von 111

Bild 40 - Oxidationsgeschwindigkeit .............................................................................. 50
Bild 41 - Übergangszone einer mit umhüllten Nickelelektroden durchgeführten
Schweißung an GJMB-550-4, keine Wärmenachbehandlung; oben: Schweißgut,
bestehend aus Ni-Austenit und Temperkohle, unten: Wärmeeinflusszone mit
Ledeburitflecken durch rückgelöste Temperkohle ......................................................... 53
Bild 42 - Übergangszone nach Abbildung 34, zweistufig wärmebehandelt (950°C/Luft,
670°C/Luft); Umwandlung des Ledeburits in körnigen Perlit und Temperkohle ............. 54
Bild 43 - Härteverlauf der Schweißverbindung nach Abbildung 34 und Abbildung 35 ... 55
Bild 44 - Übergangszone von Schweißungen an GJMW-360-12 mit unterschiedlichem
Kohlenstoffgehalt, manuell geschweißt mit umhüllten Elektroden vom Typ B9 bzw. B10
nach DIN 1913, Teil 1, keine Wärmenachbehandlung; links: unter 0,1% C, nadeliger
Ferrit; rechts: etwa 0,2 % C, Perlit und Ferrit ................................................................. 56
Bild 45 - Schräglenker für eine PKW-Hinterachse mit angegeschweißtem Radträger aus
GJMW-360-12 (MAG-Schweißung unter CO2). Wie aus dem Streuband des
Härteverlaufs zu entnehmen, treten nenenswerte Aufhärtungen nicht auf, eine
nachträgliche Wärmebehandlung ist nicht erfoderlich ................................................... 57
Bild 46 - Ventilgehäuse aus GJMW-360-12 mit Stahlrohr verschweißt; selbst bei starker
Verformung tritt kein Riss in Anschweißstutzen und in der Schweißnaht auf ................ 58
Bild 47 - Härteverlauf von Reibschweißverbindungen zwischen Temperguss und Stahl59
Bild 48 - Pkw-Kardangelenkwelle als Schweiß-Verbund-Konstruktion aus Stahlrohr und
Gabelköpfen aus GJMB-650-2 ...................................................................................... 59
Bild 49 - Pkw-Lenksäule mit eingeschweißtem Lenkgehäuse aus GJMW-360-12, ein
dokumentationspflichtiges Sicherheitsbauteil ................................................................ 61
Bild 50 - Vorgegossene Anschweißfasen an Tempergussteilen .................................... 62
Bild 51 - Verfahren zum Randschichthärten von Temperguss ....................................... 64
Bild 52 - Erreichbare Härte beim Flammhärten von GJMB-550-4 und GJMB-650-2,
Stirnabschreckversuche; Aufheizen in 30s auf 870° C, Abschrecken in Wasser [53] .... 67
Bild 53 - Die größte Härteannahme beim Flammhärten von GJMB-350-10 wird mit einer
Doppelhärtung erreicht; Abschrecken jeweils in Wasser [53] ........................................ 68
Bild 54 - Mit zunehmender Ausgangshärte steigt die mit dem Flammhärten von
Schwarzem Temperguss erreichbare Endhärte [53] ..................................................... 69
Bild 55 - Härteverlauf von Schwarzem Temperguss beim Induktionshärten nach dem
Mantel-Umlauf-Verfahren [53] ....................................................................................... 69
Bild 56 - Mit zunehmender Erhitzungszeit steigen Härteannahme und Einhärtetiefe beim
Induktionshärten [54] ..................................................................................................... 70
Bild 57 - Härteverlauf beim Ionitrieren von Temperguss sowie Gusseisen mit Lamellen-
und Kugelgraphit; Behandlung: 530°C/18h [57] ............................................................. 74
Bild 58 - Einfluss der Strahlzeit auf die Dauerfestigkeit (Biegewechselfestigkeit) und
weitere Verfestigungskennwerte von Pkw-Pleuel aus GJMB-650-2 [8]. (In der
Serienfertigung beträgt die Strahlzeit 18 min.) ............................................................... 76
Bild 59 - Korrosionsschutz für Bauteile aus Temperguss .............................................. 77
Bild 60 - Einschraubteil, korbverzinkt ............................................................................. 79
Bild 61 - Verzinkungskorb .............................................................................................. 79
Bild 62 - Korbanlage ...................................................................................................... 80
Bild 63 - Fittings, rechenverzinkt .................................................................................... 80
Bild 64 - Übersicht über zu vereinbarende Prüfungen für einen Beispielfall .................. 87
Seite 5 von 111

Bild 65 - Einbaulage der Tempergussteile (Stössel und Zugöse) im Spreizhebel-
Backmat und Vergleich zur Alternative aus einer Stahlblech-Schweißkonstruktion (unten
links)[Knott GmbH, Eggstätt, Deutschland] .................................................................... 91
Bild 66 - links: CAD-Entwurf; rechts: Kern des Stössels[Knott GmbH, Eggstätt,
Deutschland] .................................................................................................................. 92
Bild 67 - Gewindeadapter mit Innen- und Außengewinde ............................................. 92
Bild 68 - Kern für drei Gewindeadapter ......................................................................... 93
Bild 69 - Spreizdübel für Fels- und Betonanker aus Temperguss (links), bestehend aus
den Einzelteilen: Konus aus GJMW-450-7 (Mitte unten), 0-Ringen und drei Lamellen aus
GJMW-400-5 (rechts)[ Konstruieren + Gießen: Mit Temperguss die Zulassungshürde
übersprungen; Zentrale für Gussanwendung, Bd. 30 Nr. 1, Giesserei-Verlag GmbH
Düsseldorf - 2005] ......................................................................................................... 94
Bild 70 - Eingebauter Spreizdübel[Konstruieren + Gießen: Mit Temperguss die
Zulassungshürde übersprungen; Zentrale für Gussanwendung, Bd. 30 Nr. 1, Giesserei-
Verlag GmbH Düsseldorf - 2005] ................................................................................... 94
Bild 71 - links: Betondübel mit nur 196 Gramm; rechts: Kern für Betondübel[VS Guss
AG, Solingen, Deutschland] ........................................................................................... 95
Bild 72 - links: Tempergussfitting; rechts: Klemmverbinder aus Temperguss[Georg
Fischer Fittings GmbH, Traisen, Östereich] ................................................................... 96
Bild 73 – Einrohrzähleranschluss[NEFIT Industrial B.V., Deventer, The Netherlands] .. 96
Bild 74 - Pleuel aus Temperguss[Ductile Iron Group: Designs in Ductile Iron, Cost
Saving Design Ideas] ..................................................................................................... 97
Bild 75 - Pendellager rechts/links an einem 3-Seitenkipper [BET Karl Bremshey,
Solingen, Deutschland] .................................................................................................. 97
Bild 76 - Differenzialgehäuse aus ölvergütetem schwarzen Temperguss[Gieterij
Doesburg B.V., The Netherlands: van Ettinger, Cornelis J.: Oil Quenched Malleble Iron
(O.M.I.), the Strength of an Old Material in a "Green Cast" Development and a New
Future, 69th World Foundry Congress, Hangzhou, China - 2010] ................................. 98
Bild 77 - Individuelle Anschlussmaße dank Schweißen[NEFIT Industrial B.V., Deventer,
The Netherlands] ........................................................................................................... 99
Bild 78 - Guss-Schweiß-Verbundkonstruktion: Klammern für den
Gerüstbau[Bundesverband der Deutschen Giesserei-Industrie e.V.] ............................ 99
Bild 79 - Guss-Schweiß-Verbundkonstruktion: PKW-Kardangelenkwelle[Konstruieren +
Gießen: Duktiles Gusseisen, Temperguss; Zentrale für Gussanwendung, Bd. 8 Nr. 1/2,
Giesserei-Verlag GmbH Düsseldorf - 1983, S.41] ....................................................... 100
Bild 80 - Substitution: Stufenhalter für Treppengeländer, früher und heute ................. 101
Bild 81 - Substitution: Vergleich eines Wasserverteilers für einen Heizkessel, früher und
heute [5] ....................................................................................................................... 102
Bild 82 - Substitution: Wasserverteiler für einen Heizkessel; GJMW-400-5 [5] ............ 102
Bild 83 - Integralgussteil aus druckgegossenen Aluminium- und
Magnesiumkomponenten [8] ....................................................................................... 104
Bild 84 - Einteilig gegossene Passagiertür aus einer wärmebehandelten Aluminium-
Legierung [8] ................................................................................................................ 105
Bild 85 - Material- und Zeitersparnis durch Integralguss ............................................. 106
Bild 86 - Hochgeschwindigkeitsschlitten mit Hilfe der Bionik konstruiert [9]................. 106
Seite 6 von 111

Tabellenverzeichnis
Tabelle 1 - Werkstoffbezeichnungen und –Nummern: Gegenüberstellung der DIN 1692
und der DIN EN 1562 ...................................................................................................... 9
Tabelle 2 - Richtwerte für die chemische Zusammensetzung von Temperguss im
Rohgusszustand ............................................................................................................ 10
Tabelle 3 - Produktdaten: Schonhammer T-Stück ......................................................... 13
Tabelle 4 - Produktdaten: Temperguss-Fitting ............................................................... 14
Tabelle 5 - Produktdaten: Karabinerhaken .................................................................... 15
Tabelle 6 - Produktdaten: Schlüssel .............................................................................. 16
Tabelle 7 - Produktdaten: Drahtspanner ........................................................................ 17
Tabelle 8 - Produktdaten: Flügelmutter ......................................................................... 18
Tabelle 9 - Produktdaten: Flaschenöffner ...................................................................... 19
Tabelle 10 - Produktdaten: Cargo-Verzurrung ............................................................... 20
Tabelle 11 - Produktdaten: Umschalter für Ratsche ...................................................... 21
Tabelle 12 - Mechanische Eigenschaften von weißem Temperguss [] .......................... 28
Tabelle 13 - Festigkeitswerte für weißen Temperguss .................................................. 29
Tabelle 14 - Mechanische Eigenschaften von schwarzem Temperguss ....................... 30
Tabelle 15 - Festigkeitswerte für schwarzen Temperguss ............................................. 30
Tabelle 16 - Physikalische Eigenschaften von Temperguss, Anhaltswerte ................... 32
Tabelle 17 - Temperaturabhängigkeit der 0,2%-Dehngrenze ........................................ 39
Tabelle 18 - Wärmeleitfähigkeit von Temperguss im Vergleich mit Gusseisen mit
Kugelraphit und Lamellengraphit [2] .............................................................................. 40
Tabelle 19 - Ertragbare Schwingungsbeanspruchung ................................................... 46
Tabelle 20 - Beständigkeit von Temperguss .................................................................. 49
Tabelle 21 - Tenifer-Nitrieren von Gusseisen mit Lamellen- und Kugelgraphit sowie
Schwarzem Temperguss [56] ........................................................................................ 73
Tabelle 22 - Durch eine Oberflächenbehandlung kann die Dauerfestigkeit von
Kurbelwellen erheblich gesteigert werden [58] .............................................................. 75
Tabelle 23 - Substitution: Vergleich der Fertigungsdaten eines Stufenhalters für
Treppengeländer [4] .................................................................................................... 101
Tabelle 24 - Substitutionen von Temperguss zu Gusseisen mit Kugelgraphit [6] [7] ... 103
Seite 7 von 111

1 Einleitung
Temperguss - ein duktiler Gusseisenwerkstoff
Unter dem Gesichtspunkt der Duktilität kann man die Eisen-Gußwerkstoffe in zwei
Gruppen einteilen: duktile und nicht duktile Werkstoffe. Die duktilen Werkstoffe sind einerseits
durch das Fehlen von Graphit oder durch eine kompakte bis kugelige Graphitanordnung
charakterisiert und andererseits frei von eutektischen Carbiden. Die nicht
duktilen Werkstoffe sind durch eine lamellenartige Graphitausbildung oder durch größere
Mengen eutektischer Carbide gekennzeichnet. Bild 1 zeigt für die wichtigsten Werkstoffe
typische Mikrogefügeaufnahmen, wobei zwecks besseren Vergleichs vorwiegend
das Gefüge der ferritischen Sorten abgebildet ist.
Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nehmen Fließ- und Formfüllungsvermögen der Eisen-
Gußwerkstoffe zu, die mechanischen Eigenschaften in der Regel ab, wobei Temperguss
hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften eine Ausnahme bildet: es werden 0,2%-
Streckgrenzen von über 600 N/mm 2 erreicht. Temperguss steht bezüglich der chemischen
Zusammensetzung zwischen Stahlguss und Gusseisen mit Lamellengraphit. Er
ist somit ein optimaler Kompromiss zwischen den guten Gießeigenschaften von Gusseisen
und den mechanischen Eigenschaften — insbesondere der Duktilität — von Stahlguss.
Temperguss lässt sich wegen des im Gusszustand hohen Kohlenstoffgehaltes zu
formgenauen, schwierig gestalteten und dünnwandigen Werkstücken mit sauberer und
glatter Oberfläche konturenscharf vergießen, sie sind statisch und dynamisch hochbeanspruchbar
und lassen sich sehr gut bearbeiten. [80s]
Bild 1 - Übersicht der Gusswerkstoffe auf Eisenbasis
Seite 8 von 111

1.1 Die Sorten
Temperguss und seine zwei Sorten sind in Europa in der EN 1562, International in der
ISO 5922 sowie in den USA in der ASTM-A602/A220/A47/A338 genormt.
Im Jahr 1997 löste die DIN EN 1562, die bisher geltende DIN 1692 ab. Einige Tabellen
und Abbildungen dieser Broschüre tragen noch die alten Werkstoffbezeichnungen der
DIN 1692. Die Tabelle 1 stellt die Werkstoffbezeichnungen und Werkstoffnummern der
DIN 1692 und der aktuell geltenden DIN EN 1562 gegenüber. Die chemische Zusammensetzung
ist nicht genormt, als Referenz gelten aber folgende Werte aus der Tabelle
2.
Tabelle 1 - Werkstoffbezeichnungen und –Nummern: Gegenüberstellung der DIN 1692
und der DIN EN 1562
Seite 9 von 111

Tabelle 2 - Richtwerte für die chemische Zusammensetzung von Temperguss im
Rohgusszustand
Die Bild 2 zeigt die Gefüge von Temperguss vor und nach der Wärmebehandlung und
Bild 3 zeigt die Bruchflächen von Weißem (links) & Schwarzen (Mitte) Temperguss, sowie
von Gusseisen mit Lamellengraphit, dem sogenannten Grauguss (rechts).
Bild 2 - Gefügeausbildung von GJMB/W, V=100:1; oben: ungeglüht, unten: wärmebehandelt.
Seite 10 von 111

Bild 3 - Bruchflächen von GJMW, GJMB & GJL
Temperguss entsteht durch eine gezielte Wärmebehandlung des sog. Temperrohgusses.
Temperrohguss ist zunächst ein sprödes Gusseisen, das metastabil, also karbidisch,
erstarrt. Nach einer Wärmebehandlung, dem Tempern, wird der Temperguss
weich und zäh. Die englische Übersetzung von ‘Malleable Cast Iron‘ ist ‘schmiedbares
Gusseisen‘ und definiert somit schon seine Haupteigenschaft, es ist ein weich-zäher und
verformbarer Eisenguss-Werkstoff.
Temperrohguss erstarrt weiß (am Bruchgefüge erkennbar), der Kohlenstoff liegt also in
gebundener Form als Fe3C vor. Danach wird er einer Wärmebehandlung unterzogen. Je
nachdem wie diese abläuft, entsteht Schwarzer oder Weißer Temperguss. Dabei wird
der gebundene Kohlenstoff wieder in Lösung gebracht, beim Herunterfahren der Temperatur,
verringert sich die Kohlenstofflöslichkeit und sorgt für ein Ausscheiden des Kohlenstoffs
in Form von Graphitkohleknoten. Die Namensgebung erfolgte auf Grund des
Aussehens der Bruchfläche (s. Bild 3).
1.2 Geschichte
Die ersten Schmelz-, Gieß- und Schmiedeversuche, scheint es in Vorderasien gegeben
zu haben, diese gehen bis 5000 Jahre v. Chr. zurück. Kupfer und Gold waren anfangs
die Metalle, die der Mensch damals beherrschte zu gießen, da sie als reines Metall gediegen
in der Natur vorkommen. Die Gusseisenproduktion soll 500 v. Chr. bereits in
China praktiziert worden sein, in Europa erst fast 2000 Jahre später, nämlich erst ab
1400 n. Chr. [13]
„Zu den ältesten chinesischen Eisengussteilen aus dem 4. Jh. v. Chr. gehören
Werkzeuge, vor allem für den Ackerbau. Nach neuen Untersuchungen bestehen
solche Werkzeuge im Rohgusszustand aus kohlenstoffreichem weißem Gusseisen
mit niedrigen Silicium·, Phosphor· und Schwefelgehalten. Der Rohguss wurde
bei 900°C bis 1000°C einer Graphitisierungsglühung unterzogen. Nur durch
diese Temperung konnten die Werkzeuge genügend schlagfest werden. In großen
Mengen wurden Ackergeräte aus gezielt hergestelltem Temperguss gefunden.―
[13]
Der Engländer David Ramsay ließ sich bereits 1630 das Patent „hartes Eisen weich zu
machen― eintragen. Dies scheint die erste offizielle Tempergusspro-duktion in Europa
gewesen zu sein [14].
Seite 11 von 111

Im Jahre 1671 ließ sich Ruprecht von der Pfalz, das „Weichmachen jedweden Eisens―
patentieren. Nachdem René Antoine Ferchault de Réaumur 1722 eine wissenschaftliche
Publikation zu diesem Thema abhielt, wurde das Verfahren allgemein zugänglich [14].
1.3 Temperguss im Alltag
Temperguss wird auch heute noch in vielen Bereichen verwendet. Um die Verbreitung
von Tempergussteilen zu verdeutlichen sind in der Tabelle einige Anwendungsbespiele
aufgeführt, man begegnet diesen alltäglich. Doch dass diese Teile aus Temperguss gefertigt
werden ist Vielen nicht klar.
An diesen Beispielen wird deutlich, dass Temperguss in bestimmten Produktionsbereichen
nicht substituiert wurde.
Somit hat Temperguss Zukunft, sowohl volkswirtschaftlich, als auch für Unternehmen,
die auf bestimmte Gussartikel aus Temperguss angewiesen sind. Auf den folgenden
Seiten sind Gusserzeugnisse dargestellt, die das tägliche Leben begleiten.
Seite 12 von 111

Schonhammer T-Stück
Schonhammer mit Temperguss-T-Stück, mit Gummi- und Kunststoffeinlage. Zum Ausrichten
und Bearbeiten.
Werkstoff: GJMB
Abmessungen: 50x50 – 100x100 [mm]
Gewicht: 50 – 500 [g]
Geringste Wandstärke: 2 [mm]
Weiterverarbeitung: Pulverbeschichtet; KTL; lackiert
Blechbearbeitung (Karosseriebau)
Pflasterarbeiten
Anwendungsgebiete:
Gerüstbau
Reparatur- und Instandhaltungsarbeiten
Tabelle 3 - Produktdaten: Schonhammer T-Stück
Bild 4 - Schonhammer T-Stück
Seite 13 von 111

Temperguss-Fitting für Sprinklerlöschanlagen
T-Stück zum Anschluss der Sprinkler an die Wasserversorgung. Häufig anderweitig im
Rohrleitungsbau eingesetzt.
Werkstoff: GJMB; GJMW
Abmessungen:
1
/8“ – 4“
Gewicht: 30 – 8600 [g]
Geringste Wandstärke: 2 - 3 [mm]
Weiterverarbeitung: Verzinkt
Brandbekämpfung
Anwendungsgebiete:
Rohrleitungsbau
(Gas/Wasser/Dampf/Druckluft)
Tabelle 4 - Produktdaten: Temperguss-Fitting
Bild 5 - Temperguss-Fitting u.a. für Sprinklerlöschanlagen [1]
Seite 14 von 111

Karabinerhaken
Der Karabinerhaken wird mit einem gefederten Schließbolzen und einer Gurt-öse versehen
und verformt. Durch die zusätzlichen Komponenten und den Verformungsprozess
erhält der Karabinerhaken seine endgültige Form.
Werkstoff: GJMW
Abmessungen: 10 - 100 [mm]
Gewicht: 10 – 500 [g]
Geringste Wandstärke: 1 [mm]
Weiterverarbeitung: Verzinkt; verchromt
Befestigungen
Anwendungsgebiete:
Gurte; Taschen; Koffer
Schnellspanner
Tabelle 5 - Produktdaten: Karabinerhaken
Bild 6 - Karabinerhaken
Seite 15 von 111

Schlüssel
In verschiedenen Formen und Größen sind Tempergussschlüssel weltweit im Umlauf.
Ein sehr kleiner Schlüssel mit gebohrtem Loch ist auf Bild 7 dargestellt. Prädestiniert für
Temperguss, seine Konturenschärfe, Bild 8 zeigt einen detailrechen Ziergriff. Sehr empfindlich
im Rohgusszustand!
Werkstoff: GJMB
Abmessungen: 10 - 200 [mm]
Gewicht: 1 – 150 [g]
Geringste Wandstärke: < 1 [mm]
Weiterverarbeitung: Verzinkt; verchromt
Anwendungsgebiete:
Verschlusstechnik; Sicherung
Für Buntbart- und Chubbschließwerke
Tabelle 6 - Produktdaten: Schlüssel
Bild 7 - Miniaturschlüssel (Tagebuchschlüssel), mit gebohrtem Loch
Bild 8 - Schlüssel mit Ziergriff [2]
Seite 16 von 111

Drahtspanner
Spindel aus Temperguss mit kleinen Haken zum Einrasten beim Aufwickeln.
Werkstoff: GJMB; GJMW; Temperrohguss
Abmessungen: 20 - 70 [mm]
Gewicht: 10 – 100 [g]
Geringste Wandstärke: 2 [mm]
Weiterverarbeitung: Ohne; verzinkt; lackiert
Anwendungsgebiete:
Zaunbefestigung (Maschendrahtzaun)
Gartenbau
Tabelle 7 - Produktdaten: Drahtspanner
Bild 9 - Drahtspanner im Maschendrahtzaun
Seite 17 von 111

Flügelmutter
Sehr weit verbreitet und bewährt. Bild 10 zeigt eine kleine Flügelmutter im Rohgusszustand.
Werkstoff: GJMB
Abmessungen: 5 – 100 [mm]
Gewicht: 1 - 300 [g]
Geringste Wandstärke: 2 [mm]
Weiterverarbeitung: verzinkt; verchromt; lackiert
Anwendungsgebiete: Verschraubungen aller Art
Tabelle 8 - Produktdaten: Flügelmutter
Bild 10 - Flügelmutter, Rohgusszustand [2]
Bild 11 - Flügelmutter, gestrahlt, ohne Gewinde [2]
Bild 12 - Flügelmutter, verzinkt
Seite 18 von 111

Flaschenöffner
Flaschenöffner werden in allen Tempergusssorten gegossen. In der Temperrohgussvariante
besonders Verschleißfest. Von vielen Getränkeherstellern mit eigenem Logo versehen.
Werkstoff: GJMB; GJMW; Temperrohguss
Abmessungen: 70 x 70 x 40 [mm]
Gewicht: 100 [g]
Geringste Wandstärke: 2 [mm]
Weiterverarbeitung: Pulverbeschichtet; KTL; lackiert
Anwendungsgebiete:
Gastronomie
In der Firma oder Zuhause
Tabelle 9 - Produktdaten: Flaschenöffner
Bild 13 - Flaschenöffner [2]
Seite 19 von 111

Cargo-Verzurrung
Diese Art der flexiblen Befestigungsmöglichkeit hat sich weltweit in vielen Situationen
bewährt. Widerstandsfähig gegen groben Umgang und für hohe Lasten geeignet.
Werkstoff: GJMB
Abmessungen: 40 - 80[mm]
Gewicht: 100 - 250 [g]
Geringste Wandstärke: 2 - 3 [mm]
Weiterverarbeitung: Verzinkt; (gelb)chromatiert; lackiert
Anwendungsgebiete:
Air-Cargo
PKW- und LKW-Ladesicherung
Tabelle 10 - Produktdaten: Cargo-Verzurrung
Bild 14 - Cargo-Verzurrung [2]
Seite 20 von 111

Umschalter für Ratsche
Wichtig zur Umschaltung der Schraubrichtung bei einer Ratsche.
Werkstoff: GJMB
Abmessungen: 7 - 30[mm]
Gewicht: 4 - 40 [g]
Geringste Wandstärke: 2 [mm]
Weiterverarbeitung: Verzinkt; chromatiert; lackiert
Anwendungsgebiete: Werkzeugbau
Tabelle 11 - Produktdaten: Umschalter für Ratsche
Bild 15 - Umschalter für Ratsche [2]
Seite 21 von 111

2 Herstellung
2.1 Temperung, Karbidzerfall & Gefügeeinstellung
[Für die Wärmebehandlung von schwarzem und weißem Temperguss sind bis auf die
unterschiedlichen Glühatmosphären im Prinzip weitgehend gleiche Glühofentypen anwendbar.
Neuzeitliche Temperöfen mit selbsttätig geregelter, inerter oder entkohlender
Gasatmosphäre, wie z. B. Hauben-, Elevator- oder Durchlauföfen, haben sich hinsichtlich
Wirtschaftlichkeit und Gussqualität bewährt, wobei Durchlauföfen im Energieaufwand
Vorteile bieten.
Die früher übliche Methode, die Tempergussstücke in inerte oder entkohlende Packmittel
(z. B. Eisenerz) einzusetzen und zu glühen, wurde wegen des hohen Arbeits- und
Energieaufwandes weitgehend durch das Gastempern ersetzt. Die Gussstücke werden
dabei zur Vermeidung von Verzug in gelochte Glühkästen gepackt und auf hitzebeständigen
Rosten in kontinuierlichem Zeittakt durch den Ofenraum gefahren.
Die Wärmebehandlung — das „Tempern" — hat entscheidenden Einfluss auf die Qualität
der Tempergussstücke. Sie hat im Wesentlichen diese Aufgaben zu erfüllen:
Zerfall der im Temperrohguss vorliegenden eutektischen Carbide nach der Reaktion:
Fe3C 3 Fe + C (Temperkohle),
Entkohlung der oberflächennahen Randschichten (nur bei weißem Temperguss),
Einstellen des der gewünschten Sorte entsprechenden Grundgefüges. ]80s
2.1.1 Wärmebehandlung von schwarzem Temperguss
[Schwarzer Temperguss wird in neutraler Ofenatmosphäre entsprechend den Zeit-
Temperatur-Schaubildern in Bild 16 geglüht, wobei man zwei Glühstufen unterscheidet.
In der ersten zerfallen die eutektischen Carbide und lösen sich im Grundgefüge (Austenit
bei Glühtemperatur) auf, dabei scheidet sich elementarer Kohlenstoff in Form von
Temperkohleknoten ab (1. Graphitisierungsstufe). Da bei schwarzem Temperguss keine
Entkohlung durchgeführt wird und außerdem ein höherer Siliziumgehalt vorliegt, ist die
Glühtemperatur mit 950 °C niedriger und auch die Haltezeit kürzer als bei weißem Temperguss.
— Mit der zweiten Glühstufe wird das Grundgefüge und damit die Werkstoffsorte
bestimmt.
Ferritischer GJMB-350-10 (Bild 16, links) wird von Glühtemperatur auf etwa 760 °C abgekühlt
und es folgt die zweite Glühstufe, während der mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit
von 3 bis 5 °C/h der eutektoide Bereich langsam durchfahren wird. Dabei bildet
sich aus dem Austenit Ferrit und Graphit (2. Graphitisierungsstufe). Die zweite Glühstufe
ist bei etwa 680 °C beendet; die weitere Abkühlung kann beliebig erfolgen.
Seite 22 von 111

Bild 16 - Schematisches Zeit-Temperatur-Schaubild für die Wärmebehandlung von
ferritischem und perlitischem schwarzen Temperguss
Das perlitische Gefüge der Sorten GJMB-450-6 bis GJMB-650-2 sowie die Vergütungsgefüge
GJMB-700-2 und GJMB-800-1 wird üblicherweise erzielt durch Abschrecken aus
der ersten Glühstufe an bewegter Luft oder in Öl und anschließendes Anlassen, Bild 16,
rechts; diese Vorgehensweise entspricht im Prinzip der Vergütungsbehandlung von
Stählen. Durch unterschiedliche Anlasstemperaturen werden die verschiedenen Festigkeitsstufen
eingestellt, z. B. ca. 600 °C für GJMB-700-2 und ca. 700 °C für GJMB-450-6.
Kennzeichnendes Merkmal des schwarzen Tempergusses ist, dass aufgrund der
nichtentkohlenden Glühung sein Gefüge bis auf eine' Randzone von etwa 0,2 mm Tiefe
wanddickenunabhängig ist. Wie aus dem Vergleich mit weißem Temperguss in ‚Bild 17
ersichtlich, liegt in allen Querschnittsbereichen das gleiche, Temperkohle enthaltende
Grundgefüge vor. ]80s
Seite 23 von 111

Bild 17 - Gefüge im Querschnitt
2.1.2 Wärmebehandlung von weißem Temperguss
[Weißer Temperguss wird in oxidieren- der Ofenatmosphäre nach dem in Bild 18 gezeigten
Zeit-Temperatur- Schaubild geglüht. Während der Halteperiode bei etwa 1050
°C laufen die beiden Vorgänge Carbidzerfall und Entkohlung nebeneinander ab. Der
Zerfall des eutektischen Carbids erfolgt wie schon beim schwarzen Temperguss beschrieben,
die Entkohlung durch die oxidierende Glühatmosphäre läuft nach diesen
Gleichungen ab:
C + CO2 2 CO
2 C + O2 2 CO.
Bild 18 - Schematisches Zeit-Temperatur-Schaubild für die Wärmebehandlung von ferritischem
und perlitischem weißen Temperguss
Seite 24 von 111

Diese Reaktionen finden an der Oberfläche der Gussstücke statt, wodurch fortwährend
ein Entzug von Kohlenstoff stattfindet. Zum Ausgleich des Konzentrationsgefälles diffundiert
Kohlenstoff von innen zur Gussoberfläche und reagiert dort wiederum mit der
Glühatmosphäre. Auf diese Weise erfolgt eine allmähliche Entkohlung zunehmend von
innen nach außen.
Die Länge der Haltezeit auf Glühtemperatur richtet sich nach dem angestrebten Entkohlungsgrad
und der Wanddicke der Gussstücke. Besonders weitgehend wird die Entkohlung
bei schweißbarem weißem Temperguss GJMW-S durchgeführt; denn hier darf in
Wanddicken bis 8 mm nur maximal 0,3 %C enthalten sein.
Für GJMW-450-7 wird eine Luftvergütung vorgenommen, Bild 18, rechts. Nach dem
entkohlenden Glühen erfolgt schnelle Abkühlung an bewegter Luft. Anschließend wird
ein Anlassen auf etwa 700 °C vorgenommen, wobei sich der lamellare in körnigen Perlit
umwandelt. Diese Ausbildungsform des Perlits ist die Ursache dafür, dass der GJMW-
450-7 relativ hohe Werte sowohl für die Festigkeit als auch für die Bruchdehnung aufweist.
Aufgrund des entkohlenden Glühens hat weißer Temperguss ein typisches, wanddickenabhängiges
Gefüge mit von außen nach innen zunehmendem Kohlenstoffgehalt,
wie es schematisch in Bild 17 dargestellt ist. Dünne Querschnitte sind temperkohlefrei
und ferritisch bzw. ferritisch-perlitisch; dicke Querschnitte haben eine ferritische Randzone,
einen ferritisch-perlitischen Übergangsbereich und eine perlitische Kernzone, wobei
der Anteil an Temperkohle vom Übergangsbereich zur Kernzone zunimmt. ]80s
2.2 Chemische Zusammensetzung, Einfluss von Legierungselementen
[Seiner chemischen Zusammensetzung nach ist Temperguss eine untereutektische Eisen-Kohlenstoff-Silizium-Legierung,
deren Kohlenstoffgehalt nach der Erstarrung des
Gussstückes chemisch gebunden als Fe3C (Eisencarbid, Zementit) vorliegt; das Gefüge
ist graphitfrei und wird als ledeburitisch bezeichnet. Im Gegensatz dazu kristallisiert bei
Gusseisen mit Lamellengraphit bzw. Gusseisen mit Kugelgraphit der Kohlenstoff entweder
vollständig oder zum überwiegenden Teil elementar als Graphit unmittelbar aus der
Schmelze.
[Während des Temperns scheidet sich, statistisch verteilt, elementarer Kohlenstoff in
Form von kompakten Knoten bzw. Flocken — die Temperkohle — aus. Diese spezifische
Art der Graphitausbildung begründet die stahlähnlichen Eigenschaften des duktilen
Werkstoffes Temperguss; sein Grundgefüge kann durch ein entsprechend durchgeführtes
Tempern oder durch eine nachfolgende Wärmebehandlung treffsicher ferritischen,
perlitisch oder martensitisch (untere Zeile in Bild 2) eingestellt werden, je nach Verwendungszweck
und mechanischer Beanspruchung des Gussstückes.
Im Schmelzbetrieb wird aus den Rohstoffen Roheisen, Stahlschrott, Ferrolegierungen
sowie dem als Kreislaufmaterial bezeichneten Gieß- und Anschnittsystem der Gussstücke
ein schmelzflüssiges Eisen von festgelegter chemischer Zusammensetzung mit enger
Analysenstreuung erschmolzen. Die Auswahl der Rohstoffe und ihr Anteil in der Gattierung
hängt davon ab, ob entkohlend geglühter „weißer" oder nichtentkohlend geglühter
„schwarzer" Temperguss erzeugt werden soll. Richtwerte für die chemische Zusammensetzung
enthält Tabelle 2 auf Seite 10.
Seite 25 von 111

Weißer Temperguss wird in der Regel im Kupolofen erschmolzen und direkt vergossen.
Bei sorgfältiger Auswahl der Rohstoffe und einwandfreier Schmelzführung sind eine
gleichmäßige Analyse und Temperatur des flüssigen Eisens gewährleistet. Weißer
Temperguss kann auch im lnduktionsofen wirtschaftlich erschmolzen werden.
Schwarzer Temperguss — da nichtentkohlend geglüht — wird zur Erzielung guter mechanischer
Eigenschaften mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt als weißer Temperguss
erschmolzen und vergossen. Aus metallurgischen Gründen wird für diese Werkstoffgruppe
der Kupolofen üblicherweise nur als Vorschmelzaggregat verwendet. Zur Einstellung
der erforderlichen chemischen Zusammensetzung und der Gießtemperatur
dient ein nachgeschalteter Induktionsofen; dieses Verfahren wird „Duplex-Verfahren"
genannt. — Für das Kaltaufschmelzen von schwarzem Temperguss findet der Induktions-Tiegelofen
immer breitere Anwendung. Bei dieser als „Simplex-Verfahren" bezeichneten
Schmelzmethode wird der aus Roheisen, Kreislaufmaterial, Stahlschrott und Ferrolegierungen
bestehende kalte oder auch bis auf 700 °C vorgewärmte metallische Einsatz
mit elektrischer Energie eingeschmolzen.
Die chemische Zusammensetzung von Temperguss wird in erster Linie durch die Elemente
Kohlenstoff und Silizium charakterisiert. Sie müssen so aufeinander abgestimmt
sein, dass auch die stärksten Querschnitte eines Tempergussstückes nach der Erstarrung
ein weißes, graphitfreies Gefüge aufweisen. ]80s
3 Mechanische und Physikalische Eigenschaften
3.1 Eigenschaften bei Raumtemperatur
[Temperguss ist nach DIN EN 1562 und ISO 5922 genormt. Entsprechend den unterschiedlichen
mechanischen Anforderungen, die an Tempergussteile je nach Anwendungsgebiet
gestellt werden, sind in der Norm Kennwerte für Zugfestigkeit, 0,2-%-
Dehngrenze, Bruchdehnung und Härte aufgeführt, ferner werden Angaben über die typische
Gefügeausbildung der einzelnen Werkstoffsorten gemacht.
Die Festigkeitswerte für Temperguss werden wegen den gegenüber Gusseisen mit Lamellen-
und Kugelgraphit meist geringeren Wanddicken und kleineren Stückgewichten
an getrennt gegossenen Probestäben, wie in der DIN EN 1562 erwähnt, ermittelt, Bild
19. Für weißen Temperguss sind die Prüfstabdurchmesser von 9, 12 und 15 mm, für
schwarzen Temperguss die Durchmesser von 12 und 15 mm genormt.
Seite 26 von 111

Bild 19 - Abmessungen eines Probestabes [EN 1562:1997 + A1:2006: Bild1,Tabelle3]
3.1.1 Weißer Temperguss
Die mechanischen Eigenschaften von weißem Temperguss sind in den Tabelle 12 und
Tabelle 13 aufgeführt. Durch die entkohlende Glühung entsteht ein wanddickenabhängiges
Gefüge. Dünne Querschnitte sowie die Randzone dickwandiger Bereiche sind ferritisch
und frei von Temperkohle. Mit zunehmender Wanddicke bzw. Tiefe unter der
Oberfläche steigt der Anteil an Perlit in der ferritisch/perlitischen Übergangszone und es
tritt zunehmend Temperkohle auf. Dickwandige Bereiche weisen im Kern ein perlitisches
Gefüge mit Temperkohle auf. Dieser Einfluss der Wanddicke führt bei weißem Temperguss
je nach Durchmesser der Zugprobe zu unterschiedlichen Werten für Festigkeit und
Dehnung, wie aus den Werten in Tabelle 12 ersichtlich. Die Sorten GJMW-350-4 bis
GJMW- 450-7 haben mit zunehmender Festigkeit eine geringere Entkohlungstiefe, beim
GJMW-450-7 wird der entkohlenden Glühung eine Luftvergütung nachgeschaltet. Der
GJMW-360-12 — speziell für Konstruktionsschweißungen entwickelt — hat eine besonders
große Entkohlungstiefe und weist im Bereich der Schweißfasen in Wanddicken bis
8 mm Restkohlenstoffgehalte unter 0,3 % auf.
Seite 27 von 111

Tabelle 12 - Mechanische Eigenschaften von weißem Temperguss []
Seite 28 von 111

Tabelle 13 - Festigkeitswerte für weißen Temperguss
3.1.2 Schwarzer Temperguss
Tabelle 14 und Tabelle 15 nennen die Eigenschaften von schwarzem Temperguss. Für
die Festigkeitseigenschaften der verschiedenen Sorten sind überwiegend die Menge
und die Form des gebundenen Kohlenstoffs maßgebend. Das Gefüge ist in allen Querschnitten
einheitlich und unabhängig von der Wanddicke. Es besteht bei GJMB-350-10
nur aus Ferrit und Temperkohle, was zu hoher Zähigkeit und niedriger Härte führt. Zunehmender
Anteil an gebundenem Kohlenstoff steigert die Festigkeit und die Härte,
während sich die Bruchdehnung verringert. Das Einstellen des gewünschten Gefüges
erfolgt bei den Sorten GJMB-450-6 bis GJMB- 650-2 vorzugsweise über eine Luftvergütung,
beim GJMB-700-2 wird eine Öl-Vergütung vorgenommen. Der wand- dickenunabhängige,
gleichmäßige Gefügeaufbau des schwarzen Tempergusses bietet in Verbindung
mit der eingelagerten Temperkohle besonders gute Voraussetzungen u. a. für eine
wirtschaftliche spanende Bearbeitung und — bei den perlitischen Sorten — für eine gute
Oberflächenhärtung.
Seite 29 von 111

Tabelle 14 - Mechanische Eigenschaften von schwarzem Temperguss
Tabelle 15 - Festigkeitswerte für schwarzen Temperguss
3.1.3 Vergleich/Unterschied
Mit Hilfe von Bild 20 soll der Unterschied zwischen weißem und schwarzem Temperguss
am Beispiel von GJMW-450-7 und GJMB-450-6 verdeutlicht werden; beide Sorten
haben im 12-mm- Probestab die gleiche Festigkeit von min. 450 N/mm 2 . Infolge der entkohlenden
Glühbehandlung erhöhen sich bei weißem Temperguss mit steigendem Probestabdurchmesser
und somit zunehmender Wanddicke Zugfestigkeit und 0,2-%-
Dehngrenze, die Bruchdehnung nimmt dagegen ab. Ursache ist das abnehmende Ver-
Seite 30 von 111

hältnis der Dicke von völlig entkohlter Randzone und temperkohlefreien, ferritisch- perlitischen
Übergangszone zu derjenigen der temperkohlehaltigen, perlitischen Kernzone.
Dagegen sind die Eigenschaften von schwarzem Temperguss in allen Querschnitten
gleich.
Bild 20 - Wanddicken(un)abhängigkeit von Temperguss
Bild 21 zeigt einen Vergleich der Elastizitätsmoduln wichtiger Eisenwerkstoffe. Das elastische
Verhalten graphithaltiger Eisengusswerkstoffe steht in engem Zusammenhang mit
dem Volumenanteil und der Ausbildungsform des freien Kohlenstoffes; mit abnehmender
Menge und zunehmender Kompaktheit des Graphits nähert sich der E-Modul dem
für Stahl von 210 kN/mm 2 . Ferritischer Temperguss besitzt einen E-Modul von ca. 175
kN/ mm 2 , mit perlitischem Temperguss werden Werte von 195 kN/mm 2 erreicht. ]80s
Seite 31 von 111

Bild 21 - Elastizitätsmodul von Gusseisenwerkstoffen
In Tabelle 16 sind Anhaltwerte für physikalische Eigenschaften von weißem und
schwarzen Temperguss gegeben.
Tabelle 16 - Physikalische Eigenschaften von Temperguss, Anhaltswerte
3.2 Hinweise für die Werkstoffwahl
[Neben den mechanischen Eigenschaften Festigkeit und Dehnung sind vor allem Zerspanbarkeit,
Härtbarkeit und Schweißeignung wichtige Kriterien für die Wahl der bestgeeigneten
Tempergusssorte. Bild 22 zeigt die qualitative Gegenüberstellung dieser Eigenschaften
für beide Werkstoffgruppen. ]80s
Seite 32 von 111

Bild 22 - Qualitativer Vergleich der Eigenschaften von Temperguss
Schwarzer Temperguss
GJMB-300-6
____________________________________________________________
____________________________________________________________
_________________________________________________________
GJMB-350-10
Das rein ferritische Gefüge mit eingelagerter feiner Temperkohle verleiht dieser Sorte
bei mäßiger Festigkeit und guter Dehnung eine ausgezeichnete Zerspanbarkeit. Man
wird immer dann diesen Werkstoff wählen, wenn die Wirtschaftlichkeit der Zerspanung
das ausschlaggebende Kriterium für die Werkstoffwahl ist. Für eine thermo- physikalische
Oberflächenhärtung bis 45 HRC ist GJMB-350-10 nach Vorbehandlung geeignet.
GJMB-450-6
Diese Sorte ist der Kompromiss für Anwendungsfälle, bei denen die Zerspanbarkeit den
Maßstab für die Wirtschaftlichkeit setzt, die Festigkeit des GJMB-350-10 jedoch nicht
ausreicht. Das ferritisch-perlitische Grundgefüge bringt die erforderliche Festigkeit, die
mäßige Härte zusammen mit der spanbrechenden Wirkung der Temperkohle führen zu
guten Zerspanungseigenschaften. Mit einer Härtung sind nach Doppelerwärmung Härten
bis 55 HRC erreichbar.
GJMB-500-5, GJMB-550-4
Die Zerspanbarkeit ist, verglichen mit den drei vorgenannten Sorten, weniger gut, jedoch
im Vergleich zu einem Schmiedestahl gleicher Festigkeit hervorragend. GJMB-550-4 ist
der ideale Werkstoff für Oberflächenhärtung, es werden ohne besondere Vorbehandlung
bis 60 HRC erreicht.
GJMB-600-3, GJMB-650-2, GJMB-700-2, GJMB-800-1
Bei diesen Sorten hat die Festigkeit Priorität vor der Zerspanbarkeit, wobei allerdings
der Vorteil kurzbrüchiger Späne auch hier erhalten bleibt. Eine Oberflächenhärtung ist
Seite 33 von 111

möglich, jedoch besteht je nach Geometrie des Werkstücks die Gefahr der Härterißbildung.
Diese Sorten sind gute Alternativen zu Schmiedestählen gleicher Festigkeit.
Weißer Temperguss
GJMW-350-4
Dieser kostengünstige Werkstoff wird für minder beanspruchte Teile verwendet, die keine
hohen Ansprüche an die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften stellen.
GJMW-360-12
Diese Sorte ist als „der" schweißbare Temperguss bekannt. Chemische Zusammensetzung
und entkohlende Glühbehandlung sind auf optimale Schweißeignung ausgerichtet.
Im Bereich der Wärmeeinflusszone der Schweißung bei unbearbeiteten Wanddicken bis
8 mm bleibt die Härte unter 250 HB 30, wodurch sich eine thermische Nachbehandlung
erübrigt.
GJMW-400-5
Als Standardwerkstoff des entkohlend geglühten Tempergusses ist diese Sorte besonders
für dünnwandige Werkstücke geeignet, die gute Zähigkeitseigenschaften haben
müssen. Die Zerspanbarkeit ist nicht so gut wie die von GJMB-450-6, da in den oberflächennahen
Zonen die spanbrechende Wirkung der Temperkohle fehlt. GJMW-400-5 ist
geeignet für Konstruktionsschweißungen, die keinen hohen Beanspruchungen ausgesetzt
sind.
GJMW-450-7, GJMW-550-4
Die thermische Nachbehandlung nach dem Tempern verbessert und vergleichmäßigt
die Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften und führt zu einer körnigen Ausbildung des
Zementits im Perlit; dies beeinflusst günstig die Zerspanungseigenschaften. Die
Schweißeignung entspricht der von GJMW-400-5. ]80s
3.3 Einsatz bei niedriger Temperatur
[Wie auch bei anderen metallischen Werkstoffen steigen ebenfalls bei Schwarzem Temperguss
die Festigkeitseigenschaften mit fallender Temperatur an, Bild 23. Bruchdehnung
und Bruchdurchbiegung nehmen nur allmählich ab (Bild 24), im Bereich witterungsbedingter
Minus-Temperaturen tritt aber kein gravierender Abfall auf.
Seite 34 von 111

Bild 23 - Einfluß der Temperatur auf die Festigkeitseigenschaften
Bild 24 - Bruchdehnung und Bruchdurchbiegung von Temperguss
Niedrige Anwendungstemperaturen sind von großem Einfluss auf das Zähigkeitsverhalten
von duktilen Werkstoffen. Mit abnehmender Temperatur besteht zunehmend die Ge-
Seite 35 von 111

fahr der Werkstoffversprödung, was bei dynamischer Beanspruchung den Einsatz des
betreffenden Werkstoffs unterhalb einer bestimmten Temperatur ausschließen würde.
Schlag- und Kerbschlagarbeit sind Beurteilungsmaßstäbe für das Verhalten eines Werkstoffs
unter schlagartiger Belastung und geben bei sinkenden Temperaturen Aufschluss
Überseine Neigung zu unerwünschten, verformungslosen Trennbrüchen. Aus Bild 25
wird ersichtlich, dass bei Schwarzem Temperguss nur eine geringe Abhängigkeit der
Kerbschlagarbeit von der Temperatur gegeben ist, es tritt kein gefährlicher Steilabfall mit
abrupt sich ändernden Zähigkeitseigenschaften auf wie bei vielen anderen duktilen
Werkstoffen.]SCHWARZER TEMPERGUSS ZGV
Bild 25 - Kerbschlagarbeit von ferritischem schwarzen Temperguss
[Bauteile aus Weißem Temperguss werden erfolgreich bei klimatisch bedingten Minustemperaturen
eingesetzt, wobei bis zu -60°C auftreten können. Beispiele sind tragende
Elemente von Kraftfahrzeugen, Armaturen von elektrischen Hochspannungs-
Freileitungen und Bauteile für den Gerüstbau.
Die Festigkeitseigenschaften von Weißem Temperguss nehmen mit fallender Temperatur
zu, wie dies in Bild 26, links, für den ferritischen GJMW-360-12 und den perlitischen
GJMW-450-7 dargestellt ist. Am Beispiel der Bruchdehnung in Bild 26, rechts, wird verdeutlicht,
dass die Zähigkeitseigenschaften mit sinkender Temperatur nur allmählich
abnehmen, es tritt kein Steilabfall auf. Die gleiche Tendenz haben auch die Werte für die
Kerbschlagarbeit und die Brucheinschnürung. - Die Zähigkeitseigenschaften bei niedri-
Seite 36 von 111

gen Temperaturen können über die chemische Zusammensetzung beeinflusst werden.]GTW
WKS. SPZ. EIG.
Bild 26 - Festigkeitseigenschaften bei tiefen Temperaturen von weißem Temperguss
3.4 Einsatz bei erhöhter Temperatur
[Der erfolgreiche Einsatz von Temperguss bei erhöhten Temperaturen basiert auf seiner
guten Warm- und Zeitstandfestigkeit. Bild 27 zeigt die im Feindehnungsmeßversuch ermittelte
Warmfestigkeit und 0,2 %-Dehngrenze für verschiedene Sorten. Beim ferritischen
GJMB-350-10 bleiben bis etwa 350°C Zugfestigkeit und 0,2 %-Dehngrenze nahezu
konstant, bei höheren Temperaturen nehmen sie ab; ähnlich, aber auf höherem
Niveau, ist das Verhalten der perlitischen Sorten. Im Vergleich zu GS-C 25 und GJS-
350-22-LT ist GJMB-350-10 ebenbürtig, GJMB-550-4 und -700-2 sind überlegen.
Bild 27 - Warmfestigkeit von schwarzem Temperguss
Die Zeitstandfestigkeit von ferritischem und perlitischem schwarzen Temperguss im
Temperaturbereich von rund 430 bis 650 °C zeigt Bild 28. Werden erhöhte Anforderun-
Seite 37 von 111

gen an die Zeitstandfestigkeit gestellt, so empfiehlt sich die Verwendung einer Molybdän-legierten
Sorte. Wie aus dem Vergleich der Diagramme in Bild 28 zu erkennen, wird
durch 0,5% Mo die Zeitstandfestigkeit von perlitischem (auch ferritischem) schwarzen
Temperguss erheblich angehoben. Beispielsweise werden mit Mo-legiertem GJMB-550-
4 die Werte des warmfesten Stahlgusses GS-22 Mo 4 erreicht.
Bild 28 - Zeitstandfestigkeit von schwarzem Temperguss, zum vgl. auch Mo-legiert
Unabhängig von der Werkstoffsorte beziehungsweise vom Grundgefüge nimmt der
Elastizitätsmodul mit steigender Temperatur ab, Bild 29.]SCHWARZER TEMPERGUSS
ZGV
Seite 38 von 111

Bild 29 - Elastizitätsmodul bei verschiedenen Temperaturen
[Weißer Temperguss wird auch bei höheren Temperaturen erfolgreich eingesetzt. Die
gute Warm- und Zeitstandfestigkeit hat sich zum Beispiel in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren
ausgezeichnet bewährt, Bild 30. Die Tabelle 17 gibt Hinweise für die
Temperaturabhängigkeit der 0,2%-Dehngrenze.] GTW WKS. SPZ. EIG.
Bild 30 - schweißbare Temperaturbeaufschlagte Teile aus Temperguss
Werkstoffsorte
0,2%-Dehngrenze (Anhaltswerte)
bei einer Betriebstemperatur in °C von
20 100 200 300 350
[N/mm²]
GJMW-360-12 170 160 140 120 100
GJMW-400-5 200 200 180 160 140
GJMW-450-7 230 230 200 180 160
0,2%-Dehngrenze von Weißem Temperguss bei erhöhten Temperaturen *)
*) Nach AD-Merkblatt W 3.5, Entwurf 1982
Tabelle 17 - Temperaturabhängigkeit der 0,2%-Dehngrenze
Seite 39 von 111

3.5 Wärmeleitfähigkeit
Temperguss weist hohe Wärmeleitfähigkeitswerte auf. Das Bild 31 zeigt die hohe Wärmeleitfähigkeit
von Temperguss im Vergleich mit Gusseisen mit Kugelgraphit. Die Tabelle
18 gibt genauere Werte an, auch für Gusseisen mit Lamellengraphit und reines Eisen.
Wärmeleitfähigkeit
(W/m.K.)
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
0 100 200 300 400 500
Temperatur (°C)
Ferritic Ductile Iron
Pearlitic Ductile Iron
Malleable Iron
Bild 31 - Wärmeleitfähigkeit von Temperguss und Gusseisen mit Kugelgraphit [3]
Literature review of Thermal Conductivity of Ductile- and
Malleable Iron.
Ductile Iron Handbook. (1) °C. cal./cm.sec.°C. °C. W/m.K.
Ferritic Ductile iron 20 0,078 20 32,6
100 0,095 100 39,7
400 0,080 400 33,4
Pearlitic Ductile Iron 20 0,065 20 27,2
100 0,073 100 30,5
400 0,068 400 28,4
Pure Iron 20 0,167 20 69,8
Grey Iron 20 0,120 20 50,2
Ductile iron Society. (2)
Malleable Iron 20 0,140 20 58,5
Ferritic Ductile iron 20 0,100 20 41,8
Pearlitic Ductile Iron 20 0,060 20 25,1
Malleable iron Castings. (3) °F. cal./cm.sec.°C. °C. W/m.K.
Malleable Iron 212 0,151 100 63,1
307 0,149 153 62,3
408 0,146 209 61,0
482 0,143 250 59,8
594 0,143 312 59,8
669 0,141 354 58,9
734 0,140 390 58,5
807 0,138 431 57,7
1.) Ductile Iron Handbook American Foundrmen's Society, Inc. (AFS) 1992
2.) Ductile iron Society http://www.ductile.org/index.html
3.) Malleable iron Castings Malleable Founders Society, Cleveland, Ohio. 1960
Tabelle 18 - Wärmeleitfähigkeit von Temperguss im Vergleich mit Gusseisen mit Kugelraphit
und Lamellengraphit [3]
Seite 40 von 111

3.6 Bearbeitbarkeit
Vergleicht man die Bearbeitbarkeit von perlitischem Temperguss und perlitischem
Gusseisen mit Kugelgraphit, ist die Homogenität des Tempergussgefüges nach der
Temperung ein wichtiges Kriterium für die gute Bearbeitbarkeit. Gusseisen mit Kugelgraphit
hat um die Graphitkugeln herum weiche Ferrithöfe, umgeben von hartem Perlit
(siehe Bild 32). Beim Temperguss sorgen die Temperkohleknoten und Mangansulfide
für eine gute Spanbrechung. Letztere sind besonders beim weißem Temperguss wichtig,
weil hier an der Randschicht entkohlt wird.
Bild 32 - Vergleich der Gefügestrukturen zwischen luftvergütetem weißen Temperguss
(links) und Gusseisen mit Kugelgraphit (rechts) [4]
Gusseisen mit Kugelgraphit ist eine grau-erstarrende Gusseisensorte. Bei diesen
Gusssorten, kann es örtlich vorkommen, dass die Schmelze weiß, also ohne Graphitausscheidung,
erstarrt. In diesen Zonen ist der Kohlenstoff in sprödem Zementit gebunden.
Die lokale Aufhärtung wird als Kantenhärte bezeichnet. Weil Temperguss komplett
weiß-erstarrt und anschließend Wärmebehandelt wird, besteht dieses Problem nicht!
3.7 Dauerschwingfestigkeit
[Die Schwingfestigkeit ist der Oberbegriff für die Zeit-, Dauer- und Betriebsfestigkeit,
wobei zwischen verschiedenen Spannungsverhältnissen R und Beanspruchungsarten -
zum Beispiel Biegung, Zug, Torsion - sowie deren Kombinationen unterschieden wird.
Voraussetzung für eine hohe dynamische Beanspruchbarkeit eines Bauteils sind entsprechende
Zähigkeitseigenschaften (Duktilität) des verwendeten Werkstoffs. Dies ist
erforderlich, um Sicherheit zu haben vor einem plötzlichen, verformungslosen Bruch mit
der möglichen Gefahr von katastrophalen Begleit- beziehungsweise Folgeerscheinungen.
Außerdem müssen zuverlässige Schwingfestigkeitswerte vorliegen, um ein Bauteil
exakt zu berechnen beziehungsweise dimensionieren zu können. Wurden diese früher
mangels genauer Daten aus den statischen Festigkeitseigenschaften schätzend abgeleitet
- zum Beispiel σbw ~ 0,3 Rm -, dann mussten hohe Sicherheitszuschläge - zutreffender
genannt: Unsicherheitszuschläge - und/oder zu niedrige zulässige Spannungen
Seite 41 von 111

eim Dimensionieren in Ansatz gebracht werden. Doch diese Arbeitsweisen sind heute
nicht mehr möglich: Die Forderungen nach hoher Werkstoffausnutzung und Leichtbau
sowie gleichzeitig zuverlässiges und sicheres Betriebsverhalten zu gewährleisten, lassen
sich konstruktiv nur dann verwirklichen, wenn genaue Berechnungswerte vorliegen
[14].
Einen Auszug umfangreicher Dauerfestigkeitsuntersuchungen über den gesamten Härte-
beziehungsweise Festigkeitsbereich von Schwarzem Temperguss zeigt Bild 33 am
Beispiel der Wechsel- (R=-1) und Schwellbiegung (R = 0). Wie aus den im Bild eingetragenen
Parametern für das Zugfestigkeitsverhältnis ersichtlich, beträgt die Dauerfestigkeit
(Wechsel- beziehungsweise Schwellbiegung) der gekerbten Proben je nach
Werkstoffsorte etwa 15 bis 40 % der Zugfestigkeit; eine vereinfachte Angabe der Dauerfestigkeit
als feste Verhältniszahl zur Zugfestigkeit ist also, wie bereits erwähnt, nicht
möglich. ]SCHWARZER TEMPERGUSS ZGV
Bild 33 - Dauerfestigkeit schwarzer Tempergusssorten
[Das Verhältnis von Dauerfestigkeit zu Zugfestigkeit beträgt bei Weißem Temperguss
etwa 0,25 bis 0,40, wobei die Werte in der Reihenfolge Zug-Druck-, Torsions-, Planbiege-
und Umlaufbiege-festigkeit ansteigen.]GTW WKS. SPZ. EIG.
[Auffallend in Bild 33 ist ferner der relativ geringe Anstieg der Dauerfestigkeit mit zunehmender
Zugfestigkeit. Dies bedeutet, dass die Umstellung eines Bauteils auf eine
höherfestere Tempergusssorte keinen nennenswerten Gewinn an Dauerfestigkeit ergibt.
Die wesentlich wirkungsvollere Maßnahme ist eine konstruktive Überarbeitung des
Werkstücks mit dem Ziel, die Formzahl αk zu reduzieren. Wie erfolgreich dies ist, zeigen
die in Bild 33 eingetragenen Ergebnisse für die Formzahlen αk = 1,1 bis Bild 34 gibt für
zwei dieser Formzahlen die zugehörigen Wöhlerlinien wieder. In Bild 35 werden diese
den Lebensdauerlinien für die Betriebsfestigkeit gegenübergestellt.
Seite 42 von 111

Bild 34 - Dauerfestigkeit von der schwarzen Tempergusssorte GJMB-550-4
Bild 35 - Vergleich der Wöhler- und Betriebsfestigkeit von GJMB-550-4 unter Biegebeanspruchung
Von wesentlichem Einfluss auf die Dauerhaltbarkeit eines Bauteils unter schwingender
Beanspruchung ist die Wirkung konstruktiv bedingter Kerben, die mit der Kerbwirkungszahl
βk berücksichtigt werden. Dieser erfasst zusätzlich zur geometrischen Form, berücksichtigt
durch die Formzahl αk, auch den direkten Einfluss des Werkstoffs und damit
denjenigen der Temperkohle. Aus Bild 36 ist ersichtlich, dass Schwarzer Temperguss
verhältnismäßig wenig kerbempfindlich ist. Im Bereich niedriger Formzahlen (bis etwa αk
= 2) ist er niedrig- und mittelfesten Stählen gleichwertig, bei höheren Formzahlen überlegen.
Gegenüber hochfesten Stählen kommt sein günstiges Verhalten noch deutlicher
Seite 43 von 111

zum Ausdruck. Aus Bild 36 kann für jede beliebige Formzahl αk

3.7.1 Maßnahmen zur Verbesserung der Bauteilschwingfestigkeit
[Temperguss bietet verschiedene Möglichkeiten, die Schwingfestigkeit der Bauteile zu
erhöhen. Die schon erwähnte Optimierung der Werkstückgestalt im Hinblick auf eine
möglichst niedrige Formzahl lässt sich durch die hohe Gestaltungsfreiheit beim Gießen
leicht verwirklichen und auch wirtschaftlich in die Praxis umsetzen.
Auf die dauerfestigkeitssteigernde Wirkung von oberflächenverfestigenden Maßnahmen,
wie Strahlen, Nitrieren, Härten, wird an anderer Stelle hingewiesen (siehe hierzu 6.2
Festigkeitssteigerung durch Oberflächenbehandlung6.2).
Auch die um etwa 6% niedrigere Dichte von Temperguss gegenüber Stahl ist von Bedeutung;
sie bietet die Möglichkeit, beispielsweise bei der Substitution von Schmiedeteilen,
die höchstbeanspruchten Werkstückbereiche zu verstärken, ohne dass hierdurch
das Gewicht erhöht wird, Bild 37.
Bild 37 - Verstärkung eines Pleuels bei gleichem Gewicht
Wie erfolgreich eine Kombination dieser Maßnahmen sein kann, zeigt Tabelle 19 [18]
am Beispiel eines Pleuels für Lkw-Dieselmotoren. Hinsichtlich Mittelwert und Streubreite
der Schwingfestigkeit unter Zug-Druck-Beanspruchung sind Pleuel aus GJMB-700-2
vorteilhafter als solche aus dem Schmiedestahl 39 Cr 4, vergütet auf eine Festigkeit von
900 N/mm 2 .]80s
Seite 45 von 111

Tabelle 19 - Ertragbare Schwingungsbeanspruchung
3.8 Verschleißbeständigkeit
[Ein besonderer technischer und wirtschaftlicher Vorteil von Temperguss ist seine Härtbarkeit.
Mit den verschiedenen Härteverfahren - angepasst an den Werkstoff - lassen
sich die mechanisch-technologischen Eigenschaften in weiten Grenzen verändern.
Hierbei spielen die betrieblichen Anforderungen eine Rolle.
Bei der Wahl des Härteverfahrens ist zu berücksichtigen, dass Weißer Temperguss ein
von der Wanddicke abhängiges Gefüge mit von außen nach innen zunehmendem Kohlenstoffgehalt
hat. Für die kohlenstoffarme Randschicht mit ferritischem Gefüge kann
daher nur ein thermochemisches Verfahren angewendet werden, wie beispielsweise das
Einsatzhärten, das Nitrieren oder das Carbonitrieren. Hier führen eindiffundierende Legierungselemente
zur gewünschten Härte. Auch ist es möglich, verschleißbeständige
Schutzschichten mit Hilfe eines Plasmaverfahrens aufzubringen.
Wird die kohlenstoffarme Randschicht spanend entfernt, dann kann eines der üblichen
thermophysikalischen Härteverfahren angewendet werden: Das Härten auf Martensit
erfolgt beispielsweise durch Flamm- oder Induktionshärten, das Umschmeizhärten (Härten
auf karbidisches Grundgefüge, Ledeburithärten) wird mit dem Laser- oder Elektronenstrahl
vorgenommen. Mit diesen Verfahren wird eine Härte um 55 HRC erreicht.
Schwarzer Temperguss ist besser härtbar, er wird bei der Temperung nicht an der
Randschicht entkohlt und eine spannende Bearbeitung oder Aufkohlung wird unnötig.
Besonders leistungsfähig - sowohl unter technischen als auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten
- ist Temperguss gegenüber Verschleißbeanspruchung dann, wenn er im
ungeglühten Zustand, als sogenannter Hartguss, eingesetzt wird. Dieser hat mit einem
karbidisch-perlitischen Gefüge eine Härte von etwa 50 bis 60 HRC, ist aber sehr spröde.
Bewährt hat sich ungeglühter Temperguss vor allem dann, wenn vorwiegend hoher Widerstand
gegenüber reibendem Verschleiß bei relativ geringer Stoßbeanspruchung gefordert
wird. Bei vergrößerter Wanddicke ist auch ein entsprechend höherer Widerstand
gegenüber Schlagbeanspruchung gegeben.
Ungeglühter Temperguss - Hartguss - wird auch erfolgreich für typische Verschleißteile
(Bild 38 und Bild 39 zeigen Beispiele) verwendet: Sie sind kostengünstig herzustellen,
teure Legierungselemente sind nicht notwendig.]GJMW_WKS_SPZ_EIG
Seite 46 von 111

Bild 38 - Schleifsohle und Scharspitze
Bild 39 - Scheiben aus Hartguss zum Abrichten von Schleifscheiben
3.9 Korrosionsbeständigkeit
[Die Anwendung von Temperguss erstreckt sich nicht nur auf Beanspruchungen mechanischer
Art — statisch und dynamisch —, sondern auch auf Fälle, in denen der
Werkstoff korrodierenden Einflüssen ausgesetzt ist. Dies gilt sowohl für flüssige Medien
und Metallschmelzen als auch für gasförmige Medien, wobei recht hohe Temperaturen
auftreten können.]80s
Seite 47 von 111

3.9.1 Lösungen
[Tabelle 20 zeigt einen Auszug aus einer zusammenfassenden Arbeit [61] und gibt das
Verhalten von weißem und schwarzem Temperguss in anorganischen und organischen
Medien sowie in Kohlenwasserstoffen wieder. In allen Fällen handelt es sich um Tempergussteile,
die nicht durch Oberflächenveredelungsverfahren, z. B. Verzinken, geschützt
sind. Verallgemeinernd sind diese Folgerungen zu ziehen:
In alkalisch-anorganischen Medien, z. B. Natronlauge, Kalilauge, weist
Temperguss eine befriedigende Beständigkeit auf.
Gegenüber anorganischen Säuren — Salpeter-, Schwefel- und Salzsäure
— sowie Lösungen ihrer Salze ist keine Beständigkeit gegeben.
Dünnwandiger, d. h. stärker entkohlter weißer Temperguss verhält sich in
anorganischen Medien häufig etwas besser als dickwandige Querschnitte,
dieses gilt auch im Vergleich zu schwarzem Temperguss; ebenso ist eine
leichte Überlegenheit unbearbeiteter gegenüber bearbeiteten Oberflächen
festzustellen.
Ausgeprägt ist der Einfluss der Wanddicke, d. h. der Entkohlung, auf das
Verhalten in organischen Säuren; während dünnwandiger Temperguss
gegenüber den meisten der untersuchten Medien eine befriedigende Beständigkeit
aufweist, sind dickwandiger weißer Temperguss sowie die Sorten
des schwarzen Tempergusses ungeeignet.
Gegenüber kohlenwasserstoffhaltigen Rohstoffen (Rohöl, Rohpetroleum,
Teer) ist im Allgemeinen keine Beständigkeit gegeben, wohl aber gegenüber
den veredelten Produkten, beispielsweise Benzin und Benzol.]80s
Seite 48 von 111

Tabelle 20 - Beständigkeit von Temperguss
3.9.2 Gase
[Langzeitversuche über die Verzunderung in Luft, durch geführt bei 700 °C, zeigen, dass
Temperguss und Gusseisen vergleichbar sind und eine deutlich geringere Oxidationsgeschwindigkeit
aufweisen als unlegierter Stahl bzw. Stahlguss, Bild 40. Das positive
Verhalten von Temperguss dürfte auf den gegenüber Stahl erhöhten Si-Gehalt zurückzuführen
sein.
Seite 49 von 111

Bild 40 - Oxidationsgeschwindigkeit
Sowohl Schwarzer, als auch Weißer Temperguss haben sich in Auspuffsystemen von
Kraftfahrzeugen, d. h. unter dem Einfluss heißer Verbrennungsgase, bei Temperaturen
bis etwa 400 °C ausgezeichnet bewährt. Nur dann, wenn der Brennstoff überhöhte
Schwefelgehalte aufweist, ist an Kondensationsstellen — in Übereinstimmung mit den
Ausführungen über das Verhalten von Temperguss in wässrigen, anorganischen Säuren
(Verhalten in Schwefelsäure) — örtliche Korrosion zu beobachten.]80s
Seite 50 von 111

4 Spanende Bearbeitung
Beispielwerte für die Sorten: EN-GJMB-350-10
EN-GJMB-550-4
EN-GJMW-400-5
Da Temperguss meist dünnwandig ist und somit leicht verspannt werden kann, muss
besonders auf eine solide, wiederholbare, dem Werkstück angepasste Spanntechnik
Wert gelegt werden.
Die mit den kleinen Bauteilgrößen einhergehenden, oft dünnen Werkzeuge müssen zum
Schutz vor Vibrationen und Durchbiegungen und zur Erzielung maximaler Standzeiten
möglichst kurz ausgespannt werden.
Werkzeuge:
Fräser, Bohrer und Wendeplatten sind ausschließlich aus beschichtetem Vollhartmetall
(VHM)
Gewindebohrer und Senker sind aus HSS und VHM einsetzbar
Beim Gewindedrehen werden einzahnige WSP mit 8 Durchgängen bzw. zweizahnige
WSP mit 5 Durchgängen verwendet
Aussengewindeschneiden ohne vorbohren mit Strehler (HSS beschichtet)
Schnittwerte:
Beim Planfräsen liegen die Werte je nach Bearbeitungszugabe bei 400 bis
500m/min.
Beim Längs- und Zirkularfräsen mit VHM-Schaftfräsern – gleichzeitiger Eingriffauf
Umfangs- und Stirnschneiden – liegen die Werte zwischen 125 und 200m/min.
Zirkulares Schlichtfräsen bei 300m/min.
Bohren z.B. Ø12: 80m/min.
Gewindebohren: 21 bis 25m/min., mit Vorbohren auf Kernlochdurchmesser
Gewindebohren: bis 17m/min., ohne Vorbohren
Aussengewindeschneiden mit Strehler: bis 16m/min., ohne Vorbohren
Vorschub beim Schlichten oder Schruppen: 0,1 bis 0,3 (je nach Vorgabe)
Wendeschneidplatten sind ca. 0,5 bis 3 mm (1/3 der Schneidkante) im Eingriff.
Wendeschneidplatten werden bis zu einem Freiflächenverschleis von 0,5mm
verwendet.
Erstellt von F. Gaupmann (+GF+, Traisen(AT)) und M. Gorissen (VS Guss, Solingen)
Seite 51 von 111

5 Schweißen
[Bei Beachtung der werkstoffabhängigen Voraussetzungen ist Temperguss problemlos
schweißbar, die Verbindungen sind zuverlässig und hoch beanspruchbar. Dies ist der
Grund für die vielfältige Anwendung von Tempergussteilen für Guss-Schweiß-
Verbundkonstruktionen in vielen Bereichen der modernen Technik [38, 39].
Nach DIN EN 1011-8 unterscheidet man bei Gussstücken folgende Arten von Schweißungen:
Fertigungsschweißungen: Das sind im Verlauf der Fertigung vom Gussstückhersteller
vorgenommene Schweißungen, die das Ziel haben, die für die gewährleisteten
Eigenschaften und den Verwendungszweck notwendige Gussstückbeschaffenheit
sicherzustellen.
Konstruktionsschweißungen: Hierunter versteht man das Zusammenfügen von
Gussstücken untereinander oder mit anderen Bauteilen (beispielsweise aus
Stahlblech) zu einer baulichen Einheit.
Instandsetzungsschweißungen: Hierdurch wird ein während der Verwendung beschädigtes
Bauteil in seiner ursprünglichen Gestalt und seinen Eigenschaften
weitgehend wiederhergestellt.
Grundsätzlich sind alle Tempergusssorten schweißgeeignet, so dass die in den nachstehenden
Ausführungen erfolgte Unterteilung in schwarzen, weißen und schweißbaren
Temperguss missverständlich sein kann. Dies hat jedoch seine Ursache in dem unterschiedlichen,
werkstoffabhängigen Aufwand für die Herstellung einer Schweißverbindung
bestimmter Qualität. Die metallurgischen Voraussetzungen und schweißtechnischen
Möglichkeiten lassen es zweckmäßig erscheinen, eine Einteilung der Tempergussschweißungen
in zwei Güteklassen vorzunehmen [40, 41]:
Güteklasse A
Die Schweißverbindung ist in ihren Eigenschaften denen des ungeschweißten
Werkstoffs gleichwertig. Hierunter fallen im Allgemeinen Schweißverbindungen
von Tempergussteilen untereinander oder mit Stahl unter Verwendung artgleichen
Zusatzmaterials. Je nach Tempergusssorte kann der Aufwand vor, während
und nach dem Schweißen sehr unterschiedlich sein
Güteklasse B
Die Schweißverbindung ist in ihren Eigenschaften unterschiedlich zu denen des
ungeschweißten Werkstoffs, genügt aber den Anforderungen des Verwendungszwecks
(= zweckbedingte Güte). Hierunter fallen im Allgemeinen Schweißverbindungen
mit artfremdem Zusatzmaterial sowie solche wie unter A beschrieben, bei
denen aber der erforderliche Zusatzaufwand ganz oder teilweise nicht betrieben
wird. ]80s
5.1 Schweißeignung
[ Entscheidend für die Schweißeignung von Temperguss ist in erster Linie der Kohlenstoffgehalt.
Tempergusswerkstoffe mit Kohlenstoffgehalten unter etwa 0,3% sind ohne
Vorwärmung und ohne thermische Nachbehandlung für alle Schweißverfahren geeignet.
Zu berücksichtigen ist allerdings nicht nur der in der metallischen Grundmasse gebundene
Kohlenstoff, sondern auch der ungebundene Kohlenstoff, die Temperkohle; unter
dem Einfluss der Schweißhitze löst sich diese nämlich in die Grundmasse zurück. Dar-
Seite 52 von 111

aus ergeben sich unterschiedliche Folgerungen für die verschiedenen Werkstoffgruppen,
einerseits für den „normalen" schwarzen und weißen Temperguss, andererseits für
den „schweißbaren" Temperguss. ]80s
5.1.1 Schwarzer Temperguss (GJMB)
[ Konstruktionsschweißungen mit niedriger Beanspruchung sowie Fertigungsschweißungen
sind möglich.
Das Erwärmen beim Schweißen führt zu einer Rücklösung von Kohlenstoff in die metallische
Grundmasse. Um die Temperkohle entstehen Höfe von Ledeburit und Martensit
(Bild 41), die umso breiter sind, je höher und länger der Werkstoff während des Schweißens
erwärmt wird. Das Entstehen von Härtungsgefügen wird beim perlitischen schwarzen
Temperguss durch den Kohlenstoffgehalt der metallischen Grundmasse gefördert,
der bei der Sorte GJMB-450-6 ca. 0,4% und bei GJMB-700-2 ca. 0,7% beträgt. Die
Schweißbedingungen sollten daher so gewählt werden, dass möglichst wenig Wärme in
das Gussstück eingebracht wird.
Bild 41 - Übergangszone einer mit umhüllten Nickelelektroden durchgeführten Schweißung
an GJMB-550-4, keine Wärmenachbehandlung; oben: Schweißgut, bestehend aus
Ni-Austenit und Temperkohle, unten: Wärmeeinflusszone mit Ledeburitflecken durch
rückgelöste Temperkohle
Seite 53 von 111

Martensit und Ledeburit in der Wärmeeinfluss- und Übergangszone bewirken hohe Härten
im Bereich der Schweiße, so dass eine nachträgliche mechanische Bearbeitung nur
möglich ist, wenn nach dem Schweißen eine Wärmebehandlung durchgeführt wird (Bild
42 und Bild 43). Aufhärtungen der metallischen Grundmasse durch Martensit und Zwischenstufengefüge
können durch Anlassen bei Temperaturen von 600 bis 700 °C beseitigt
werden. Haben sich jedoch nennenswerte Mengen an Ledeburit gebildet, so ist eine
Wiederholung der gesamten Wärmebehandlung einschließlich der 1. Glühstufe bei 950
°C erforderlich. Eine derartig thermisch nachbehandelte Schweißverbindung lässt sich
genauso gut bearbeiten wie der nicht geschweißte Werkstoff.
Die Gefügeveränderungen im Bereich der Schweißung beeinflussen die Festigkeitseigenschaften,
so dass eine Konstruktionsschweißung sorgfältige Überlegungen hinsichtlich
der Gussstückgestaltung und der Lage der Schweißnaht erfordert, um eine
Schweißverbindung ausreichender Güte zu erhalten. So sinkt z. B. die Biegewechselfestigkeit
im Bereich der Schweißstelle auf 40 bis 60% vom Wert des Grundwerkstoffs.
Durch eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann dieser Wert auf 70 bis 80%
verbessert werden. ]80s
Bild 42 - Übergangszone nach Abbildung 34, zweistufig wärmebehandelt (950°C/Luft,
670°C/Luft); Umwandlung des Ledeburits in körnigen Perlit und Temperkohle
Seite 54 von 111

Bild 43 - Härteverlauf der Schweißverbindung nach Abbildung 34 und Abbildung 35
5.1.2 Weißer Temperguss (GJMW)
[ Bedingt durch die entkohlende Glühbehandlung ist weißer Temperguss gefügeheterogen.
Daher sind je nach Wanddicke des Gussstücks im Bereich der Schweißstelle unterschiedliche
Gefügeveränderungen zu erwarten.
Im Kern dicker Querschnitte besteht kein nennenswerter Gefügeunterschied zwischen
weißem und perlitischem schwarzen Temperguss, es treten die gleichen Gefügeveränderungen
auf. In der Wärmeeinflusszone sind Härtungsgefüge (Martensit, Zwischenstufe)
und zusätzlich in der Schweißübergangszone Ledeburitflecken durch Rücklösung
von Temperkohle mit der daraus resultierenden Beeinträchtigung der Festigkeitseigenschaften
und der Bearbeitbarkeit zu erwarten. Zur Beseitigung des Ledeburits ist ein
nachträgliches Glühen bei etwa 900 bis 950 °C erforderlich.
Da mit abnehmender Wanddicke das Gefüge steigende Anteile an Ferrit und abnehmende
Mengen an Temperkohle enthält, ist je nach Werkstoffsorte unterhalb etwa 10
bis 15 mm nicht mehr mit dem Auftreten von Ledeburit in der Übergangszone zu rechnen.
Zur Beseitigung von Aufhärtungen in der Wärmeeinflusszone genügt ein nachträgliches
Glühen im Bereich von 650 bis 720 °C. ]80s
5.1.3 Schweißbarer Temperguss (GJMW-360-12, früher GTW-S)
[ Eine starke Entkohlung und die auf beste Schweißeignung abgestimmte chemische
Zusammensetzung von schweißbarem Temperguss GJMW-360-12 ermöglichen Fertigungs-
und Konstruktionsschweißungen der Güteklasse A nach allen Schweißverfahren.
Während der Temperung in oxidierender Gasatmosphäre wird der Kohlenstoffgehalt im
Schweißquerschnitt unter 0,3% gesenkt, so dass eine Wärmebehandlung nach dem
Schweißen nicht erforderlich ist. Nennenswerte Aufhärtungen treten nicht auf (Bild 44
und Bild 45), die Schweißverbindung ist „zäh", Bild 60. Darüber hinaus werden bei
Seite 55 von 111

GJMW-360-12 zur Verbesserung der Schweißbarkeit der Silizium-Gehalt auf max. 0,6%
und der Schwefelgehalt auf 0,18% begrenzt, der Mangangehalt wird bis max. 0,8 % angehoben.
Bild 44 - Übergangszone von Schweißungen an GJMW-360-12 mit unterschiedlichem
Kohlenstoffgehalt, manuell geschweißt mit umhüllten Elektroden vom Typ B9 bzw. B10
nach DIN 1913, Teil 1, keine Wärmenachbehandlung; links: unter 0,1% C, nadeliger Ferrit;
rechts: etwa 0,2 % C, Perlit und Ferrit
Seite 56 von 111

Bild 45 - Schräglenker für eine PKW-Hinterachse mit angegeschweißtem Radträger aus
GJMW-360-12 (MAG-Schweißung unter CO2). Wie aus dem Streuband des Härteverlaufs
zu entnehmen, treten nenenswerte Aufhärtungen nicht auf, eine nachträgliche Wärmebehandlung
ist nicht erfoderlich
Seite 57 von 111

Bild 46 - Ventilgehäuse aus GJMW-360-12 mit Stahlrohr verschweißt; selbst bei starker
Verformung tritt kein Riss in Anschweißstutzen und in der Schweißnaht auf
Wird eine speziell auf Schweißeignung ausgerichtete, intensiv entkohlende Glühung
durchgeführt, so sind auch bei Tempergusswerkstoffen, deren chemische Zusammensetzung
von der Sorte GJMW-360-12 abweicht, d.h. deren Ausgangsbasis dem GJMB
bzw. dem „normalen" GJMW entspricht, in Wanddicken unterhalb 8 mm Restkohlenstoffgehalte

Bild 47 - Härteverlauf von Reibschweißverbindungen zwischen Temperguss und Stahl
Bild 48 - Pkw-Kardangelenkwelle als Schweiß-Verbund-Konstruktion aus Stahlrohr und
Gabelköpfen aus GJMB-650-2
Seite 59 von 111

[
5.2 Schweißverfahren
5.2.1 Gasschmelzschweißen
[ Aufgrund der geringen Abschmelzleistung ist das Gasschmelzschweißen ungeeignet
für Konstruktionsschweißungen in großen Serien. Die zu verschweißenden Werkstücke
werden tiefgreifender erwärmt als bei den Elektrolichtbogenschweißverfahren, so dass
die Wärmeeinflusszone breiter ist.
Das Gasschmelzschweißen wird daher nur gelegentlich für Baustellenschweißungen an
GJMW-360-12 eingesetzt, z. B. zum Einschweißen von Fittings in Rohrleitungen oder
zum Schweißen von Prototypen für eine spätere Serienfertigung.
5.2.2 Elektrolichtbogen-Handschweißen
Fertigungsschweißungen werden meist im Lichtbogenverfahren mit umhüllten Elektroden
durchgeführt, da man sich mit diesem Verfahren den unterschiedlichen Größen und
Lagen der Schweißstellen leicht anpassen kann.
Schweißungen an dickwandigen Stellen von Gussstücken aus Temperguss sollten mit
Elektroden geringen Durchmessers und mit möglichst niedrigen Stromstärken ausgeführt
werden, um das Wärmeeinbringen gering zu halten.
Das Elektrolichtbogen-Handschweißen wird für Konstruktionsschweißungen vor allem
bei der Einzelstück- und Kleinserienfertigung eingesetzt, für Großserien ist die Leistung
nicht ausreichend.
5.2.3 Schutzgaslichtbogenschweißen (MSG – MAC/MIC/WIG)
Das Schutzgaslichtbogenschweißen mit abschmelzenden Elektroden bietet beste Voraussetzungen
für eine Mechanisierung und damit den Einsatz in der Serienfertigung.
Es hat daher neben dem Abbrennstumpfschweißen weiten Eingang in die Automobilindustrie
gefunden, wo sich z. B. in Achskonstruktionen Verbundschweißungen zwischen
Gussstücken aus schweißbarem Temperguss und Stahlrohren aus St 37 oder 17Mn5
millionenfach bewährt haben (Bild 49).
Die Wahl des Schutzgases, Argon, CO2 oder Mischgas, hat auf die Güte der Schweißnaht
keinen Einfluss, wenn man vom äußeren Erscheinungsbild, z. B. Spritzerneigung,
absieht. Aus wirtschaftlichen Gründen wird dem CO2 und neuerdings zunehmend dem
Mischgas der Vorrang gegeben. Die hohe Schweißgeschwindigkeit lässt nur flache
Wärmeeinflusszonen entstehen.
Seite 60 von 111

Bild 49 - Pkw-Lenksäule mit eingeschweißtem Lenkgehäuse aus GJMW-360-12, ein dokumentationspflichtiges
Sicherheitsbauteil
5.2.4 Abbrennstumpfschweißen
Das Abbrennstumpfschweißen (oder auch Widerstandsabschmelzschweißen genannt)
ist das einfachste Verfahren für das Zusammenfügen einzelner Bauelemente. Es bietet
beste Mechanisierungsmöglichkeiten. Die Schweißmaschinen lassen sich gut in automatisch
arbeitende Fertigungsbänder einpassen, so dass es neben dem Schutzgaslichtbogenschweißen
weite Anwendung in der Automobilindustrie gefunden hat für Verbundschweißungen
zwischen Gussstücken aus GJMW-360-12 und Stahlrohren und -
profilen. Zu beachten ist, dass die unverputzten Schweißnähte durch das an der Stoßfuge
ausgepresste, teigig-flüssige Metall nicht so glatt wie lichtbogengeschweißte Nähte
sind.
Da die zu verschweißenden Werkstoffe etwa gleiche Schmelzpunkte aufweisen sollen,
ist das Abbrennstumpfschweißen für Verbundschweißungen zwischen schwarzem
Temperguss und Stahl wenig geeignet.
5.2.5 Reibschweißen
Auch dieses ohne Zusatzwerkstoffe arbeitende Verfahren bietet für Konstruktionsschweißungen
in Großserien beste Mechanisierungsmöglichkeiten. Die Schweißmaschinen
lassen sich ebenso wie beim Abbrennstumpfschweißen gut in Fertigungsstraßen
einpassen.
Voraussetzung für die Anwendung des Reibschweißens ist, dass die miteinander zu
verbindenden Teile im Nahtbereich rotationssymmetrisch sind. ]80s
Seite 61 von 111

5.3 Nahtvorbereitung bei entkohlend geglühtem Temperguss
[ Bedingt durch die langzeitige entkohlende Glühung bei hohen Temperaturen in oxidierender
Gasatmosphäre enthält die äußere Randzone Oxide, die durch ein Strahlputzen
der Gussstücke nicht vollständig zu beseitigen sind. Um beim Schweißen Reaktionen
der Oxide mit dem Kohlenstoff des Grundwerkstoffs und des Schweißzusatzwerkstoffs
und damit die Bildung von Poren zu vermeiden, werden entweder die Schweißfasen
spanend bearbeitet oder aber die Schweißparameter entsprechend angepasst für das
Schweißen direkt auf der Gusshaut.
Gussstücke aus GJMW-360-12, die für serienmäßige Konstruktionsschweißungen nach
dem Schutzgas- oder manuellen Lichtbogenverfahren vorgesehen sind, erhalten häufig
vorgegossene Anschweißfasen, wie in Bild 50 beispielhaft dargestellt. ]80s
Bild 50 - Vorgegossene Anschweißfasen an Tempergussteilen
5.4 Schweißzusatzwerkstoffe
[ Die Wahl des Schweißzusatzwerkstoffes wird neben dem Schweißverfahren entscheidend
dadurch mitbestimmt, ob dünnwandige, stark entkohlte oder dickwandige, temperkohlehaltige
Bereiche zu schweißen sind [40].
Stark entkohlte Bereiche
— Gasschmelzschweißen: Stäbe G I, G II und G III nach DIN 8554;
— Elektrolichtbogen-Handschweißen: erz- und titansauer sowie kalkbasisch
umhüllte Stabelektroden nach DIN 1913;
— Metallschutzgasschweißen: niedriggekohlte, evtl. leicht Mn-Iegierte Blankdrähte,
bevorzugt GG1 bis GG3 nach DIN 8559.
Schwach entkohlte, temperkohlehaltige Bereiche
— Für alle Verfahren: umhüllte Stabelektroden gemäß DIN 8573 Blatt 1 sowie
nicht umhüllte Stabelektroden und Schweißstäbe gemäß DIN 8573 Blatt
2]80s
Seite 62 von 111

6 Oberflächenbehandlungen
[ Die Gebrauchseigenschaften von Formgussteilen aus Temperguss können durch eine
vollständige oder teilweise Nachbehandlung der Oberfläche bzw. der oberflächennahen
Schichten wesentlich verbessert werden. Das jeweils anzuwendende Verfahren hängt
dabei von der spezifischen Beanspruchung des Gussteils ab, wobei vor allem die Verbesserung
folgender Eigenschaften angestrebt bzw. erreicht wird:
Verschleißfestigkeit,
Schwingfestigkeit,
Korrosionsbeständigkeit.
Die Erhöhung der Verschleißfestigkeit erfolgt üblicherweise durch Randschichthärten,
wodurch in vielen Fällen auch die Schwingfestigkeit des Bauteils gesteigert wird. Darüber
hinaus kann die Schwingfestigkeit durch eine örtliche Oberflächenverfestigung —
z. B. Festwalzen — angehoben werden. Die Korrosionsbeständigkeit wird durch Aufbringen
von metallischen oder nichtmetallischen Überzügen heraufgesetzt, wodurch
nicht selten zusätzlich das Verschleißverhalten positiv beeinflusst wird.
6.1 Härten
Ein besonderer technischer und wirtschaftlicher Vorteil von Temperguss liegt darin, dass
er härtbar ist. Dadurch lassen sich die mechanisch-technologischen Eigenschaften in
weiten Grenzen beeinflussen.
Schon die Erhöhung der Festigkeit durch das Vergüten im Rahmen der „normalen"
Tempergussherstellung steigert gleichzeitig die Härte, was ein verbessertes Verschleißverhalten
zur Folge hat. Werden besondere Anforderungen an die Verschleißeigenschaften
gestellt, so setzt man den Verschleißwiderstand durch eine Oberflächenbehandlung
jener Bereiche herauf, die dem Verschleiß am stärksten ausgesetzt sind.
Technisch wird dies durch Härten der Randschicht durchgeführt, wobei überwiegend
das Flammhärten und das Induktionshärten angewendet werden. Ferner sind das Nitrieren,
Carbonitrieren, Einsatzhärten, Borieren, Chromieren und Sulfonieren zu nennen. In
jüngerer Zeit sind weitere Verfahren entwickelt worden, wie z. B. das Umschmelzhärten,
das Elektronenstrahlhärten und das Laserhärten.
Das Härten steigert den Gebrauchswert von Tempergussteilen erheblich. So können
beispielsweise die zunehmend erhöhten Anforderungen der Automobilindustrie an Umlaufgeschwindigkeit
bzw. Belastbarkeit von bestimmten Bauteilen — Kurbelwellen, Nockenwellen,
Pleuelstangen, Federböcke — nur durch einen verbesserten Verschleißschutz
erfüllt werden. Mit dem Härten wird eine günstige Kombination der Gebrauchseigenschaften
erzielt: harte und verschleißfeste Randschicht mit zäher Kernzone.
Bild 51 gibt eine Übersicht über die Verfahren, die bei Werkstücken aus Temperguss
vorzugsweise angewendet werden. Vom Prinzip des Härtens sind dabei zwei verschiedene
Mechanismen gegeben:
Härten durch Martensit- und/oder Ledeburitbildung (thermo-physikalischer
Vorgang);
Härten durch von außen zugeführte Legierungselemente (thermochemischer
Vorgang).
Seite 63 von 111

Bild 51 - Verfahren zum Randschichthärten von Temperguss
In besonderen Fällen wendet man beide Härteprinzipien auch nacheinander an. Die
aufgeführten Verfahren lassen sich in bestehende Abläufe der Serienfertigung integrieren
und sind auf Formgussteile aus Temperguss ausnahmslos anwendbar [45].
6.1.1 Thermophysikalisches Härten
Die thermophysikalische Härtbarkeit von Temperguss basiert auf den unterschiedlichen
Erscheinungsformen des Kohlenstoffs (elementar als Temperkohle oder chemisch gebunden
als Eisencarbid Fe3C, ledeburitisches Härten) oder seiner temperaturabhängigen
Löslichkeit im Eisen im festen Zustand (martensitisches Härten).
Beim martensitischen Härten erfolgt ein Erhitzen des Bauteils in den Austenitbereich,
wobei der chemisch als Fe3C gebundene Kohlenstoff des Perlits sich im Austenit löst.
Bei schneller Abkühlung bildet sich Martensit, ein sehr harter und spröder Gefügebestandteil.
Man spricht hier von einer Abschreckhärtung. Als Abschreckmittel wird am
häufigsten Wasser verwendet, bei Gefahr von Rissbildung oder Verzug empfiehlt sich
ein weniger schroff wirkendes Abschreckmittel, z. B. Öl oder Emulsionen.
Die angewendeten Härtetemperaturen liegen zwischen 830 und 900 °C. Zu niedrige
Temperaturen haben eine ungleichmäßige Härteannahme zur Folge, zu hohe führen zu
grobnadeligem Martensit und Restaustenit mit ebenfalls ungleichmäßiger Härte.
Bedingung für eine gute Härteannahme ist ein ausreichend hoher Gehalt an gebundenem
Kohlenstoff im Grundgefüge (etwa 0,4 bis 0,7 %), was bei Temperguss mit mittlerer
und hoher Zugfestigkeit der Fall ist [46], Zu niedrige Gehalte verursachen eine zu geringe
Härte mit großer Streuung, zu hohe Gehalte fördern die Bildung von Härterissen.
Beim martensitischen Härten strebt man eine möglichst dünne Härteschicht an, die in
der Regel zwischen 1 und 4 mm liegt. Weil die Einhärtetiefe mit der Erhitzungstemperatur
und -dauer zunimmt und daher die Zeit, in der ein Gussstück auf Härtetemperatur
gehalten werden kann, verhältnismäßig kurz ist, muss der Kohlenstoff möglichst fein
verteilt in gebundener Form im Grundgefüge vorliegen [47]. Dadurch wird seine Auflö-
Seite 64 von 111

sung im Austenit nach Einstellung der Härtetemperatur beschleunigt. Diese Bedingung
wird von perlitischem Temperguss erfüllt.
Bei ferritischem schwarzen Temperguss (GJMB-35-10) liegt zwar genügend Kohlenstoff
in freier, jedoch nicht in der leichter löslichen, gebundenen Form vor. Dieser Werkstoff
lässt sich daher nicht aus dem Ausgangszustand härten. Es wird eine Doppelerhitzung
durchgeführt, wobei während der ersten Erhitzung sich ein Teil des freien Graphits
(Temperkohle) in gebundenen Kohlenstoff umwandelt, der sich nach Abkühlung im Perlit
befindet. Die zweite Erhitzung sorgt für die rasche Auflösung des feinverteilten gebundenen
Kohlenstoffs im Austenit, wodurch die Voraussetzung für die Martensitbildung
gegeben ist. Für die Praxis ist diese Verfahrenstechnik von untergeordneter Bedeutung.
Möglich ist auch eine Martensithärtung von weißem Temperguss, jedoch nicht der temperkohlefreien
Randzone (diese müsste spanend entfernt werden), sondern nur der
temperkohlehaltigen Übergangszone und der perlitischen Kernzone.
Die überwiegend durchgeführten Härteverfahren sind das Flamm- bzw. Brennhärten [46]
und das Induktionshärten [48], Das Elektrowiderstands- härten hat kaum eine praktische
Bedeutung; die in neuerer Zeit bekannt gewordenen Verfahren, wie Um- schmelz-,
Elektronenstrahl-, Konduktiv- und Laserhärten, befinden sich noch in der Entwicklungs-
bzw. Einführungsphase.
Flamm- bzw. Brennhärten
Beim Flamm- bzw. Brennhärten wird das Gussstück mit einem Gasbrenner erhitzt (Sauerstoff-Leuchtgas
oder Sauerstoff-Acetylen). Nach Erreichen der Härtetemperatur wird
mit einer Wasserbrause abgeschreckt.
Das Verfahren erfordert einen geringen technischen Aufwand und ist nahezu unabhängig
von der konstruktiven Gestalt des Gussstücks anwendbar. Es benötigt jedoch verhältnismäßig
lange Erhitzungszeiten und führt daher zu einer größeren Einhärtetiefe, die
meist oberhalb 2 mm liegt. Wirtschaftlich vorteilhaft wird das Flammhärten bei kleinen
und mittleren Serien angewendet.
Induktionshärten
Das Induktionshärten erfolgt mit einer möglichst nahe an das Bauteil herangebrachten
stromdurchflossenen Kupferspule, die in der Randschicht des Gussstücks einen Induktionsstrom
erzeugt und diese erwärmt. Anschließend wird mit Wasser abgeschreckt.
Das Verfahren stellt höhere apparative Anforderungen an die 'Härteeinrichtung. Die Erhitzungszeiten
sind kurz und deshalb kleine Härtetiefen von 0,8 bis 1,0 mm treffsicher
einzustellen. Die Härtetiefe hängt außer von bestimmten Werkstoffdaten (spezifischer
Widerstand, relative Permeabilität) von der zugeführten elektrischen Leistung, der Aufheizzeit,
der Härtetemperatur und der Stromfrequenz ab [48, 49].
Umschmelzhärten
Dieses Verfahren ist vor allem für das Härten von Nockenwellen aus Gusseisen mit Lamellengraphit
bekannt geworden [50]. Das Prinzip des Verfahrens beruht darauf, dass
die Oberfläche eines metallischen Werkstücks in einer Inertgasatmosphäre angeschmolzen
wird. Die Energiezufuhr erfolgt über einen Lichtbogen, der zwischen einer
Seite 65 von 111

Wolfram-Elektrode (Minuspol) und dem Bauteil (Pluspol) erzeugt wird. Die Tiefe der
Schmelzzone wird durch den Abstand zwischen Elektrode und Werkstück sowie durch
die Stromstärke geregelt.
Wird die Randschicht eines Formgussteils mit perlitischem Grundgefüge auf diese Weise
angeschmolzen, so erstarrt die dünne Schmelzeschicht infolge Selbstabschreckung
ledeburitisch, sobald der Lichtbogen abgeschaltet ist. Das Gefüge entspricht demjenigen
von Temperrohguss.
Größere Flächen mit einer verschleißfesten, ledeburitischen Schale erzeugt man durch
oszillierende bzw. rotierende Relativbewegungen zwischen dem Lichtbogen und dem
Gussteil.
Elektronenstrahlhärten
Bei diesem Verfahren wird ein mit Hilfe einer elektromagnetischen Linse scharf gebündelter
Elektronenstrahl auf das in einer evakuierten Arbeitskammer befindliche Werkstück
aufgebracht [51]. Die kinetische Energie der mit hoher Geschwindigkeit auf die
Werkstückoberfläche auftreffenden Elektronen wird in Wärme umgewandelt. Dabei bestehen
in Bezug auf das Randschichthärten zwei Möglichkeiten:
Erwärmen einer dünnen Randschicht bis in den Temperaturbereich des Austenits
und anschließendes „Selbstabschrecken". Dieser Vorgang entspricht im
Prinzip der martensitischen Härtung.
Erwärmen einer dünnen Randschicht über den Schmelzpunkt hinaus mit anschließender
„Selbstabschreckung". Dieser Vorgang entspricht im Prinzip der
ledeburitischen Umschmelzhärtung.
Das Elektronenstrahlhärten befindet sich noch in den Anfängen und erfordert eine verhältnismäßig
aufwendige Vorrichtung. Seine Vorteile liegen vor allem darin, dass tiefer
gelegene und kleinflächige Bereiche eines Werkstücks, z. B. die Grundfläche tiefer Bohrungen,
gehärtet werden können. Auch sind die gewünschten Härtezonen und Einhärtetiefen
sehr präzise einstellbar. Darüber hinaus bleibt die gehärtete Oberfläche vollständig
blank, weil der Härtevorgang im Vakuum durchgeführt wird.
Laserhärten
Auch das Laserhärten befindet sich noch in der Entwicklungsphase. Versuche an Tempergussteilen
mit einem
C02-Laser ergaben, dass das Härten vorzugsweise durch eine Gefügeumwandlung im
festen Zustand (Martensithärtung) und weniger durch Aufschmelzen der Randschicht
erfolgt. Bei Gussteilen aus ferritischem Temperguss ist eine Härte von 57 bis 60 HRC zu
erzielen [52].
Erreichbare Härte beim Martensit- bzw. Abschreckhärten
Mit Temperguss wird in der Praxis eine Randschichthärte von 55 HRC ohne weiteres
erreicht. Voraussetzung ist, dass das Grundgefüge und die Härtungsbedingungen aufeinander
abgestimmt sind.
Bild 52 zeigt den Härteverlauf von GJMB-550-4 und GJMB-650-2. Durch Flammhärten
sind bei 3 mm Einhärtetiefe 55 HRC und bei 5 mm Einhärtetiefe 50 HRC erreichbar. Da-
Seite 66 von 111

gegen ist unter den gewählten Bedingungen (30 s/870 °C) die Härteannahme des ferritischen
GJMB-350-10 mit 25 HRC nur unzureichend; eine längere Haltezeit auf höherer
Temperatur und vor allem die Doppelhärtung führen zu wesentlich besseren Ergebnissen,
wie Bild 53 zeigt.
Bild 52 - Erreichbare Härte beim Flammhärten von GJMB-550-4 und GJMB-650-2, Stirnabschreckversuche;
Aufheizen in 30s auf 870° C, Abschrecken in Wasser [53]
Seite 67 von 111

Bild 53 - Die größte Härteannahme beim Flammhärten von GJMB-350-10 wird mit einer
Doppelhärtung erreicht; Abschrecken jeweils in Wasser [53]
Aus der Beziehung von Ausgangs- zu Endhärte in Bild 54 wird deutlich, dass mit steigender
Ausgangshärte — bedingt durch höheren Perlitgehalt und damit größeren Anteil
an gebundenem Kohlenstoff — die 'Härteannahme verbessert wird.
Beim Induktionshärten werden dem Flammhärten vergleichbare Werte erreicht. Eine
Ausnahme bildet der GJMB-350-10 mit höherer Härteannahme bei Einfachhärtung, wie
aus dem Vergleich der Bild 53 und Bild 55 ersichtlich ist. Bild 56 zeigt die Wirkung der
Erhitzungszeit auf Härtetiefe und Randschichthärte bei Gusseisen mit Lamellengraphit,
gültig auch für Temperguss.
Seite 68 von 111

Bild 54 - Mit zunehmender Ausgangshärte steigt die mit dem Flammhärten von Schwarzem
Temperguss erreichbare Endhärte [53]
Bild 55 - Härteverlauf von Schwarzem Temperguss beim Induktionshärten nach dem Mantel-Umlauf-Verfahren
[53]
Seite 69 von 111

Bild 56 - Mit zunehmender Erhitzungszeit steigen Härteannahme und Einhärtetiefe beim
Induktionshärten [54]
6.1.2 Thermochemisches Härten
Die thermochemischen Härteverfahren beruhen darauf, dass härtesteigernde Legierungselemente
bei Temperaturen zwischen 500 und 900 °C in die Randschicht eines
Werkstücks eindiffundieren. Diese bilden harte, verschleißfeste Verbindungen mit dem
Grundwerkstoff Eisen bzw. mit den im Eisen enthaltenen Legierungselementen.
Als Härtungsmittel kommt z. B. Kohlenstoff („Aufkohlung") dann in Betracht, wenn kohlenstoffarme
Werkstoffe eine Abschreckhärtung im Ausgangszustand ausschließen. Die
Randzonen des Werkstücks werden im Einsatz aufgekohlt (Einsatzhärtung) und das
Bauteil von der Austenittemperatur (880 bis 900 °C) abgeschreckt. In diesem Falle liegt
eine Martensithärtung vor.
Bei Zufuhr von Stickstoff („Nitrieren") bilden sich harte Stickstoffverbindungen mit dem
Eisen bzw. seinen Legierungselementen [55, 56].
Eine Härtesteigerung der Randschicht ist z. B. auch durch Zufuhr von Bor („Borieren"),
Chrom („Chromieren") oder Schwefel („Sulfonieren") möglich. Diese Verfahren sind
ausgesprochene Sonderbehandlungen und nicht so verbreitet wie Aufkohlen und Nitrieren.
Seite 70 von 111

Grundlage der thermochemischen Härteverfahren ist die Diffusionsfähigkeit der Zusatzelemente,
die mit steigender Temperatur zunimmt. Während das Aufkohlen zur Beschleunigung
der Diffusion bei 880 bis 900 °C durchgeführt wird, wobei Verzug und
Veränderungen des Werkstoffgefüges eintreten können, geschieht das Nitrieren im Bereich
von 500 bis 580 °C und kann somit an praktisch fertig bearbeiteten Teilen und ohne
die Gefahr von maßlichen oder erheblichen Gefügeänderungen durchgeführt werden.
Bei kombinierter Zufuhr von Kohlenstoff und Stickstoff spricht man vom Carbonitrieren.
Von den thermochemischen Härteverfahren hat besonders das Nitrieren eine große
praktische Bedeutung in der Serienfertigung erlangt. Die nachfolgenden Hinweise beschränken
sich deshalb auf dieses Verfahren.
Nitrierhärten
Die stickstoffangereicherte Härteschicht setzt sich aus der nach außen gelegenen Verbindungszone
und der sich zum Kern hin anschließenden Diffusionszone zusammen. In
der sehr harten Verbindungszone ist die Stickstoffkonzentration verhältnismäßig hoch
(sie kann 8 bis 10 Gewichts-% betragen). Zur Diffusionszone hin nimmt der Stickstoffgehalt
steil ab, entsprechend vermindert sich der Härteverlauf.
Während die Verbindungszone wegen ihrer hohen Härte die Verschleißbeständigkeit
des Bauteils erhöht, bewirkt vorwiegend die Diffusionszone eine Steigerung der
Schwingfestigkeit.
Der Härteverlauf in der Randschicht wird vom Stickstoffgehalt bestimmt und die Härtesteigerung
sowohl durch gelöste Stickstoffatome als auch durch die Ausscheidung von
Nitriden bewirkt. Die Eindringtiefe des Stickstoffs hängt außer von der Behandlungszeit
und -temperatur auch von der Zusammensetzung des Grundwerkstoffs, der Ausbildung
des Grundgefüges und vom Stickstoffangebot des Nitriermittels ab.
In unlegierte bzw. schwachlegierte Werkstoffe dringt Stickstoff schnell ein; daher baut
sich in der Randzone nur eine verhältnismäßig geringe Stickstoffkonzentration auf. Bei
legierten Werkstoffen — z. B. mit Kohlenstoff — diffundiert der Stickstoff nur langsam
ein unter Bildung eines Konzentrationsstaus in der Randzone, was zu der hohen Härteannahme
bei Temperguss führt.
Die Nitriertemperatur liegt unterhalb des eutektoiden Umwandlungsbereichs. Somit ist
eine weitgehend verzugsarme Nachbehandlung gewährleistet. Geringe maßliche Änderungen
können eintreten durch
werkstoffspezifische Ursachen (Graphitisierung, Umformen von lamellarem
in körnigen Zementit),
nitrierspezifische Ursachen (Aufwachsen einer Nitrierschicht).
Den Maßänderungen kann durch vorgegebenes Untermaß oder geringfügige nachträgliche
Korrektur des Profils begegnet werden.
Industriell werden heute verschiedene Nitrierverfahren mit gutem Erfolg angewendet.
Die Anwendung eines bestimmten Verfahrens hängt von seiner Wirtschaftlichkeit ab, d.
h. die geforderte Härte muss in möglichst kurzer Zeit mit geringstem Aufwand an Einrichtungen
und Härtemitteln sowie möglichst ohne nachträgliche Profilkorrekturen erzielt
werden.
Seite 71 von 111

Salzbadnitrieren, Tenifer-Behandlung
Das Salzbadnitrieren gehört zu den technisch ausgereiftesten Härteverfahren. Die wichtigsten
Bestandteile der Salzbäder sind Alkalicyanid und Alkalicyanat. Das Cyanat zerfällt
an der Eisenoberfläche und setzt Stickstoff und Kohlenstoff frei. Wegen der verhältnismäßig
niedrigen Badtemperatur von 570 °C diffundiert vorwiegend Stickstoff in die
Randschicht des Werkstücks ein. Dagegen ist die Löslichkeit für Kohlenstoff bei dieser
Temperatur nur gering.
Eine technisch verbesserte Variante des Badnitrierens ist die Tenifer-Behandlung. Dabei
wird die Salzschmelze zusätzlich belüftet und anstelle eines eisernen Tiegels ein titanausgekleideter
oder Volltitantiegel benutzt. Dadurch kann der Cyanat-Gehalt des Bades
auf sehr hohe Werte angehoben und infolge des höheren Stickstoffangebots in kürzerer
Zeit eine dickere Nitrierschicht eingestellt werden.
Der Vorteil des Salzbadnitrierens, besonders des Tenifer-Verfahrens, liegt in den kurzen
Behandlungszeiten, die etwa zwischen einer und vier Stunden liegen. Das Verfahren
lässt sich in gekapselten Anlagen gut in einen automatisierten Fertigungsablauf einfügen.
Pulvernitrieren
Hierbei werden die Werkstücke unter Zusatz von Kalkstickstoff-Pulver in gasdichte
Blechbehälter eingepackt. Der durch wasserdampfabspaltende Zusätze entstehende
Wasserdampf setzt sich mit dem Kalkstickstoff zu Ammoniak um.
Die Aufstickung erfolgt durch katalytische Spaltung des Ammoniaks. Durch den vorhandenen
Kohlenstoff bzw. durch das C02 ist eine geringfügige Aufkohlungsmöglichkeit gegeben.
Die Behandlungstemperatur beträgt etwa 570 °C. Es sind wesentlich längere Behandlungszeiten
als beim Salzbadnitrieren erforderlich.
Gasnitrieren
Das Gasnitrieren erfolgt in gasdichten Öfen im Ammoniakstrom. Das Ammoniak spaltet
sich an der Eisenoberfläche katalytisch in Stickstoff und Wasserstoff auf. Die Behandlungstemperatur
liegt zwischen 500 und 550 °C bei einer Behandlungszeit von 30 bis 90
Stunden. Dieses Verfahren wird für Temperguss selten angewendet.
Carbonitrieren
Das Carbonitrieren wird in hochcyanidhaltigen Bädern durchgeführt. Wegen der verhältnismäßig
hohen Behandlungstemperatur (etwa 850 °C) müssen werkstoffliche Gefügeumwandlungen
und dadurch bewirkte maßliche Veränderungen der Bauteile berücksichtigt
werden.
lonitrieren
Beim lonitrieren wird in einen Vakuumofen Stickstoff mit einem Druck von 0,1 bis 10 Millibar
eingefüllt. Das Werkstück wird kathodisch und der Vakuumbehälter anodisch geschaltet.
Durch eine angelegte Spannung erfolgt eine Glimmentladung. Dabei werden
Seite 72 von 111

die Bauteile durch „Bombardierung" mit Ionen aufgeheizt, eine Fremdbeheizung ist nicht
erforderlich. Die Ionen prallen mit hoher kinetischer Energie auf die Werkstückoberfläche
auf, wobei von dieser sowohl Atome des Eisens und der metallischen Legierungsbestandteile
als auch Atome nichtmetallischer Begleitelemente, z. B. Stickstoff, Kohlenstoff
und Sauerstoff, abgelöst werden. Ein Teil der abgelösten Eisenatome verbindet
sich mit dem ionisierten Stickstoff zu Eisen-Nitriden, die sich teilweise auf der Werkstückoberfläche
niederschlagen. Die Behandlungstemperatur beträgt etwa 550 °C.
Erreichbare Härte beim Nitrierhärten
Einige Untersuchungsergebnisse aus Nitrierversuchen (Tenifer-Verfahren) mit schwarzem
Temperguss, Gusseisen mit Kugelgraphit und Gusseisen mit Lamellengraphit sind
in Tabelle 21 zusammengestellt. Man erkennt, dass die Dicke der Verbindungszone
(Größenordnung 10 bis 20 µm) im Vergleich zur Tiefe der Diffusionszone (Größenordnung
1 mm) sehr gering ist. Die Randschichthärte hängt von der Nitrierzeit ab und liegt
nach z. B. 180 min oberhalb 700 HV0,2 Aus Tabelle 21 geht ebenfalls hervor, dass die
Schwingfestigkeit durch das Nitrieren erheblich gesteigert werden kann.
In Bild 57 ist der Härteverlauf ionitrierter Eisengusswerkstoffe dargestellt. Mit Temperguss
kann eine Randschichthärte von 350 bis 400 HV0,2 und eine Einhärtetiefe von rund
0,4 mm erreicht werden.
Tabelle 21 - Tenifer-Nitrieren von Gusseisen mit Lamellen- und Kugelgraphit sowie
Schwarzem Temperguss [56]
Seite 73 von 111

Bild 57 - Härteverlauf beim Ionitrieren von Temperguss sowie Gusseisen mit Lamellen-
und Kugelgraphit; Behandlung: 530°C/18h [57]
6.1.3 Verfahrenskontrolle
Bei der Randschichthärtung durch Martensitbildung müssen zur Erzielung gleichmäßiger
Härteergebnisse die Aufheizgeschwindigkeit, die Härtetemperatur und die Haltezeit konstant
gehalten werden. Bei den thermochemischen Diffusionsverfahren sind neben der
Expositionstemperatur und -zeit die verfahrensspezifischen Bedingungen — chemische
Wirksamkeit der Gasatmosphäre oder des Nitrierbades — zu überwachen.
Die Härtungsbedingungen können je nach Werkstoffsorte unterschiedlich sein und sollten
durch Vorversuche ermittelt und protokolliert werden.
Bei der Stückkontrolle erfolgt die Prüfung der durch die Martensitabschreckung erzielten
Einhärtetiefe üblicherweise durch Aufnahme des Härteverlaufs in einem Querschliff,
durch metallographische Auswertung eines angeätzten Schliffs oder optisch durch Beurteilung
einer Bruchprobe.
Auch bei der Nitrierhärtung gilt als sicherste Prüfmethode die Anfertigung eines metallographischen
Schliffs zur Beurteilung von Dicke und Ausbildung vor allem der Verbindungszone.
Eine weitere Kontrollmöglichkeit bietet die Härteprüfung, die wegen der geringen
Schichtdicke mit Kleinlasten, z. B. nach Vickers, ermittelt wird. Die Dicke der Verbindungszone
lässt sich — allerdings mit größerem Aufwand — auch durch Röntgen-
Seite 74 von 111

Feinstruktur-Untersuchungen oder mit Hilfe chemisch-elektrischer oder magnetischer
Schichtdickenmessung bestimmen. ]80s
6.2 Festigkeitssteigerung durch Oberflächenbehandlung
Es wurde bereits mehrfach darauf hingewiesen, dass durch eine nachträgliche Oberflächenbehandlung
die Festigkeit bzw. Schwingfestigkeit eines Bauteils erheblich erhöht
werden kann. Der Grund dafür liegt in der Verfestigung der oberflächennahen Schichten.
Dabei ist es unerheblich, ob die Verfestigung durch Randschichthärten (martensitisches
Härten, Nitrierhärten) oder auf mechanischem Wege, z. B. durch Festwalzen kritischer
Partien, erreicht wird. In jedem Fall wird die Bauteilfestigkeit durch den Aufbau
von Druckeigenspannungen durch eine Werkstoffverfestigung in Oberflächennähe und
durch die Glättung der Oberfläche selbst — wie das beim Festwalzen der Fall ist — gesteigert.
In der Automobilindustrie werden mit Erfolg Kurbelwellen und Achslagerzapfen im Bereich
der Radien durch Festwalzen nachbehandelt. Tabelle 22 zeigt den Erfolg einer
solchen Nachbehandlung und anderer Verfahren am Beispiel von Kurbelwellen. Bemerkenswert
ist, dass die Vergleichsuntersuchungen mit geschmiedeten Kurbelwellen aus
Ck45 ergeben haben, dass hier das Festwalzen der Radien weit weniger wirkungsvoll
ist.
Tabelle 22 - Durch eine Oberflächenbehandlung kann die Dauerfestigkeit von Kurbelwellen
erheblich gesteigert werden [58]
Neben dem Festwalzen — das aus verfahrenstechnischen Gründen bestimmte Anforderungen
an die Geometrie der Bauteile stellt — hat sich als sehr wirksam das Festigkeitsstrahlen
bewährt [8]. Es wird in großem Umfang für Temperguss-Pleuel von Pkw- und
Lkw-Motoren durchgeführt. Bild 58 zeigt den Einfluss der Strahlzeit auf die Schwingfes-
Seite 75 von 111

tigkeit und andere Kennwerte von Pleuel aus GJMB-65-02. Die Vorteile einer Verfestigung
der Randschichten eines Bauteils werden an diesem Beispiel besonders deutlich.
]80s
Bild 58 - Einfluss der Strahlzeit auf die Dauerfestigkeit (Biegewechselfestigkeit) und weitere
Verfestigungskennwerte von Pkw-Pleuel aus GJMB-650-2 [8]. (In der Serienfertigung
beträgt die Strahlzeit 18 min.)
6.3 Korrosionsschutz
[ Formgussteile aus Temperguss werden in beträchtlichem Umfang im Freien eingesetzt.
Dabei hat sich dieser Werkstoff als sehr widerstandsfähig gegenüber korrosionsfördernden
Einflüssen erwiesen, z. B. die Atmosphäre. Anwendungsbeispiele sind Teile
für Überlandleitungen, Halteelemente für Brücken, Eisenbahnzubehör im Weichen- und
Waggonbau sowie Fahrzeugteile.
Seite 76 von 111

Aufgrund der an sich guten Korrosionsbeständigkeit von Temperguss kann in vielen Fällen
auf die Anwendung besonderer Korrosionsschutzmaßnahmen verzichtet werden. Bei
aggressiveren Einflüssen werden korrosionshemmende Überzüge aufgetragen. Bild 59
gibt einen Überblick über die gebräuchlichen Schutzüberzüge und -verfahren, unterteilt
in metallische und nichtmetallische Schichten [59, 60].
Bild 59 - Korrosionsschutz für Bauteile aus Temperguss
Bei den metallischen Überzügen unterscheidet man nach thermisch und galvanisch aufgebrachten.
Gussteile, die im Boden oder in atmosphärischer Luft stark der Feuchtigkeit
ausgesetzt sind, werden in der Regel durch thermisch aufgebrachte Schichten geschützt.
Das am meisten angewendete Verfahren ist das Feuerverzinken.
Einen guten Widerstand gegen Feuchtigkeit, aggressive Atmosphären und auch in gewissem
Umfang gegen Abrieb und mechanischen Verschleiß bieten auf galvanischem
Wege erzeugte Überzüge von Kupfer, Chrom, Nickel u. a. Dabei wird trotz der im Allgemeinen
geringen Schichtdicken eine gute Schutzwirkung erzielt.
Organische Überzüge — Lacke, Kunststoffe — werden besonders bei Maschinenteilen
sowohl aus Rostschutzgründen als auch zur Verschönerung aufgebracht. Dagegen
können Tempergussteile, die bei höherer Temperatur eingesetzt werden, nicht mit
Kunststoff- oder Farbüberzügen behandelt werden, weil diese oberhalb etwa 100 °C
nicht beständig sind.
Von den anorganischen und auf chemischem Wege aufgebrachten Überzügen kommen
vor allem Oxidschichten („Brünieren", „Inoxieren") und Phosphatschichten („Bondern",
„Phosphatieren") in Betracht. Eine gewisse Bedeutung haben auch intermetallische
Seite 77 von 111

Schutzschichten, z. B. durch Behandlung der Oberfläche mit Aluminiumpulver („Alitieren")
oder mit Zinkpulver („Sherardisieren").
Das jeweils anzuwendende Korrosionsschutzmittel bzw. -verfahren muss auf den spezifischen
Anwendungsfall abgestimmt sein. Nur auf diese Weise ist die Gewähr für eine
optimale technische und wirtschaftliche Lösung gegeben. ]80s
6.3.1 Verzinkung
Die Feuerverzinkung ist wohl das meist angewendete Oberflächenveredlungsverfahren
für Temperguss, vor allem für Gewindefittings aus Temperguss. Um die Fittings für den
späteren Einsatz vor Korrosion zu schützen, werden diese feuerverzinkt. Die Zinkschicht
darf die Zusammensetzung des durchgeleiteten Trinkwassers nur im Rahmen der in der
Trinkwasserverordnung angegebenen Grenzwerte beeinflussen. Um dies zu gewährleisten
sind vorgegebene Grenzwerte insbesondere für Blei und Cadmium, in Masse % im
Zink gemessen, einzuhalten.
Ein Vorteil des weißen Tempergusses ist seine hervorragende Verzinkungsfähigkeit.
Bevor die Gussstücke allerdings verzinkt werden können, müssen diese vorbehandelt
werden. Zunächst werden die Teile gebeizt, dazu werden sie in einem Säurebad (Salz-
und Flusssäure) vorbehandelt. Bei Gussstücke dient die Säurebehandlung der Entfernung
von Oxyden (durch Salzsäure), Silikaten (durch Zusatz von Flusssäure) und anderen
unerwünschten Verunreinigungen. Mit anderen Badzusammensetzungen können
auch Fette von der Oberfläche entfernt werden.
Nach dem Säurebad werden die Gussstücke mit Wasser gespült, um die Verschleppung
von Säure zu vermeiden. Anschließend werden die Teile gefluxt, das bedeutet, sie werden
in ein Zinkammoniumchloridbad getaucht.
Die mit Zinkammoniumchlorid benetzte Oberfläche wird in einem folgenden Arbeitsschritt
getrocknet, wobei das Zinkammoniumchlorid die Funktion eines temporären Korrosionsschutzes
bis zum Eintauchen in das Zinkbad übernimmt, sowie die Legierungsbildung
zwischen Grundwerkstoff und Zinkschicht unterstützt.
Schüttgut (s. Bild 60), mit weniger Sumpfneigung, wird meist in Körben (s. Bild 61) verzinkt.
Größere oder gekrümmte Teile werden einzeln per Hand auf Stahlstäbe gesteckt,
dem sogenannten Rechengestell. Dadurch werden sie in definierter Lage eingetaucht,
um das problemlose Abtropfen des Zinkes zu ermöglichen.
Seite 78 von 111

Bild 60 - Einschraubteil, korbverzinkt
Bild 61 - Verzinkungskorb
Die Körbe sowie die Rechengestelle werden in das flüssige Zinkbad getaucht, währenddessen
wird das Verzinkungsgut (s. Bild 62) im Zinkbad bewegt und geschwenkt.
Nach herausnehmen der Gestelle, wird der Korb gedreht und die Rechengestelle gerüttelt,
sodass das noch flüssige, überschüssige Zink von den Gussteilen abfließen kann.
Im nächsten Schritt werden die Gussstücke in Wasser abgeschreckt und anschließend
gegebenenfalls in einer konischen Trommel, ohne weitere Zugaben, geschleudert. Nach
Seite 79 von 111

dieser Behandlung haben die verzinkten Gussstücke eine optisch ansprechende Oberfläche.
Für Einsatzbereiche außerhalb der Trinkwasserverrohrung ergeben Legierungszusätze
wie 10-15% Nickel, 1-2% Kobalt oder 0,4-0,8% Eisen einen zwei- bis vierfachen Korrosionsschutz
im Gegensatz zu reinem Zink [Richardz, Ferdinand: Die Biliothek der
Technik, Temperguss, Bd. 205, Verlag Moderne Industrie - 2000, S.39].
Bild 62 - Korbanlage
Bild 63 - Fittings, rechenverzinkt
6.3.2 Kathodische Tauchlackierung / Pulverbeschichtung
Die kathodische Tauchlackierung (KTL) und die Pulverbeschichtung, sind beides elektrochemische
Verfahren, bei denen der Lack vom Lackiergut elektrostatisch angezogen
wird. Der Lack wird gleichmäßig und dünn aufgetragen, die Haftung und Oberflächen-
Seite 80 von 111

qualität ist recht hoch. Bei der kathodischen Tauchlackierung, wird ein Harz mit Pigmenten
in eine wässrige Lösung gebracht. Das Lackiergut wird in die Lösung getaucht,
wodurch der Lack auch in Hohlräumen gelangt. Nachdem das Gusstück mit dem angehafteten
Lack aus der Lösung kommt, wird der Lack zwischen 150-200°C festgebacken.
Bei der Pulverbeschichtung wird mittels Sprühpistole ein harzhaltiges Pulver auf das
Lackiergut aufgebracht. Das Pulver haftet durch elektrische Ladung am Gussstück und
muss zwischen 150-200°C eingebrannt werden, die Schichtdicke liegt bei etwa 60-
120µm [GSO – Oberflächentechnik: Pulverbeschichtung; Vorteile der Pulverbeschichtung:
(http://www.gso-gmbh.com/pulverbeschichtung.html); [Zugriff: 01.12.2010, 12:20]],
wobei die bei der kathodischen Tauchlackierung bei etwa 15-35µm [Impreglon Oberflächentechnik
GmbH: Beschichtungen; KTL; Datenblatt KTL-Beschichtung:
(http://www.impreglon.de/impreglon/upload/hungary/coatings/KTLneu_Anwenderbericht_D.pdf);
[Zugriff:01.12.2010, 12:25]] liegt. Das KTL-Verfahren wird
auch gerne als Vorbehandlung für die Pulverbeschichtung eingesetzt, um den Korrosionsschutz
auch an unzugänglichen Stellen zu gewährleisten.
6.3.3 Verchromung
Das Verchromen von Gussteilen findet meist elektrolytisch statt. Man unterschiedet zwischen
sehr dünnen Passivierungsschichten, wie dem Glanzverchromen und dem verschleißbeständigen
Hartverchromen. Das Verfahren verleiht einem polierten Gussstück
den bekannten Chromglanz und macht es widerstandsfähig gegenüber Stoß und
Schlag. Die Chrompassivierungsschicht weist kleinste Risse auf, manchmal geht ein
positiver Effekt von den Rissen aus, wenn z.B Schmierfilme haften bleiben können und
sollen. Durch den Passivierungseffekt, sind verchromte Teile gut chemisch beständig.
Bei vorhergegangener Verzinkung können Gussteile chromatiert werden. Dabei entsteht
eine Passivierungsschicht die nicht elektrolytisch aufgetragen wird. Die Gussteile werden
in Chromsäure mit anderen Zusatzstoffen getaucht, dabei entsteht eine hauchdünne
Passivierungsschicht die zwischen 0,25 µm und 1,25 µm liegt.
7 Computergestützte Methoden und Simulationstechniken
Aufgrund der rasanten Entwicklung in der Computer- und Informationstechnologie, sowohl
im Software- als auch im Hardwarebereich, haben sich in relativ kurzer Zeit numerische
Anwendungen zur Simulation in den verschiedensten Prozessen der Gießereitechnik
etabliert. Es ist heute möglich, Zeichnungsdaten in digitaler Form vom Kunden
als dreidimensionales Modell zu übernehmen und sowohl für die Produktion, als auch
für die Simulation in den verschiedensten Bereichen zu verarbeiten [8, 9].
Die C-Techniken (CAD/CAE/CAM) haben in den wesentlichen Prozessen der Stahlgussherstellung
Einzug gehalten.
Seite 81 von 111

7.1 CAD
Vom Kunden kann eine Zeichnung über eine CD oder über das Internet als 3-D-Datenfile
in das gießereieigene CAD-System transferiert werden. Damit können die gießtechnischen
Ergänzungen (Schrumpfungszugabe, Speiser, Speiserverbindungen, Rippen,
Kühleisen usw.) auf der bestehenden Zeichnung ergänzt werden. Ein Beispiel eines
dreidimensionalen CAD-Modells als Basis für ein Simulationsprogramm ist im Bild 12 zu
sehen.
7.2 CAE
Das mit CAD erstellte Modell wird in den Pre-Prozessor für die Simulationsanwendungen
transferiert, wo die Netzelemente nach bestimmten Vorgaben automatisch generiert
werden.
Mit der Methode der Finiten Elemente (FEM) oder der Methode der Finiten Differenzen
(FDM) werden diese Netzelemente mit komplexen Differentialgleichungen verarbeitet.
Damit kann in jedem definierten Element des Netzes der Verlauf von verschiedenen
Größen wie Temperatur, Spannung, Dehnung, usw. bestimmt werden.
Bis vor kurzem beschränkten sich die Simulationstechniken auf die Simulation von
Schrumpfungen und des Füllvorganges. Seitdem hat sich das Anwendungsgebiet der
Simulationsprogramme enorm erweitert und heute können nun auch Spannungen während
der Erstarrung und der Wärmebehandlung simuliert werden.
Weiterhin ist es bereits möglich, die Entwicklung des Mikrogefüges in groben Zügen
(Hauptgefügeanteile Ferrit, Perlit, Martensit) und der mechanischen Eigenschaften zu
simulieren.
Das Vorhandensein der thermophysikalischen und thermodynamischen Parameter für
die zu simulierenden Werkstoffe in Abhängigkeit der Temperatur sowie die entsprechenden
Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubilder (ZTU) in digitaler Form sind Voraussetzungen
für sinnvolle Ergebnisse. Entsprechendes theoretisches Wissen, praktische
Erfahrung und gute Handhabung der Simulationssoftware sind notwendig, um die
Ergebnisse interpretieren zu können.
In manchen Fällen ist es notwendig, eine Finite-Elemente-Berechnung der Spannungen
für das Gussstück unter Einsatzbedingungen durchzuführen.
7.3 CAM
Das wie oben beschrieben entwickelte, endgültige CAD-Modell kann nun über bestimmte
Schnittstellen für CNC-gesteuerte Maschinen weiter verwendet werden, zum Beispiel
im Modellbau (Bild 18), in der Maßkontrolle oder bei der mechanischen Bearbeitung.
Voraussetzung für die durchgängige vernetzte Anwendung computergestützter Methoden
ist, dass die verschiedenen Anwendungsprogramme (von CAD über Prozesssimulationen
bis hin zu CAM) gut aufeinander abgestimmt sind, sodass die entstehenden Daten
über einfache Schnittstellen zwischen den Systemen transferiert werden können.
Einige Hersteller solcher Systeme haben sich auf Gießereitechnik und Simulation von
Prozessen in der Gießerei spezialisiert.
Für viele technische Prozesse in der Gießerei gibt es spezielle Simulationsanwendungen.
Besonders in den Bereichen Schweißtechnik, Wärmebehandlung und Schmelztechnik
sind bereits ausgereifte Anwendungen für den Betriebsingenieur am Markt er-
Seite 82 von 111

hältlich. Weiterhin werden zur Lösung spezieller Probleme mit konkreten Anforderungen
analytische Methoden angewendet, wie sie heute in vielen Bereichen der Werkstoff- und
Schweißtechnik Verwendung finden. Dabei ist eine Gießerei oft auf die Zusammenarbeit
mit Universitäten und Instituten angewiesen, die auf Prozessmodellierung spezialisiert
sind.
8 Qualitätsmanagement, Qualitätssicherung und Qualität
[ Die Begriffe Qualitätsmanagement, Qualitätssicherung und Qualität sind in der DIN 55
350 eindeutig definiert:
- Qualitätsmanagement ist die gezielte und systematische Mitarbeit aller Beteiligten
im Unternehmen, die Anforderungen des Kunden in das Produkt zur Zufriedenheit
des Kunden umzusetzen;
- Qualitätssicherung beinhaltet alle Maßnahmen, die von allen an der Fertigung
Beteiligten zur Erzielung der geforderten Qualität durchzuführen sind,
- Qualität ist der Begriff für die Gesamtheit aller Eigenschaften und Merkmale eines
Produktes, die sich auf dessen Eignung im Hinblick auf die vorgegebenen Erfordernisse
beziehen (Anforderungen des Kunden an das Gussteil).
Mit diesen Begriffen sind die Anforderungen an die Unternehmensstrukturen, Mitarbeiter
und das Produkt „Gussteil" beschrieben.]GJS
8.1 Qualitätssicherung, Prüfen und Überwachen der Gussteilherstellung
[Heute ist Qualitätssicherung (QS) ein Produkt aus Kundenforderung, Qualitätsplanung
und Fertigung. Zum Festlegen der allgemeinen technischen Lieferbedingungen für
Gussteile aus Temperguss, stehen die folgenden Normen und Richtlinien zur Verfügung:
- DIN ISO 8062 „Gussstücke - System für Maßtoleranzen und Bearbeitungszugaben",
- DIN 1684-1 „Gussrohteile aus Temperguss - Allgemeintoleranzen, Bearbeitungszugaben"
(gilt nicht für Neukonstruktionen!),
- DIN EN 1559-1 „Gießereiwesen-Technische Lieferbedingungen-Teil 1: Allgemeines",
- DIN EN 1559-3 „Gießereiwesen-Technische Lieferbedingungen-Teil 3: Zusätzliche
Anforderungen an Eisengussstücke".
DIN 1684-1 basiert auf der für alle Rohgussteile gültigen Norm DIN 1680 und beschreibt
im Wesentlichen den Genauigkeitsgrad und die Bearbeitungszugaben von Gussstücken
aus Temperguss. Die Bezeichnung „Allgemeintoleranz" ersetzt den früher üblichen Begriff
„Freimaßtoleranz". Für Eisenguss gilt die Gruppe B der Gussallgemeintoleranz, die,
empirisch ermittelt, auf der Basis des Trendverlaufes von Messungen beruht. Der Genauigkeitsgrad
von Längenmaßen ist kleiner, sie sind also enger toleriert als Dickenmaße,
wie beispielsweise für eine Wand, einen Steg oder eine Rippe. Das Toleranzfeld für
Seite 83 von 111

Außen- und Innenrundungen ist so aufgeteilt, dass das untere Abmaß stets Null wird.
Seit dem Erscheinen der DIN ISO 8062 gilt die DIN 1684-1 nur noch für bestehende
Konstruktionen. Für Neukonstruktionen sind die Anforderungen der DIN ISO 8062 einzuhalten.
Dies bedeutet im Einzelnen Änderung der Toleranzbezeichnung von GTB in
CT.
Die DIN EN 1559 ist die Basisnorm für die Lieferbedingungen aller metallischen Gussteile
einschließlich der Definition der abzuliefernden Qualität. Die Werkstoff bezogenen
Anforderungen werden in speziellen Werkstoffnormen geregelt. Die DIN EN 1559 Teil 1
regelt die erforderlichen Bestellangaben und zu definierende Angaben bezüglich der:
- Herstellung,
- chemischen Zusammensetzung,
- Werkstoffeigenschaften sowie der allgemeinen Gussstückbeschaffenheit,
- Prüfungen und Bescheinigungen einschließlich der Stichprobenregelung,
- Vorschriften zum Kennzeichnen der Gussstücke.
- Hinweise für eventuelle Beanstandungen.
Der informative Anhang der Norm enthält eine Checkliste für Vereinbarungen, die zwingend
festgelegt werden müssen, und mit wahlfreien Informationen, die zusätzlich vereinbart
werden können.
Die DIN EN 1559 Teil 3 legt weitere spezifische Lieferbedingungen, die zwischen Kunden
und Gießerei geregelt werden sollten, fest. Diese betreffen unter anderem:
- vom Käufer anzugebende wahlfreie Informationen über den Rohgusszustand, eine
besondere Wärmebehandlung, eine Oberflächenbehandlung der Rohgusstücke,
die Einzelheiten zur mechanischen Bearbeitung, die Bildung von Prüfeinheiten,
die Zeichnungen und Modelle sowie die Musterabwicklung (Vormuster, Erstmuster);
- Schweißungen;
- besondere nicht in den Normen geregelte Anforderungen an Werkstoff und
Gussstück;
- Ungültigkeit von Prüfungen;
- Bescheinigungen über die Werkstoffprüfung.
Der Nachweis der Werkstoffeigenschaften erfolgt in der Regel an angegossenen oder
getrennt gegossenen Proben, deren Dicke in Beziehung zur maßgebenden Wanddicke
des Gussstückes steht. Die jeweiligen Probenformen, die zur Anwendung kommen können,
sind in der DIN EN 1562 beschrieben. Teilweise können aber auch nach vorheriger
Vereinbarung Probennahmen im Gussstück erfolgen, wobei dann die Mindestwerte
festgelegt und der Probennahmeort in der Zeichnung gekennzeichnet werden müssen.
Die Oberflächenbeschaffenheit ist in DIN EN 1559 nicht quantitativ definiert. Als Basis
für verbindliche Festlegungen haben sich im deutschsprachigen Raum die Richtreihen
nach der Empfehlung des CTIF (NO 359-01) der SCRATA oder nach der BNIF 359, einer
technischen Empfehlung des Bureau de Normalisation des Industries de la Fonderie,
durchgesetzt.
Hierauf wird inzwischen in einigen Regelwerken zum Beispiel den Normen zur Oberflächenprüfung
DIN EN 1369, DIN EN 1370 und DIN EN 1371 in verbindlicher Form Bezug
genommen [101]. Es wird empfohlen, bei besonderen Anforderungen an die Oberflä-
Seite 84 von 111

chenbeschaffenheit mit der Gießerei Rücksprache zu nehmen, da dies einen erheblichen
Einfluss auf die Herstellkosten haben kann.
Die innere Beschaffenheit ist ebenfalls in DIN EN 1559 nicht näher definiert und muss
unbedingt vereinbart werden, da maximal zulässige Fehlergrößen, wenn keine Fehlergrößen
vereinbart sind, wie in der entfallenen DIN 1690 Teil 1 und 2 erwähnt, nicht festgelegt
sind. Die Beurteilung der Beschaffenheit erfolgt über verschiedene Prüfnormen,
deren Ergebnisse in Form von Gütestufen klassifiziert werden. Die Gütestufen sind bei
der Anfrage und Bestellung zu vereinbaren und in der gültigen Bestellzeichnung zu
kennzeichnen. ]GJS
8.2 Qualitätsmanagement
[Seit der Einführung des Regelwerkes DIN EN ISO 9000 ff im Jahre 1994 ist es zum
Standard geworden, dass in der Gießereiindustrie Qualitätsmanagementsysteme aufgebaut,
beschrieben und implementiert wurden. Nach anfänglich zögerlichem Verhalten
bezüglich der Zertifizierung dieser Systeme vor allem aus Kostengründen mussten die
Unternehmen erkennen, dass eine Zertifizierung durch eine akkreditierte Organisation
zwingend erforderlich ist. Zum Teil kamen die Forderungen dafür allerdings auch aus
der Kundschaft. Andererseits wurde erkannt, welches Verbesserungspotential und mögliche
Kostenreduzierungen durch ein Festschreiben der Prozesse und Tätigkeiten in einem
Qualitätsmanagement-Handbuch vorhanden waren.
Es stellte sich nach der Einführung dieser Normen sehr schnell heraus, dass es mehr
Sinn macht, die im Unternehmen ablaufenden Prozesse, anstatt einzelne Elemente in
der Fertigung zu beschreiben. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse und Erfahrungen
entstand die Neufassung der DIN EN ISO 9001, Ausgabe 2000, die Prozess orientiert
gegliedert ist. Als wichtigste Neuerungen in der DIN EN ISO 9001:2000, die auch für die
Gießereien verbindlich ist und in deren Qualitätssystem Berücksichtigung finden, sind:
- Kundenorientierung und -zufriedenheit (Bewusstsein für die Kundenanforderungen
bei Mitarbeitern fördern und Analyse der Kundenanforderungen),
- Prozessorientierung (Tätigkeiten nicht Elemente, sondern Ablauf bezogen darstellen),
- Mitarbeiterorientierung (Mitarbeiterfähigkeiten fördern und ausnutzen),
- Messbarkeit der Ziele (Wirksame Entscheidungen beruhen auf Analysen von Daten),
- Betrachtung der Abläufe im Qualitätsmanagement-System als Prozess,
wobei ein Prozess nach DIN EN ISO 9000 wie folgt definiert ist: „...Satz von in Wechselbeziehung
oder Wechselwirkung stehenden Tätigkeiten, der Eingaben in Ergebnisse
umwandelt".
Das Managementsystem muss die Prozesse erkennen und definieren, die dann Eingang
in die Qualitätsmanagement-Dokumentation der Gießerei finden. Damit ist das Qualitätssicherungs-Handbuch
der Gießerei das aussagefähige Dokument für die organisatorischen
Aspekte der Produktionsabwicklung von der Planung und Entwicklung von
Gussteilen bis hin zu dem Umgang mit Kundenbeziehungen.
Im Bild 115 ist der Prozessregelkreis, so wie die Norm ihn definiert, beispielhaft aufgezeigt.
Die in der alten Norm von 1994 angewendete Gliederung der Qualitätsmanage-
Seite 85 von 111

ment-Dokumentation in Arbeits- und Betriebsanweisungen, Verfahrensanweisungen und
das Qualitätssicherungs-Handbuch ist trotz der Neuerungen geblieben.
Inzwischen hat die Computertechnik Einzug in alle Unternehmen gehalten, so dass es
sinnvoll ist, die Qualitätsmanagementsystem-Dokumentation auch per EDV anzubieten.
Ausgenommen hiervon können Arbeits- und Betriebsanweisungen sein, die der Mitarbeiter
direkt an seinem Arbeitsplatz in der Produktion benötigt. Wurde die papierlose
Variante gewählt, so ist es von großer Bedeutung, eine anwenderfreundliche und für
den Mitarbeiter gut handhabbare Software und Darstellungsform zu benutzen. Beispielhaft
wird dies im Bild 117 dargestellt. Neben den auf dem Softwaremarkt zu beziehenden
Programmpaketen sind auch einfache Inhouse-Lösungen denkbar.
Immer häufiger wird neben einem installierten Qualitätsmanagement-System auch die
Frage nach einem Umweltmanagement-System gestellt. Nicht zuletzt aus Standortgründen,
beispielsweise wenn ein Unternehmen in einem Wohnmischgebiet liegt, wird zusätzlich
ein Umweltmanagement-System nach DIN EN ISO 14001 oder vergleichbaren
Regelwerken eingeführt. Da sich in beiden Dokumentationen viele Dinge gleichen und
auch Schwerpunkte auf die Prozessbeschreibung gelegt werden, wird verstärkt dazu
übergegangen, diese Systeme zu einem integrierten Managementsystem zusammenzufassen.
In der Zukunft wird zu den beiden Systemen noch das Arbeitsschutz-
Managementsystem nach OHSAS 18001 hinzugefügt werden. ]GJS
8.3 Werkstoffprüfung
[Die Werkstoffprüfung bei Temperguss unterscheidet sich nicht von der entsprechenden
Prüfung bei Stahlguss, Schmiede- oder Walzstählen. Spezifisch ist die Probennahme
mit getrennt gegossenen Probestäben. Die Planung aller Werkstoffprüfungen und die
Überwachung der Prüfgeräte ist Bestandteil der Qualitätssicherung, die beispielsweise
in einem Qualitätsmanagementsystem nach DIN EN ISO 9001 beschrieben ist]GJS
8.3.1 Chemische Analyse
[Die chemische Zusammensetzung der Schmelze wird mit physikalischen oder nasschemischen
Mitteln bestimmt, zum Beispiel der Emissions-Spektralanalyse oder der
Röntgenfluoreszenz-Spektral-analyse. Gasbestimmungen wie Stickstoff-und Sauerstoffgehalte
können in Sonderfällen ebenfalls auf physikalischem Weg stattfinden. Ebenfalls
in Sonderfällen kann eine Stückanalyse vereinbart werden. ]GJS
8.3.2 Mechanische Eigenschaften
[Die mechanischen Eigenschaften werden nachgewiesen mit:
- dem Zugversuch nach DIN EN 10002 Teil 1,
- der Härteprüfung nach Brinell HBW DIN EN ISO 6506-1,
dem Kerbschlag-Biegeversuch nach DIN EN 10045 Teil 1]GJS
8.3.3 Metallographische Untersuchungen
[Mittels metallographischer Untersuchungen können die Gefügebestandteile Ferrit, Perlit
und die Anteile von Carbiden bestimmt werden. Die Beurteilung der Graphitausbildung
Seite 86 von 111

einschließlich der Graphitgröße wird nach DIN EN ISO 945 ermittelt, wobei die Prüfbedingungen
mit dem Kunden vereinbart werden müssen.
Die Beurteilung der Graphitformen und Graphitgrößen erfolgt entweder mittels subjektiver
Beurteilung durch den Metallographen oder durch eine automatische Bildanalyse mit
dem Computer. ]GJS
8.3.4 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung
[Die zerstörungsfreien Prüfverfahren dienen dazu, die äußere und innere Beschaffenheit
von Gussstücken aus Temperguss zu prüfen und zu beurteilen. Eine Übersicht über die
Prüfverfahren enthält Bild 64. Wichtig für die Durchführung der Prüfungen und Beurteilung
der Prüfergebnisse ist qualifiziertes Prüfpersonal und detaillierte allgemeine und
auch stückbezogene Prüfanweisungen. ]GJS
Bild 64 - Übersicht über zu vereinbarende Prüfungen für einen Beispielfall
Visuelle Prüfung
[Die Oberflächenbeschaffenheit muss zwischen Besteller und Hersteller vereinbart werden.
Für die visuelle Beurteilung, die sich auf Oberflächenfehler, zum Beispiel Sand-
und Schlackenstellen, Kaltschweißen, Schülpen, Formstoffreste, aber auch auf Unebenheiten
und Grate bezieht, gibt es die Norm DIN EN 12454. Sie stützt sich auf die
BNIF- und SCRATA-Richtreihen zur Bestimmung der Oberflächenfehler. Diese Richtrei-
Seite 87 von 111

hen enthalten Oberflächen Vergleichsmuster, mit denen die Oberflächenfehler klassifiziert
werden können.
Es werden drei Oberflächenserien je nach Art und Umfang der Fertigbearbeitung unterschieden:
- Serie 1: beschränkte Fertigbearbeitung (gestrahlte Gussoberfläche),
- Serie 2: besondere Fertigbearbeitung (geschliffene Flächen),
- Serie 3: spezielle Fertigbearbeitung (thermisches Schneiden und Hämmern).
Jede Serie umfasst eine Anzahl von Beispielen, die für einige gängige Oberflächenzustände
repräsentativ sind. Kunststoff-plättchen mit den Abmessungen 110 x 160 mm
sowie deren Fotografien veranschaulichen die Beispiele.
Magnetpulverprüfung
[Die Magnetpulverprüfung, die Beurteilung der Anzeigen und die Einteilung in Gütestufen
ist in DIN EN 1369 beschrieben. Alle Magnetisierungsverfahren und Prüfmittelkombinationen
sind anwendbar. Bevorzugt wird mit Selbstdurchflutung und mit nassen
Prüfmitteln gearbeitet. Die Prüfoberfläche muss dabei sauber sein und eine bestimmte
Mindestbeschaffenheit haben, die durch den kleinsten nachzuweisenden Fehler bestimmt
wird [13].
Farbeindringprüfung
Die Farbeindringprüfung, die Beurteilung der Anzeigen und die Einteilung in Gütestufen
ist in DIN EN 1371 beschrieben. DIN EN 1371, Teil 1 gilt für Sand-, Schwerkraftkokillen-
und Niederdruck-Kokillengussstücke, die DIN EN 1371, Teil 2 für Feingussstücke. Die
Anforderungen an die Oberfläche sind dabei höher als bei der Magnetpulverprüfung. Die
Anzeigenbeschreibung und -beurteilung ist die gleiche wie bei der Magnetpulverprüfung,
wird allerdings unterstützt durch Bildreihen für nichtlineare Anzeigen, die ebenfalls in
DIN EN 1371 wiedergegeben sind [14].
Volumenprüfung
Die Verfahren zur Prüfung der inneren Beschaffenheit ergänzen sich gegenseitig. Die
Verfahren werden daher häufig miteinander kombiniert. Die Ultraschallprüfung wird bevorzugt
bei größeren Wanddicken, ferritischen Werkstoffen oder in der Serienfertigung
angewendet. Die Durchstrahlungsprüfung wird entsprechend bei dünnwandigen Teilen,
bei austenitischen und austenitisch-ferritischen Werkstoffen oder in Kombination mit der
Ultraschallprüfung angewendet.
Ultraschallprüfung
Die Ultraschallprüfung, die Beurteilung der Anzeigen und die Einteilung in Gütestufen ist
in DIN EN 12680 beschrieben. Teil 1 der Norm gilt bei Stahlgussstücken für allgemeine
Verwendung, Teil 2 enthält verschärfte Anforderungen für hoch beanspruchte Bauteile,
zum Beispiel für bestimmte Turbinenkomponenten.
Seite 88 von 111

Mit der Ultraschallprüfung (Bild 47) sind alle eisengusstypischen Fehler auffindbar. Mit
einem Normalprüfkopf sind Fehler mit Volumenausdehnung bestimmbar, mit einem
Winkelprüfkopf werden planare (rissartige) Fehler bestimmt. Besonders wichtig bei der
Ultraschallprüfung ist das Beobachten der Echodynamik, das heißt das Wandern des
Echos auf dem Bildschirm und seine gleichzeitige Höhenänderung beim Bewegen des
Prüfkopfes (Bild 48).
Wenn hierdurch Hinweise auf rissähnliche, also gefährliche Fehler gegeben werden,
müssen solche Anzeigen registriert werden, auch wenn die Echohöhe sehr gering ist.
Das Ausmessen der Anzeigenhöhe in seitlicher und Tiefenrichtung wird so beschrieben
und festgelegt, dass die Wahrscheinlichkeit, die wahre Fehlergröße zu erfassen, sehr
groß ist. Versuche haben das bestätigt [15].
Wichtig für eine einwandfreie Ultraschallprüfung ist ferner qualifiziertes Prüfpersonal und
eine genaue Prüfanweisung, die die Lage und Orientierung zu erwartender Fehler berücksichtigt.
Durchstrahlungsprüfung
Für die Durchstrahlungsprüfung, Bild 49, gilt DIN EN 12681 [16]. Die möglichen Aufnahmeanordnungen,
Strahlenquellen und deren Anwendungsbereiche sind beschrieben.
Nach den erforderlichen Prüfbedingungen werden die Prüfklassen A und B unterschieden.
Im Allgemeinen ist die Prüfklasse A ausreichend. Die Prüfklasse B gilt nur für
Sonderfälle. Die bei der Durchstrahlungsprüfung erhaltenen Anzeigen sind auf der
Grundlage von ASTM-Bildreihen nach Güteklassen (Level 1 bis 5) eingeteilt.]GS
9 Anwendung in allen Industriezweigen
[Die Tempergusswerkstoffe sind aufgrund des Verfahrensablaufs bei der Gussstückfertigung
bevorzugt für die Anwendung in Serien und Großserien bestimmt. Herstellungsbedingt
liegt eine Begrenzung hinsichtlich des Stückgewichts — von wenigen Gramm
bis ca. 100 kg — und der Wanddicke - über 20 mm sind die Ausnahme — vor.
Durch die zum Herstellungsablauf von Temperguss gehörende Wärme- bzw. Vergütungsbehandlung
werden die Gefügeausbildung und davon abhängig die qualitätsbestimmenden
Eigenschaften mit großer Genauigkeit und hoher Gleichmäßigkeit eingestellt.
So sind beispielsweise die engen Härtestreubereiche für die spanende Bearbeitung
auf Transferstraßen von besonderer Bedeutung; in Verbindung mit der guten Zerspanbarkeit
auch der Sorten hoher Festigkeit ist dies Basis für eine wirtschaftliche Teilefertigung.
Aufgrund seiner Duktilität wird Temperguss überwiegend für solche Bauteile verwendet,
die dynamischen Beanspruchungen - schwingend oder stoßartig — ausgesetzt sind und
hohen mechanischen Kräften widerstehen müssen. Hierzu zählen unter anderem zahlreiche
Fahrwerks- und Lenkungsteile von Kraftfahrzeugen, die dokumentationspflichtige
Sicherheitsbauteile darstellen, wie auch Stell- und Befestigungselemente für den Schalungsbau,
die sehr rau gehandhabt werden.
Von einem anderen wichtigen Anwendungsbereich für Temperguss, Fittings und Armaturen
für den Rohrleitungsbau, werden außer entsprechenden mechanischen Eigen-
Seite 89 von 111

schaften zusätzlich Druckdichtheit und Korrosionsbeständigkeit verlangt, in Sonderfällen
auch Zähigkeit bei niedrigen und Festigkeit bei hohen Temperaturen.
Die thermischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften begründen den Einsatz
von Temperguss für zahlreiche Bauteile in der Elektroindustrie; die tragenden Elemente
von Hoch- spannungs-Freileitungen sind teilweise extremen Temperaturschwankungen
ausgesetzt, sie erfüllen zuverlässig ihre Funktion auch bei starken Windkräften, Eis- und
Schneelasten.
Schalt-, Steuer- und Getriebeelemente im Maschinen- und Landmaschinenbau werden
vielfach in Temperguss ausgeführt. Die gute Vergießbarkeit und die Möglichkeit, dünnwandige
Konstruktionen mit hohem Kompliziertheitsgrad und hervorragender Konturentreue
herzustellen, sind werkstoffspezifische Vorzüge, die in diesem Zusammenhang zu
erwähnen sind. Reproduzierbare Genauigkeit ist auch für die Herstellung von Teilen für
Werkzeuge, Schlösser und Beschläge sowie für eine Vielzahl anderer Anwendungsgebiete
Voraussetzung, in denen sich Temperguss mit großem Erfolg bewährt hat.
Werkstücke aus Temperguss bieten vielfältige Möglichkeiten, bestimmte Eigenschaften
gezielt in den Bauteilbereichen zu schaffen, wo sie benötigt werden; vor allem sind hier
das Härten zwecks hoher Verschleißfestigkeit und die stark entkohlende Glühbehandlung
zwecks Optimierung der Schweißbarkeit für die konstruktive Verbindung einzelner
Elemente zu nennen. Als weitere bewährte Nachbehandlungsverfahren sind ferner das
Aufbringen von Überzügen zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit sowie Maßnahmen
zur Steigerung der Schwingfestigkeit zu erwähnen.
Die Fülle der für die Anwendung wichtigen Eigenschaften, die nicht alternativ, sondern
vielmehr „konzertiert" vorliegen, haben die verschiedenen Sorten des schwarzen und
weißen Tempergusses nicht nur als Werkstoffe für hochbeanspruchte Sicherheitsteile
Anerkennung finden lassen. Dies ist auch einer der Gründe dafür, dass viele Werkstücke,
die früher nach anderen Verfahren — Schmieden, Schweißen, Spanend aus Vollmaterial
— oder aus anderen Werkstoffen - Stählen, NE- Metallen, Kunststoffen — hergestellt
wurden, durch Temperguss substituiert worden sind. Voraussetzung für solche
Substitutionen ist, dass entweder neben der Erfüllung aller anwendungs- und fertigungstechnischen
Forderungen wirtschaftliche Vorteile durch günstigere Herstellkosten infolge
verminderter Rohteil- und/oder Fertigungskosten erreicht werden, oder aber es wird die
Leistungsfähigkeit des Werkstücks verbessert, das Gewicht verringert.
Temperguss, das ist aber nicht nur eine vielseitige und leistungsstarke Werkstoffgruppe,
sondern ist gleichzeitig auch die Gießereitechnologie mit all' seinen Vorteilen. Das Gießen
bietet dem Konstrukteur eine besonders große Freizügigkeit hinsichtlich der Gestaltungsmöglichkeiten
der Werkstücke, so dass die Bauteile optimal den anwendungstechnischen
Erfordernissen angepasst werden können. Auf diese Weise lassen sich auch
die Ziele des Leichtbaus gut erreichen. Die Eigenschaften von Gusswerkstücken sind in
allen Beanspruchungsrichtungen gleich, sie werden nicht durch Texturen beeinflusst.
Die folgenden Bildseiten vermitteln einen Eindruck von der Vielfalt der Anwendung der
interessanten Werkstoffgruppe Temperguss. Sie zeigen einen Überblick über den heutigen
Leistungsstand und geben damit Anregungen für weitere Einsatzgebiete in allen
industriellen Bereichen. ]80s
Seite 90 von 111

9.1 Dünnwandige & Scharfkantige Bauteile
Spreizhebel-Backmat
Hierbei handelt es sich um eine Neuentwicklung für auflaufgebremste Anhänger, die den
Bremsverschleiß von Trommelbremsen durch automatisches Nachstellen ausgleicht.
Dadurch wird die Kontrolle des Bremsspiels und das Nachstellen von Hand überflüssig.
Ein hohes Spiel sorgt für ein verspätetes Bremsen des Anhängers und schiebt im ersten
Moment des Bremsvorgangs das Zugfahrzeug nach vorne. Bei einem Verschleiß von
0,5mm hat die Nachstellung bereits 50 Mal nachjustiert. Hinzukommt, dass ein Rückwärtsfahren
möglich ist, was so bisher mit einer automatischen Nachstellung nicht möglich
war. Es wird ebenfalls als Nachrüst-Set angeboten um bestehende Bremsensysteme
zu modernisieren, darüber hinaus verfügt das neue Teile über eine EU-Zulassung
(gepr. nach 71/320/EWG).
Der Tempergussstössel auf Bild 65 (oben links) ist das Herzstück der Bremsanlage. Es
integriert mehrere Funktionen und ist damit günstiger als eine vergleichbare Version aus
Stahl (Bild 65, unten links). Die Zugöse ist ebenfalls aus Temperguss.
Bild 65 - Einbaulage der Tempergussteile (Stössel und Zugöse) im Spreizhebel-Backmat
und Vergleich zur Alternative aus einer Stahlblech-Schweißkonstruktion (unten
links)[Knott GmbH, Eggstätt, Deutschland]
Seite 91 von 111

Bild 66 - links: CAD-Entwurf; rechts: Kern des Stössels[Knott GmbH, Eggstätt,
Deutschland]
Gewinde-Adapter
Ein hochbelastbares Adapterstück mit fertig gegossenem Innen- und Außengewinde aus
ölabgeschrecktem GJMB-650-2. Der Gewinde-Adapter wird mit hoher Ausbringung gegossen.
Die Qualität muss auf Grund der gegossenen Gewinde besonders hoch sein.
Der Gewinde-Adapter ist in verschiedenen Größen erhältlich, Der Adapter auf Bild 67
wiegt 600g und hat einen Durchmesser von etwa 70mm. Auf Bild 68 sind die Gewinde in
den Kernen zu erkennen.
Bild 67 - Gewindeadapter mit Innen- und Außengewinde
Seite 92 von 111

Bild 68 - Kern für drei Gewindeadapter
Spreizdübel
Der Spreizdübel auf Bild 69 verfügt über eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung.
Ein betriebssicherer Fels- und Betonanker war lange Zeit vom Markt gefordert worden.
Vorgaben für die Entwicklung waren: [Konstruieren + Gießen: Mit Temperguss die
Zulassungshürde übersprungen; Zentrale für Gussanwendung, Bd. 30 Nr. 1, Giesserei-
Verlag GmbH Düsseldorf - 2005]
temporärer Einsatz von sechs Monaten
der Einsatz in ungerissenem und gerissenem Beton
eine zuverlässige Problemlösung
eine robuste Ausführung
eine einfache Handhabung
eine große Montagesicherheit
ein kalkulierbares Risiko
das Erlangen einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung
Seite 93 von 111

Bild 69 - Spreizdübel für Fels- und Betonanker aus Temperguss (links), bestehend aus
den Einzelteilen: Konus aus GJMW-450-7 (Mitte unten), 0-Ringen und drei Lamellen aus
GJMW-400-5 (rechts)[ Konstruieren + Gießen: Mit Temperguss die Zulassungshürde
übersprungen; Zentrale für Gussanwendung, Bd. 30 Nr. 1, Giesserei-Verlag GmbH
Düsseldorf - 2005]
Weißer Temperguss als Werkstoff hat sich hier als vorteilhaft bewiesen. Die Lamellenstücke
sind aus GJMW-400-5, der weiche Ferrit außen sorgt dafür, dass sich der Dübel
beim Festdrehen in den Beton eindrückt, sodass eine formschlüssige Verbindung entsteht.
Da auf den Konus hohe Radialkräfte wirken, wird er aus dem festeren GJMW-
450-7 gefertigt. Das Bild 70 zeigt den Dübel in eingebautem Zustand.
Bild 70 - Eingebauter Spreizdübel[Konstruieren + Gießen: Mit Temperguss die
Zulassungshürde übersprungen; Zentrale für Gussanwendung, Bd. 30 Nr. 1, Giesserei-
Verlag GmbH Düsseldorf - 2005]
Multifunktionales Verbindungselement
Ein Beton-Dübel (s. Bild 71, links) mit dünnen Wandstärken und feinverrippter Außenkontur
und einem extrem schlanken Kern (s. Bild 71, rechts). Die gute Gießbarkeit von
Temperguss spielt hier die entscheidende Rolle. Das Gussteil wiegt nur 196g. Weil der
Kern sehr dünn ist, ist er einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt. Die dafür eingesetzte
Kernsandmischung muss daher sehr heiß abgestimmte werden. Gefertigt wird
der Dübel aus ölabgeschrecktem GJMB-650-2.
Seite 94 von 111

Bild 71 - links: Betondübel mit nur 196 Gramm; rechts: Kern für Betondübel[VS Guss AG,
Solingen, Deutschland]
9.2 Druckbeaufschlagte Bauteile
Fittings
Einer der Hauptproduzenten von Tempergussware sind Fittingshersteller. Der Druck
durch Substitutionsprodukte aus Kunststoff sowie durch andere Alternativen von Rohrverbindungssystemen
steigt. Fittings fördern verschiedenste Arten von Medien und haben
daher ein sehr breites Anwendungsgebiet. Bild 72 (links) zeigt einen Fitting aus
weißem Temperguss für die Verbindung von Rohren mit genormten Whitworth-
Rohrgewinden nach EN 10226-1. Als weitere Möglichkeit zur Verbindung von Rohren
können auch Klemmverbinder aus Temperguss (siehe Bild 72, rechts) eingesetzt werden.
Durch die Anwendung dieser Klemmverbinder ist ein Gewindeschneiden am Stahlrohr
nicht erforderlich. Die zu verbindenden glattendigen Rohre werden in den Klemmverbinder
eingesteckt und mittels eingebauter Klemm- und Dichtelement fixiert bzw. abgedichtet.
Dies erfolgt durch Anziehen einer Überwurfmutter. Die Vorteile sind die minimale
Rohrendenbearbeitung bei gleichzeitig hoher Zug- und Schubsicherheit und eine
mögliche Abwinkelung der Rohre bis zu 3°. Es ist kein Spezialwerkzeug für die Montage
erforderlich und die Verbindung ist einfach wieder zu lösen.
Ebenfalls innovativ, ein ―Rohr-im-Rohr―-Anschlussstück für einen Gaszähler (Bild 73).
Seite 95 von 111

Bild 72 - links: Tempergussfitting; rechts: Klemmverbinder aus Temperguss[Georg Fischer
Fittings GmbH, Traisen, Östereich]
Bild 73 – Einrohrzähleranschluss[NEFIT Industrial B.V., Deventer, The Netherlands]
9.3 Hochfeste und kaltzähe Gussteile
Pleuel
Pleuel werden aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS), Ausferritisches Gusseisen mit
Kugelgraphit (ADI) und Stahl gefertigt. Die mikrolegierten Stähle sowie die Vergütungsstähle
sind recht teuer, die Herstellungskosten von Titanpleuel sind ebenfalls hoch. Sintermetalle
gewinnen zunehmend an Bedeutung und machen es dem Gusseisenpleuel
schwer. Das geringere Gewicht von Temperguss, im Gegensatz zu Stahl, kann eine
entscheidende Rolle spielen, denn mit ölvergütetem schwarzen Temperguss können
gleichschwere aber festere Pleuel hergestellt werden. Temperguss stellt nicht immer
Seite 96 von 111

den optimalen Werkstoff für Pleuel dar, allerdings sollte er bei der Werkstoffwahl berücksichtigt
werden.
Bild 74 - Pleuel aus Temperguss[Ductile Iron Group: Designs in Ductile Iron, Cost Saving
Design Ideas]
Verschlüsse
Klappen von Baumaschinen sind oft mit Hebel- oder Hackenverschlüssen verriegelt, sie
müssen unter rauesten Bedingungen funktionieren.
Bild 75 - Pendellager rechts/links an einem 3-Seitenkipper [BET Karl Bremshey, Solingen,
Deutschland]
Seite 97 von 111

9.4 Gussteile mit reduziertem Härtungsaufwand
Differenzialgehäuse
Die Neuentwicklung eines Differenzialgehäuses wird aus ölvergütetem schwarzen Temperguss
GJMB-700-2 gefertigt. Das Besondere ist, dass der Zahnkranz nicht gehärtet
werden muss, eine Ausführung aus Gusseisen mit Kugelgraphit erfordert eine Härtung
an den Zähnen, ohne diese Härtung ist ein partieller Abrieb an den Zahnflanken erkennbar
gewesen. Die Härtung macht das Gussteil in GJS teurer.
Bild 76 - Differenzialgehäuse aus ölvergütetem schwarzen Temperguss[Gieterij Doesburg
B.V., The Netherlands: van Ettinger, Cornelis J.: Oil Quenched Malleble Iron (O.M.I.), the
Strength of an Old Material in a "Green Cast" Development and a New Future, 69th World
Foundry Congress, Hangzhou, China - 2010]
9.5 Schweißverbundkonstruktionen
Der ganz große Vorteil von weißem Temperguss ist die Schweißbarkeit. Das Schweißen
von GJMW-360-12, ermöglicht Verbindungen, die nicht nachbearbeitet werden müssen
und mindestens die mechanischen Eigenschaftswerte des Grundmaterials aufweisen.
Heizungsbau
Komplette Anschlusseinheiten lassen sich individuell aus Tempergussteilen und Stahlrohren
zusammenstellen. Nachdem sie verschweißt werden sind sie sofort einbaufertig.
Seite 98 von 111

Bild 77 - Individuelle Anschlussmaße dank Schweißen[NEFIT Industrial B.V., Deventer,
The Netherlands]
Gerüstbau
Einen großen Markt für Verbundschweißungen von Temperguss stellt der Gerüstbau
dar. Stahlrohre werden mit hoher Schweißqualität an Tempergussteile angeschweißt.
Automobilbau
Bild 78 - Guss-Schweiß-Verbundkonstruktion: Klammern für den
Gerüstbau[Bundesverband der Deutschen Giesserei-Industrie e.V.]
Seite 99 von 111

Das Bild 79 zeigt eine Gardanwelle mit einem Gabelkopf aus Temperguss der Sorte
GJMB-650-2.
Eine weitere bewährte Schweißverbundkonstruktion ist die Anhängerkupplung für
PKW’s, aus weißem Temperguss können sie an Stahldeichseln geschweißt werden.
Radnaben werden ebenfalls aus Temperguss hergestellt und verschweißt.
Bild 79 - Guss-Schweiß-Verbundkonstruktion: PKW-Kardangelenkwelle[Konstruieren +
Gießen: Duktiles Gusseisen, Temperguss; Zentrale für Gussanwendung, Bd. 8 Nr. 1/2,
Giesserei-Verlag GmbH Düsseldorf - 1983, S.41]
9.6 Substitutionen
Substitutionen fanden und werden immer stattfinden. Es ist ein gesunder Entwicklungsprozess,
die Treiber für diese Entwicklung haben wirtschaftliche, ökologische als auch
ökonomische Hintergründe. Eine Substitution tritt dann ein, wenn spezifische Vorteile,
den Nachteilen überwiegen. Jedoch müssen diese immer abgewogen werden. So muss
ein hoher Preis nicht zwangsläufig etwas Negatives bedeuten, denn die Wertschöpfungskette
wird erweitert und das Produkt bekommt so einen Mehrwert.
Nach dem Aufkommen von Gusseisen mit Kugelgraphit wurden solche Teile in Kugelgraphitguss
gegossen, die z.B. eine hohe Dehnung erforderten. Die Dehnungswerte von
Gusseisen mit Kugelgraphit können mit Temperguss nie erreicht werden. Wenn den
Gusserzeugnissen allerdings mehrere Funktionen, z.B. bei einer Modernisierung, zugefügt
werden sollen und bestimmte Wanddicken nicht überschritten werden dürfen, ist
eine Substitution zurück zu Temperguss nicht auszuschließen.
Bild 80 zeigt einen Stufenhalter für Treppengeländer, früher wurde er aus 8 Stahlblechteilen
zusammengeschweißt, heute in nur 3 Teilen gegossen.
Seite 100 von 111

Früher Heute
Bild 80 - Substitution: Stufenhalter für Treppengeländer, früher und heute
Der Vergleich der Fertigungsdaten von früher zu heute, ist in Tabelle 23 gegeben. Die
Herstellkosten haben sich durch diese Substitution halbiert.
Früher Heute
Fertigung Schweißen Gießen
Anzahl der Teile 8 3
Werkstoff 235 JR (St 37) GJMW-360-12
Gewicht 3,5 kg 3,5 kg
Materialkosten 39% 100%
Fertigungskosten 100% 5%
Mechanische Bearbeitung 100% 0%
Herstellkosten 100% 50%
Tabelle 23 - Substitution: Vergleich der Fertigungsdaten eines Stufenhalters für Treppengeländer
[5]
Ein weiteres Beispiel ist ein Wasserverteiler für Heizkessel, früher wurde er aus acht
Einzelteilen (vorwiegend handelsübliche Tempergussteile) zusammen geschraubt, heute
wird er einteilig aus GJMW-400-5 gegossen. Durch die neue Variante wurde das Gewicht
der Konstruktion fast halbiert und der Aufwand bei der Installation wurde ebenfalls
deutlich minimiert. Durch die Substitution wurde ein erheblicher Kostenvorteil erreicht
und darüber hinaus wurden 5 mögliche Leckagestellen eliminiert. Bild 81 stellt Neu und
Alt gegenüber.
Seite 101 von 111

Früher Heute
Bild 81 - Substitution: Vergleich eines Wasserverteilers für einen Heizkessel, früher und
heute [6]
„Eine konstruktive Besonderheit ist der mittlere Flansch: Aufgrund der beiden Abflachungen
kann die mit einem Innenflansch versehene Überwurfmutter problemlos durch
Schrägstellen anmontiert werden.― Siehe Bild 82.
Bild 82 - Substitution: Wasserverteiler für einen Heizkessel; GJMW-400-5 [6]
Die Tabelle 24 zeigt einige Produkte, die von Temperguss nach Gusseisen mit Kugelgraphit
substituiert wurden. Es sind Artikel, die in Gusseisen mit Lamellengraphit nicht
genügend Dehnung aufwiesen und deshalb früher aus Temperguss gegossen wurden.
Nach dem Aufkommen von Gusseisen mit Kugelgraphit, konnten diese Teile wesentlich
wirtschaftlicher in GJS hergestellt werden.
Seite 102 von 111

Ferritisch:
Achshalterung
Perlitisch:
Lenkgetriebe
Diff. Gehäuse
Lagerkappe
Halter
Radnabe
Diff. Gehäuse
Schwinge
Verankerung
Nabe
Halterung
Seite 103 von 111
Gehäuse
Halterung
Halter
Einstellmutter
Diff. Gehäuse
Halter
Tabelle 24 - Substitutionen von Temperguss zu Gusseisen mit Kugelgraphit [7] [8]
9.7 Leichtbau
Auf den folgenden Seiten ist ein Auszug einer Studie zur nachhaltigen Produktion von
Leichtbau-Komponenten aufgeführt. Es werden drei Beispiele gegeben, die durch den
Einsatz von Leichtbau-Komponenten deutliche Gewichtsvorteile hervorrufen. Diese Beispiele
stammen nicht aus dem Bereich Temperguss, sollen allerdings die Möglichkeit
der Gewichtseinsparung verdeutlichen. Gewichtsoptimierte Bauteile tragen einen sehr
hohen Beitrag zu Einsparung von Energie und Material bei, je weniger Masse bewegt
werden muss, desto weniger Energie wird auch benötigt. Die Herstellung von Bauteilen
kleinerer Massen, benötigt ebenfalls weniger Energie. Die Bedeutung der Gewichtreduzierung
wird also weiter ansteigen.
Während die klassische Integralbauweise nur die Integration von Einzelteilen zu einem
komplexen, einteiligen Bauteil beinhaltet, geht man inzwischen in zunehmendem Maße
dazu über, funktionale Konstruktionselemente wie Lager, Gelenke, Zahnräder oder

elektrische Schaltkreise mit der Bauteilgeometrie zusammenzufassen. Hierdurch können
sich gegenüber der Verwendung von Einzelteilen u. U. deutliche Gewichtsvorteile
ergeben, insbesondere spart man jedoch Fertigungs- und Montagekosten.
So wurde mit einem von der Georg Fischer Druckguss GmbH, München, und der Audi
AG, Ingolstadt gemeinsam entwickelten Modul-Querträger für die Armaturentafel des
Audi A8 (Bj. 2004) nicht nur eine Gewichtseinsparung von über 50% gegenüber der
früheren Variante als gefügte Stahlblech-Konstruktion realisiert, sondern gleichzeitig
auch die Zahl der Einzelkomponenten und damit der Montageaufwand erheblich reduziert.
Der Querträger besteht nunmehr aus einer fahrerseitigen Komponente aus
AlMg5Si2Mn und einer beifahrerseitigen Komponente aus AM50HP, die durch strukturelle
Verstärkungen (verripptes Hohlprofil) ausreichende Torsionssteifigkeit erhält, Bild
83.
Bild 83 - Integralgussteil aus druckgegossenen Aluminium- und Magnesiumkomponenten
[9]
Für den Airbus A380 wurde in einer Studie untersucht, welche Vorteile die Fertigung
einer Passagiertür als Integralgussteil im Vergleich zu der bis dahin verwendeten Nietkonstruktion
mit 64 Einzelteilen und 500 Nietverbindungen hat. Obwohl bei der Fertigung
im Niederdruckverfahren keine Gewichtseinsparung gegenüber der Nietkonstruktion
erzielt werden konnte, wurden deutliche Vorteile hinsichtlich des Material- und Energieaufwands
ersichtlich. So wurden für die Nietkonstruktion bei einem Bauteilgewicht
von 42,3 kg noch rund 175 kg Halbzeug benötigt, im Gegensatz zu 77 kg bei der 65 kg
schweren gegossenen Variante, Bild 84.
Seite 104 von 111

Bild 84 - Einteilig gegossene Passagiertür aus einer wärmebehandelten Aluminium-
Legierung [9]
Während die zuvor vorgestellten Beispiele Integralgussteile ohne zusätzliche Funktionalität
darstellen, existieren auch Anwendungsbeispiele für funktionsintegrativen Leichtbau
mit Gusskomponenten. So zeigt Bild 85 eine Wasserarmatur aus Messing für eine
Trinkwasser-Aufbereitungsanlage, die in der verschraubten Variante aus 34 Einzelteilen
zusammengesetzt werden muss. Durch Zusammenfassen der einzelnen Komponenten
zu einem einzigen Gussteil entstand eine Einzelkomponente mit erweiterter Funktionalität,
die zudem weniger Andichtstellen besitzt und damit wartungsfreundlicher ist. Gleichzeitig
wurde der erforderliche Bauraum erheblich verringert. [9]
Seite 105 von 111

Bild 85 - Material- und Zeitersparnis durch Integralguss
Die Bionik wird in der Zukunft eine wichtige Rolle einnehmen, sie setzt die Abläufe der
Natur technisch um. Die Struktur eines Bauteils wird optimiert und an die jeweiligen Beanspruchungen
angepasst. Material an weniger beanspruchten Stellen wird entfernt und
zur Steifigkeit an hochbeanspruchten Stellen angehäuft. Bild 86 zeigt einen strukturoptimierten
Hochgeschwindigkeitsschlitten aus GJS-400-18. Bei diesem Bauteil konnten
15% Gewichtseinsparung und eine Verringerung der Herstellkosten um 10% erzielt werden.
Bild 86 - Hochgeschwindigkeitsschlitten mit Hilfe der Bionik konstruiert [10]
Seite 106 von 111

10 Nachschlagewerke
Nachschlagewerke dienen der Erbringung von Informationen, sie können in Form von
Büchern, Zeitschriften oder in Form von Multimedia-Medien, wie z.B. Internet Auftritte,
Podcasts oder Videos, bereitgestellt werden.
Nachfolgend sind verschiedene Quellen aufgeführt, die als sinnvolle Informationsquelle
für Temperguss gelten und betont werden sollten.
10.1 Normen
Um gewisse Ordnungen, Vereinbarungen und Standards zu organisieren und einzuhalten,
werden Normen entwickelt. Es gibt etliche Normen, die den Konstrukteuren Unterstützung
liefern sollen und Erkenntnisse, bereits durchgeführter Versuche, bereitstellen.
Die Folgenden Normen verweisen alle auf Temperguss.
Nummer Datum Titel
DIN 315 1998-07 Flügelmuttern, runde Flügelform
DIN 316 1998-07 Flügelschrauben, runde Flügelform
DIN 1684-1
Gußrohteile aus Temperguß - Allgemeintoleranzen,
1998-08
Bearbeitungszugaben; Nicht für Neukonstruktionen
DIN 3292-2
Armaturen für Hausinstallation; Überwurfmuttern aus
1984-06
Temperguß
DIN 5289 1979-02 Karabinerhaken, Scherenförmig
DIN 5297-1
Karabinerhaken mit rechteckigem Ring, Verschluß
1979-02
durch Blattfeder
DIN 5297-2
Karabinerhaken mit rundem und ovalem Ring, Ver-
1979-02
schluß durch Blattfeder
DIN 5297-3
Karabinerhaken mit rechteckigem und rundem Ring,
1979-02
Klappe mit Griff
DIN 6335 2008-05 Kreuzgriffe
DIN 6336 2008-05 Sterngriffe
DIN 8533
Druckluftwerkzeuge; Stampffüße, Kegel an Kolben-
1970-04
stangen
DIN 48067-1 1982-07 Pfannenösen ohne Schutzarmaturenbefestigung
DIN 48067-2 1982-07 Pfannenösen mit Schutzarmaturenbefestigung
DIN 48152
Starkstrom-Freileitungen; Zugisolator Z, Nennspan-
1958-03
nung unter 1 kV
DIN 48173
Starkstrom-Freileitungen, Nennspannung unter 1 kV;
1959-11
Dachanker, Zusammenstellung, Einzelteile
DIN 48176
Dachständerstrebe für Starkstrom-Freileitungen; Zu-
1963-12
DIN EN 1011-8 2005-02
DIN EN 1503-3 2001-07
sammenstellung, Einzelteile
Schweißen - Empfehlungen zum Schweißen metallischer
Werkstoffe - Teil 8: Schweißen von Gusseisen;
Deutsche Fassung EN 1011-8:2004
Armaturen - Werkstoffe für Gehäuse, Oberteile und
Deckel - Teil 3: Gusseisen, das in Europäischen Normen
festgelegt ist; Deutsche Fassung EN 1503-3:2000
Seite 107 von 111

DIN EN 1562
+ AC:2001
Gießereiwesen - Temperguss; Deutsche Fassung EN
2006-08
1562:1997 + A1:2006
DIN EN 1562
Gießereiwesen - Temperguss; Deutsche Fassung
2009-07
prEN 1562:2009
DIN EN 10242
Gewindefittings aus Temperguß; Deutsche Fassung
1995-03
EN 10242:1994
DIN EN
10242/A1
Gewindefittings aus Temperguß; Änderung A1; Deut-
1999-06
sche Fassung EN 10242:1994/A1:1999
DIN EN
10242/A2
Gewindefittings aus Temperguss; Änderung A2; Deut-
2003-06
sche Fassung EN 10242:1994/A2:2003
Tempergussfittings mit Klemmanschlüssen für Po-
DIN EN 10284 2000-08 lyethylen-(PE-)Rohrleitungssysteme; Deutsche Fassung
EN 10284:2000
DIN EN 10344
Tempergussfittings mit Klemmanschlüssen für Stahl-
2006-07
rohre; Deutsche Fassung prEN 10344:2006
Korrosionsschutz metallischer Werkstoffe -Hinweise
zur Abschätzung der Korrosionswahrscheinlichkeit
DIN EN 12502-3 2005-03 in Wasserverteilungs- und -speichersystemen - Teil
3: Einflussfaktoren für schmelztauchverzinkte Eisenwerkstoffe;
Deutsche Fassung EN 12502-3:2004
IFV Arbeitsblatt
2.13
2001-07 Feuerverzinken von Gussteilen
ISO 49 1994-12 Malleable cast iron fittings threaded to ISO 7-1
ISO 49 Technical Malleable cast iron fittings threaded to ISO 7-1; Tech-
1997-02
Corrigendum 1
nical Corrigendum 1
ISO 5922 2005-02 Malleable cast iron
ISO/TR 10809-1 2009-11 Cast irons - Part 1: Materials and properties for design
Technische Lieferbedingungen für Grauguß-, Temper-
UIC 829-2
1975-
07
guß- und Sphärogußteile der automatischen Mittelpufferkupplung
der UIC-Bauart für Triebfahrzeuge und
Wagen
10.2 BDG-Richtlinien
Ehemals als VDG-Merkblätter bekannt, werden diese nun als BDG-Richtlinien fortgesetzt.
Sie beschreiben und bestimmen, wie auch die Normen, bestimmte Sachverhalte.
Wenn das Verabschieden einer Norm zu aufwendig ist, kann man eine BDG-Richtlinie
verfassen, diese werden in Deutschland weitgehend als Standard anerkannt. Aufgeführt
sind solche, die Temperguss erwähnen.
Nummer Datum Titel
VDG G 440
Lieferzustand von Rohgußoberflächen; Maßnahmen
1984-12
zur Senkung des Putzaufwandes
VDG G 441
Entfeinerungsregeln für Putzarbeiten mit Lösungsan-
1983-07
sätzen zur Putzgerechten Gußstückgestaltung
VDG K 30 1984-03 Spanende Bearbeitung von Temperguß und Gußeisen
Seite 108 von 111

VDG K 31
mit Kugelgraphit; Drehen
Spanende Bearbeitung von Temperguß und Gußeisen
1984-03
mit Kugelgraphit; Bohren
VDG N 20
Randschichthärten von Gußeisen mit Kugelgraphit
1984-01
und Temperguß
VDG P 800 1976-01 Kontrollkarten; Anlage, Handhabung, Aussage
VDG P 801 1974-12 Urwert-Kontrollkarte
VDG P 802 1974-12 Graphische Auswertung von Messwerten
VDG P 803
Fehlersammelkarte (np-Kontrollkarte, Zählwertkon-
1976-04
trollkarte für mehrere Merkmale)
VDG P 804
Zählwertkontrollkarte; p-Kontrollkarte für ein Merkmal
1977-09
oder ein Merkmalspaar
VDG P 805
Folgetestkarte für die Stichprobenprüfung nach Attri-
1980-03
but-Plan
VDG W 20 1982-12 Güteeigenschaften von Temperguß
Sicherheitsdatenblätter für Gußprodukte -Gußeisen
VDG W 62 1997-01 mit Kugelgraphit, Gußeisen mit Lamellengraphit, Temperguß,
legiertes Gußeisen
AbwGießereiVV 1998-
Hinweise und Erläuterungen zum Anhang 24B Eisen-,
08-25
Stahl- und Tempergiesserei der Allgemeinen Rahmen-
Verwaltungsvorschrift über Mindestanforderungen an
das Einleiten von Abwasser in Gewässer
10.3 Konstruieren & Gießen
Der BDG führt die Zeitschriftenreihe ‘Konstruieren und Gießen‘ fort. Diese stand ehemals
unter der Führung der ZGV (Zentrale für Gussverwendung) und des DGV (Deutscher
Gießereiverband). Die ZGV und der DGV unterstanden der Führung des VDG
(Verein Deutscher Gießereifachleute).
Die Internet Seite http://kug.bdguss.de stellt eine Literaturdatenbank bereit, die über
405.000 Literaturhinweise beinhaltet, diese ist über http://vdglit.com erreichbar. Des
Weiteren steht eine Gussberatung zur Verfügung, bei der Informationen, Adressen zu
Herstellern, Patentschriften usw., angefordert werden können. Unter dem Bereich
‘Werkstoffe – Publikationen‘, können Informationen zu Werkstoffen herangezogen werden.
Zum Thema Temperguss finden sich hier drei Broschüren:
- Weißer Temperguss – bewährt, wirtschaftlich und leistungsstark (8 Seiten)
- Temperguss – werkstoffspezifische Eigenschaften (12 Seiten)
- Schweißen von Weißem Temperguss (4 Seiten)
Diese kann man online herunterladen, jedoch sind diese nicht mehr als Papierform erhältlich.
Die Broschüre ‘Schwarzer Temperguss - Herstellung, mechanische Eigenschaften
und Anwendung‘ gibt es noch als Papiervariante, diese ist allerdings nicht online
verfügbar.
Im Jahr 1983 wurde zuletzt das Band ‘Duktiles Gußeisen: Temperguß für alle Industriezweige‘
veröffentlicht, diese Auflage war die letzte, in der alle Informationen der Temperguss-Broschüren
zu einer zusammengefasst worden waren.
Seite 109 von 111

Im Zuge einer Bachelor-Abschlussarbeit, soll diese Broschüre neu aufgelegt werden.
Dazu werden die Informationen der Werkstoff-Broschüren über Gusseisen mit Kugelgraphit
und Stahlguss ebenfalls herangezogen.
10.4 Firmenspezifikationen
Einige Gussteil-Hersteller erstellen ihre eigenen Richtlinien und Vorschriften. Dies kann
nützlich sein um einen schnellen eindeutigen Bestell- und Lieferfluss sicherzustellen.
Hersteller und Kunde vereinbaren bestimmte Eigenschaften oder Lieferbestimmungen
und halten diese in Form einer Richtlinie fest. Nun können sich sowohl der Kunde als
auch der Hersteller bei Unstimmigkeiten auf dieses Papier beziehen.
EN 10242
EN 1562
EN 10226
EN ISO 228
EN 10284
Seite 110 von 111

prEN 10344
ISO 49
ISO 5922
ISO 7-1
XX Ölvergütung von GTS auf Rm>900N/mm² und A3>1%
Seite 111 von 111