Lexikon

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.

oder Temperaturwechselbeständigkeit beziehen sich bei Induktionsöfen in der Regel auf die Eigenschaften der Keramik bei unterschiedlichen Temperaturen. Eine saure Zustellung ist weniger temperaturempfindlich und damit temperaturwechselbeständiger als basische und neutrale Massen.

Eine Pore ist die Bezeichnung für einen offenen oder geschlossenen Hohlraum im Gefüge.