Sphäroguss

Sphäroguss verfügt über hervorragende umfassende Eigenschaften und kombiniert die Festigkeit von Stahl mit der Gießbarkeit von Eisen. Es weist eine gute Bearbeitbarkeit, Vibrationsdämpfung und Ermüdungsbeständigkeit auf und ist gleichzeitig kostengünstiger als geschmiedeter Stahl und legierter Stahl. Derzeit wird Sphäroguss häufig im Automobilbau, in der Maschinenausrüstung, in kommunalen Rohrleitungsnetzen, im Schienenverkehr und in der Luftfahrt eingesetzt. Es ist nach Grauguss die zweitgrößte Gusseisensorte und wird als Modellwerkstoff für den „Ersatz von Stahl durch Eisen“ gefeiert.

Das Konzept des Sphärogusses ist nicht nur in der modernen Industrie verbreitet. Archäologische Untersuchungen haben ergeben, dass chinesische Handwerker bereits in der Zeit der Streitenden Reiche (vor etwa 2000 Jahren) die Technik der Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit durch einen Prozess namens „Gusseisenerweichung“ beherrschten. Gleichmäßig verteilte kugelförmige Graphitstrukturen wurden auch in Eisenartefakten beobachtet, die aus der Han-Dynastie ausgegraben wurden. Dies weist darauf hin, dass alte chinesische Eisenarbeiter durch langjährige Praxis bereits die Prinzipien der Verwendung der Graphitmorphologie zur Verbesserung der Eigenschaften von Gusseisen entdeckt hatten. Obwohl es zu diesem Zeitpunkt noch keine systematische wissenschaftliche Theorie gab, zeigt diese Entdeckung das frühe Verständnis der Menschheit über den Graphitisierungsprozess in Gusseisen.

Die Geburtsstunde der modernen Sphärogusstechnologie geht im Allgemeinen auf die Mitte des 20. Jahrhunderts zurück. Im Jahr 1947 veröffentlichte H. Morrogh aus Großbritannien erstmals öffentlich eine Methode zur Gewinnung von Kugelgraphit durch Zugabe von Cer (Ce) zu Gusseisen, eine Entdeckung, die den Beginn der modernen Sphärogussindustrie markierte. Fast gleichzeitig entdeckten AP Ganganebin und andere bei der International Nickel Corporation (INCO) in den Vereinigten Staaten unabhängig voneinander, dass die Zugabe von Magnesium (Mg) zu geschmolzenem Eisen und anschließende Impfbehandlung zu Hochleistungsgusseisen mit Kugelgraphit führen kann.

Während und nach dem Zweiten Weltkrieg erregte Sphäroguss als Ersatz für verschleißfeste Gusseisenlegierungen aufgrund der Knappheit des strategischen Werkstoffs Chrom schnell die Aufmerksamkeit der Industrie. Im Jahr 1948 begannen Großbritannien und die Vereinigten Staaten mit der industriellen Produktion von Sphäroguss, zunächst hauptsächlich für die Herstellung von Automobilteilen und Rohren. China hat 1950 Sphäroguss erfolgreich entwickelt und in Produktion genommen. Im Jahr 1951 entwickelte Professor Wang Zunming erfolgreich ein Seltenerd-Magnesium-Sphäroidisierungsmittel, das Probleme wie das hohe Risiko einer Magnesiumdampfexplosion und die niedrige Absorptionsrate löste und so die schnelle Entwicklung der Sphärogusstechnologie in China förderte. Nach jahrzehntelanger Entwicklung hat sich Sphäroguss zu einem der am weitesten verbreiteten technischen Werkstoffe entwickeltterials in der Welt.

Der Kern der Produktion von duktilem Eisen liegt in der Gewinnung von Kugelgraphit, der hauptsächlich Schmelzen, Kugelformbehandlung, Impfbehandlung und Gießen umfasst. Beim Schmelzen wird üblicherweise ein Kupolofen oder ein Induktionsofen verwendet, der reines geschmolzenes Eisen mit präziser Zusammensetzung erfordert. Im Hinblick auf die Gestaltung der chemischen Zusammensetzung ist der Kohlenstoff- und Siliziumgehalt normalerweise so ausgelegt, dass er übereutektisch ist, um die Sphäroidisierung des Graphits zu erleichtern.

Die Sphäroidisierungsbehandlung ist ein entscheidender Schritt bei der Herstellung von Sphäroguss. Magnesium oder Seltenerd-Magnesiumlegierungen werden typischerweise dem geschmolzenen Eisen als Sphäroidisierungsmittel zugesetzt, um die schädlichen Auswirkungen von Schwefel zu beseitigen und die Graphit-Sphäroidisierung zu fördern. Anschließend wird eine Impfbehandlung durchgeführt, bei der Impfmittel wie Ferrosilicium zugesetzt werden, um die Anzahl der Graphitkeime zu erhöhen, Graphitsphäroide zu verfeinern und die Bildung von weißem Gusseisen zu verhindern. Da sich Sphäroguss während des Erstarrens erheblich ausdehnt, ist es beim Gießen anfällig für Lunker und Porosität. Daher wird bei der Konstruktion von Steigrohren häufig ein sequentielles Erstarrungsprinzip verwendet. Darüber hinaus können durch den Einsatz der Stranggusstechnologie (z. B. horizontales Stranggießen) duktile Eisenprofile mit dichterer Mikrostruktur und gleichmäßigeren Eigenschaften bei hoher Produktionseffizienz und niedrigen Kosten hergestellt werden.

Die Erfindung und Anwendung von Sphäroguss hatte tiefgreifende Auswirkungen auf die moderne Industrie. Der Widerspruch zwischen Festigkeit und Zähigkeit von Gusseisen wurde erfolgreich gelöst und diesem alten Material neues Leben eingehaucht. Als ideales Material zum Ersetzen von Stahl durch Eisen hat Sphäroguss in vielen Anwendungen teuren Schmiede- und Gussstahl ersetzt und so die Herstellungskosten erheblich gesenkt. Gleichzeitig behält es die hervorragenden Gusseigenschaften von Gusseisen bei und ermöglicht die Herstellung komplex-geformter und schwer-zu-schmiedender Teile, was die Möglichkeiten des mechanischen Designs erheblich erweitert. Die weit verbreitete Anwendung von Sphäroguss hat nicht nur den technologischen Fortschritt in Branchen wie der Automobil-, Maschinen- und Bauindustrie vorangetrieben, sondern auch erhebliche Beiträge zur Energieeinsparung, Emissionsreduzierung und zur Entwicklung der Materialwissenschaften geleistet.

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