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Härte bezeichnet in der Metallurgie den mechanischen Widerstand eines Werkstoffs gegen das Eindringen eines anderen, härteren Körpers, und ist ein entscheidender Parameter zur Bewertung der Materialeigenschaften von Gussteilen.

Definition und Bedeutung der Härte in der Gießereiindustrie

Die Härte eines metallischen Gussteils gibt Aufschluss über seine Verschleißfestigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Belastungen und Bearbeitbarkeit. Werkstoffe mit hoher Härte besitzen meist gute Verschleiß- und Abriebfestigkeit, können aber auch spröde sein, was sie anfällig für Brüche macht. Umgekehrt ermöglichen weichere Werkstoffe eine leichtere Bearbeitung und bessere Zähigkeit, sind jedoch anfälliger für mechanischen Verschleiß. Die richtige Einstellung der Härte ist entscheidend für die Lebensdauer und Funktionalität von Gussbauteilen, insbesondere bei stark beanspruchten Komponenten wie Zahnrädern, Werkzeugen oder Motorteilen.

Methoden zur Härtemessung in der Praxis

Zur Bestimmung der Härte von Gusswerkstoffen werden verschiedene Prüfverfahren angewendet, wobei die wichtigsten Verfahren die Brinell-, Vickers- und Rockwell-Härteprüfung sind. Die Brinell-Härteprüfung eignet sich besonders für grobkörnige Gussteile und erfolgt mittels Eindrücken einer Hartmetallkugel in die Oberfläche des Werkstoffs. Die entstandene Eindruckfläche wird vermessen und zur Bestimmung der Härte verwendet. Die Vickers-Härteprüfung arbeitet mit einer diamantförmigen Eindringkörper-Spitze und eignet sich besonders für genaue und feinkörnige Materialien sowie dünne Bauteile. Die Rockwell-Prüfung misst die Eindringtiefe eines kegelförmigen Diamantkörpers oder einer Hartmetallkugel, was besonders schnelle und praxisnahe Ergebnisse liefert.

Diese Messungen liefern wichtige Informationen für die Qualitätssicherung und Werkstoffprüfung, da sie Rückschlüsse auf Gefügezustand, Wärmebehandlung und eventuelle Fertigungsfehler erlauben.

Einflussfaktoren und gezielte Beeinflussung der Härte

Die Härte von Gussteilen wird wesentlich durch die chemische Zusammensetzung, das Gefüge und die angewandte Wärmebehandlung bestimmt. Legierungselemente wie Kohlenstoff, Chrom, Mangan oder Silizium erhöhen die Härte und Festigkeit des Werkstoffs erheblich. Die gezielte Wärmebehandlung, beispielsweise Härten, Vergüten oder Einsatzhärten, ermöglicht es, die Materialeigenschaften exakt auf die Anwendungsanforderungen abzustimmen. Dabei kann durch Erhitzen und rasches Abkühlen eine gezielte Gefügeänderung erzeugt werden, die eine gewünschte Kombination aus Härte und Zähigkeit hervorruft.

Eine sorgfältige Einstellung und Kontrolle der Härtewerte sichert eine optimale Performance der Gussteile und ermöglicht deren langfristigen Einsatz unter hohen Belastungen, was insbesondere in Branchen wie dem Maschinenbau, der Automobilindustrie oder dem Werkzeugbau von zentraler Bedeutung ist.

Formsand ist ein spezielles Formmaterial, das in der Gießereiindustrie zur Herstellung von Gussformen verwendet wird, um geschmolzenes Metall in die gewünschte Form zu bringen.

Zusammensetzung und Eigenschaften von Formsand

Formsand besteht hauptsächlich aus Quarzsand, der mit Bindemitteln wie Ton oder speziellen chemischen Zusätzen vermischt wird, um die gewünschte Formstabilität zu gewährleisten. Die Körnung und Zusammensetzung des Sands sind entscheidend für die Qualität des Gussstücks, da sie die Verdichtung, Gasdurchlässigkeit und Temperaturbeständigkeit der Form beeinflussen.

Grüner Formsand

• Besteht aus Quarzsand, Ton (z. B. Bentonit) und Wasser.
• Wird ohne chemische Zusätze verwendet und ist formbar sowie wiederverwendbar.
• Häufig für einfache Gussverfahren eingesetzt, insbesondere im Maschinenbau.

Trockensand

• Enthält Quarzsand und Bindemittel, die nach dem Formen getrocknet werden.
• Erhöhte Festigkeit und Maßhaltigkeit im Vergleich zu grünem Formsand.
• Geeignet für größere Gussteile und spezielle Anwendungen mit hohen Anforderungen.

Chemisch gebundener Formsand

• Mit organischen oder anorganischen Bindemitteln (z. B. Furanharz, Phenolharz) versetzt.
• Wird nach dem Aushärten besonders stabil und widerstandsfähig.
• Geeignet für hochpräzise Gussteile mit komplexen Geometrien.

CO₂-Formsand

• Enthält Wasserglas als Bindemittel, das durch Einleiten von Kohlendioxid (CO₂) aushärtet.
• Umweltfreundlicher als viele chemisch gebundene Verfahren.
• Wird für hitzebeständige und maßhaltige Gussteile eingesetzt.

Kaltharz-Formsand (No-Bake-Verfahren)

• Härtet durch chemische Reaktion bei Raumtemperatur aus.
• Ermöglicht große und komplexe Formen ohne externe Wärmequellen.
• Hohe Festigkeit und Maßhaltigkeit, jedoch oft mit begrenzter Wiederverwendbarkeit.

Kernformsand

• Spezieller Formsand zur Herstellung von Gusskernen, die Hohlräume im Gussteil erzeugen.
• Oft mit speziellen Bindemitteln für hohe Hitzebeständigkeit und Stabilität versetzt.

Einsatzbereiche und Vorteile von Formsand

Formsand wird vor allem im Sandgussverfahren eingesetzt, das eine kosteneffiziente Herstellung von Metallgussteilen in großen und kleinen Serien ermöglicht. Durch seine Wiederverwendbarkeit und Anpassungsfähigkeit eignet sich Formsand für unterschiedlichste Anwendungen, von einfachen Maschinenteilen bis hin zu hochkomplexen Gussteilen für die Automobil- und Maschinenbauindustrie. Dank seiner flexiblen Eigenschaften kann er sowohl für kleine als auch für großflächige Gussformen verwendet werden.

Regeneration und Umweltaspekte

Ein großer Vorteil von Formsand ist seine Wiederverwertbarkeit. Durch verschiedene Regenerationsverfahren kann gebrauchter Formsand aufbereitet und erneut für den Gießprozess verwendet werden. Dies trägt zur Ressourcenschonung und Reduzierung von Abfällen in der Gießereiindustrie bei. Dennoch müssen verbrauchte Sandreste, die mit Schadstoffen belastet sind, fachgerecht entsorgt werden, um Umweltbelastungen zu vermeiden.

Das Gefüge bezeichnet in der Metallurgie den inneren Aufbau eines metallischen Werkstoffs, der durch die Art, Größe und Verteilung der Kristalle, Phasen und Einschlüsse charakterisiert wird und entscheidend die Eigenschaften eines Gussteils bestimmt.

Gefügearten und ihre Entstehung in Gusswerkstoffen

Das Gefüge metallischer Werkstoffe entsteht während der Erstarrung der Schmelze und wird stark durch Faktoren wie Abkühlgeschwindigkeit, chemische Zusammensetzung und Gießverfahren beeinflusst. In der Gießerei unterscheidet man primär zwischen grobkörnigem und feinkörnigem Gefüge. Feinkörniges Gefüge entsteht typischerweise bei einer schnellen Abkühlung, was zu einer höheren Festigkeit, Zähigkeit und verbesserten mechanischen Eigenschaften führt. Grobkörniges Gefüge dagegen entwickelt sich bei langsamer Abkühlung und bietet meist geringere mechanische Festigkeit, aber bessere Zerspanbarkeit.

Bei Gusseisen lassen sich spezifische Gefügearten unterscheiden, etwa lamellarer Grafit im Grauguss, kugelförmiger Grafit im Sphäroguss (Gusseisen mit Kugelgrafit) oder auch weißes, ledeburitisches Gefüge im Hartguss. Jedes dieser Gefüge besitzt eigene, definierte Merkmale und beeinflusst maßgeblich die mechanischen Eigenschaften sowie das Verhalten bei Belastungen wie Zug, Druck oder Schlag.

Gefügeanalyse und deren Bedeutung in der Qualitätssicherung

Die Gefügeanalyse ist ein wichtiger Bestandteil der Qualitätssicherung in der Gießereiindustrie. Mittels metallografischer Untersuchungen, beispielsweise durch Schliffbilder, Lichtmikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie, wird das Gefüge sichtbar gemacht und systematisch analysiert. Dabei lassen sich Eigenschaften wie Korngröße, Kornform, Phasenanteile und eventuelle Fehlstellen (Poren, Lunker, Einschlüsse) eindeutig bestimmen. Diese Ergebnisse ermöglichen die gezielte Optimierung der Herstellungsprozesse und sichern die gleichbleibende Qualität der Gussteile.

In der Praxis werden zusätzlich zerstörungsfreie Prüfmethoden wie Ultraschallprüfung oder Magnetpulverprüfung eingesetzt, um das Gefüge indirekt zu prüfen und Materialfehler bereits vor dem Einsatz der Bauteile zu erkennen. Eine sorgfältige Gefügeanalyse garantiert, dass die gefertigten Bauteile die gestellten Anforderungen hinsichtlich Belastbarkeit, Lebensdauer und Sicherheit erfüllen.

Gefügebeeinflussung durch Wärmebehandlung

Eine effektive Methode zur gezielten Anpassung und Verbesserung des Gefüges ist die Wärmebehandlung. Prozesse wie Härten, Vergüten, Glühen oder Normalglühen verändern die Gefügestruktur nachhaltig und optimieren so die Materialeigenschaften für spezielle Anwendungen. Beispielsweise können Härte und Verschleißfestigkeit erhöht, Zugfestigkeit und Duktilität verbessert oder Spannungen reduziert werden. Die genaue Einstellung der Wärmebehandlungsparameter ist entscheidend für die Ausbildung des gewünschten Gefüges und somit für die Qualität und Zuverlässigkeit des fertigen Gussteils.

Der allgemeinen Definition zu Folge, ist ein Gussstück ein Werkstück, dessen Gestalt durch das Erstarren von flüssigem Metall (oder einer Legierung) in einer Form entsteht. Dies ist auch noch ein mal von dem Deutschen Institut für Normung in der Europäischen Norm DIN EN 1559-1:2011 spezifiziert: Gießereiwesen – Technische Lieferbedingungen – Teil 1: Allgemeines.

Weiter gibt es noch die Abgrenzung zu Feingussstücken, hier wird aus genormten und ungenormten metallischen erschmolzenen Werkstoffen in offene Formen gegossen, diese werden nach dem Wachsausschmelzverfahren (oder auch Modellausschmelzverfahren genannt) hergestellt.

Steinmetzschaltung ist die Symmetrierschaltung für das Betreiben von 1-phasigen Induktionsöfen an 3-phasigen Drehstromnetzen. Bei der Steinmetzschaltung geht man davon aus, dass die Kompensation des 1-phasigen Ofens auf 1 eingestellt ist. Durch eine Symmetriersteuerung wird der kapazitive Teil der Symmetrierung mit dem induktiven Teil gleichgeschaltet, dass heisst, die Kapazität der Symmetrierkondensatoren ist gleich der Leistung der Drossel. Durch entsprechende Kondensatorstufenschaltungen werden Kondensatoren parallel zur Drossel oder zu den Symmetrierkondensatoren geschaltet. Die Grösse der Symmetrierleistung ist abhängig von der vom Induktionsofen aufgenommenen Leistung. Ideal ist, Ofenleistung dividiert durch 1,73. Da ein Induktionstiegelofen so ausgelegt wird, dass er auch bei ca. 25 % Auswaschung noch mit Nennlast betrieben werden kann, müssen die Transformatorstufen entsprechend ausgelegt werden. Die Symmetrierung muss somit auch bei entsprechend niedriger Ofenspannung eine ausreichende Kapazität haben. Bei einem 12,5 t-Ofen mit 3.000 kW Leistung bei 2.600 V würden die Spannungsstufen für gleiche Leistung wie folgt ausgelegt:

2.600 V, 2.490 V, 2.380 V, 2.270 V. Entsprechend dieser niedrigsten Spannung muss die Symmetrierung ausgelegt werden, damit bei dieser Spannung die Kondensatorleistung noch die erforderlichen 1.735 kVar und die Drossel noch 1.735 kVA haben. Somit haben die Symmetrierkondensatoren bei 2.600 V, 2.275 kVar und die Drossel 2.275 kVA als Nennleistung.

Kipppunkt an Ende der Gießschnauze, kein wandernder Gießstrahl: optimale Ausfertigung.

Kipppunkt 100mm unter dem Ende der Gießschnauze, Gießstrahl wandert normal: übliche Ausfertigung.

Kipppunkt 200mm unter dem Ende der Gießschnauze, Gießstrahl wandert sehr weit: seltene Ausfertigung.

Spülen von Kühlwasserkreisen ist von dem Verschmutzungsgrad der Leitungswege und den Betriebstemperaturen des Kühlwassers abhängig. Ausserdem spielt die Härte des Anlagenfüllwassers auch eine Rolle. Es haben sich Firmen auf das Spülen der wassergekühlten Stromkreise speziallisiert. Diese Firmen arbeiten mit den Ofenherstellern zusammen und kennen die Besonderheiten der einzelnen Anlagenkomponenten. Es wird meistens mit kalklöslichen Mitteln zur Entfernung der Ansätze gearbeitet und dann zur Neutralisierung mit Stadtwasser nachgespült. Die Mittel sind umweltfreundlich und werden auch in der Lebensmittelindustrie eingesetzt.

Spülstein ist der übliche Begriff für einen porösen Bodenstein, durch den ein Begasen einer Schmelze in Öfen oder einer Pfanne möglich ist. Es wird in der Regel mit Argon gespült. Das Gas wird mit geringem Druck in die Schmelze eingeleitet und durch die Partialdrucksenkung anderer Gase aus der Schmelze entfernt. Außerdem kann das Einblasen von Spülgas (auch Stickstoff) zum Verrühren oder Vermischen der Schmelze mit zugesetzten Reaktionsstoffen, z. B. Aufkohlungs- und Entschwefelungs- mittel, dienen.

Beim Schmelzen von Chrom-Nickellegierungen im Induktionstiegelofen kann mit Hilfe der Argonspülung eine wesentliche Verkürzung der Schmelz– und Legierungszeit erreicht werden.
Mit Hilfe einer Stickstoffspüllanze kann bei Leichtmetallen und bei Zink eine höhere Schmelzleistung durch die intensive Badbewegung erreicht werden.

ist die bildliche Darstellung von Schaltzuständen und Prozessabläufen auf Bildschirmen.

wird zum Abführen der Wärmeverluste der Ofenspule, hervorgerufen durch den hohen Strom und dem Widerstand der Ofenspule, der Verluste in den Eisenpaketen, dem Kurzschlussring sowie den thermischen Verlusten aus der Tiegelwand benötigt. In der Regel handelt es sich um Stadtwasser. Nur bei sehr stark kalkhaltigem Wasser wird auf Kesselwasser oder aufbereitetes Wasser zurückgegriffen. Das Wasser wird im geschlossenen Kreis gefahren, und es muss nur das „Verlustwasser“ nachgespeist werden.