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TECHNOLOGIE & TRENDS
Brinellhärte
290
260
230
200
170
140
2
Siliciumgehalt in %
4,3 % Si
3 4 5
6
Bild 19: Auch oberhalb von 4,3 % Silicium nimmt die Brinellhärte stetig zu.
Bild 20: Bruchfläche einer Zugprobe mit 4,18 % Si.
Bild 21: Transkristalliner Bruch bei 4,4 % Si (R m = 636 MPa, Rp 0,2 = 503 MPa, A5 = 16,9 %).
kühlungsgeschwindigkeiten, die bei dem
Gießprozess auftreten, verschieben sich die
Löslichkeitslinien hin zu niedrigeren Temperaturen,
die bei der Erstarrung auftretenden
Phasen können jedoch aus dem idealen
Zustandsdiagramm abgeleitet werden.
Für Gusseisenlegierungen gilt das Zustandsdiagramm
Fe-C (Bild 7), welches die Zusammenhänge
bei Erstarrung und Abkühlung
dieser Legierungen vereinfacht beschreibt
und auf die beiden Hauptelemente Eisen
und Kohlenstoff beschränkt ist.
Das wichtigste Legierungselement bei
den Eisengusslegierungen ist neben Kohlenstoff
das Element Silicium. Die Auswirkungen
von Silicium auf die Metallurgie
und speziell die Kohlenstofflöslichkeit können
dem Dreistoffzustandsdiagramm Fe-C-
Si entnommen werden. Eine übersichtliche
räumliche Darstellung (Bild 8) wurde
von H. Jaß und H. Hanemann [19] entworfen.
In dieser Darstellung wird die Wirkung
des Siliciums auf die Temperatur- und Konzentrationsverschiebung
im Zustandsdiagramm
Fe-C (linke Koordinatenachse für
Kohlenstoff) deutlich. Die eutektische Rinne,
Gleichgewicht zwischen dem eutektisch
ausgeschiedenen Kohlenstoff und γ-Eisen
(Linie C-K in Bild 8), wird zu niedrigeren
Kohlenstoffgehalten hin verschoben. Ausscheidungen
von versprödend wirkenden
Phasen sind nicht erkennbar.
In Bild 9 sind die aktuellen Ergebnisse
der Untersuchungen [20] des stabilen Zustandsdiagramms
Fe-C-Si zusammengefasst.
Es handelt sich hierbei um die Darstellung
als Projektion der Liquiduslinien
und Isothermen in eine Ebene. Die eutektische
Rinne verläuft ähnlich wie in Bild 8
dargestellt ausgehend vom Randsystem Fe-
C bei 4,26 % Kohlenstoff mit ansteigender
Temperatur bis zu einem Maximalpunkt,
der etwa bei 2,9 % C und 5 % Si liegt. Nach
diesem Maximum fällt die Liquidustemperatur
wieder bis zu einem ternären Eutektikum
bei ca. 9 % Si und 1,7 % C ab.
Nach Untersuchungen von [21] steigt
die eutektische Gleichgewichtstemperatur
im Verlauf der Projektion der eutektischen
Rinne in eine Ebene von 1153 °C, dem eutektischen
Punkt des Randsystems Fe-C,
bis zum Maximalpunkt bei ca. 5 % Si um
ca. 20 K an (Bild 10). Die Projektion in
Bild 10 ist zu lesen wie ein Zweistoffsystem
mit unbegrenzter Mischbarkeit im flüssigen
und festen Zustand mit einem Maximum.
Unterhalb der Liquiduslinie scheiden
sich aus der Gusseisenschmelze, hier
eine Fe-C-Si-Legierung ohne weitere im
Gusseisen enthaltene Legierungselemente,
gleichzeitig ein Eisen-Silicium-Mischkristall
und Kohlenstoff aus.
Untersuchungen von Vier- und Mehrstoff-Zustandsdiagrammen
der Hauptlegierungselemente
C, Si, Mn, P, S und Mg bei
Gusseisen liegen nicht vor, obwohl die üb-
38 Giesserei 100 07/2013