Gussedelstahl: Was er ist, Güteklassen, Eigenschaften und Anwendungsbereiche

Gussedelstahl findet sich überall in Industrieanlagen. Ventilkörper, Pumpe Gehäuse, Laufräder, Rohrverbindungsstücke, Lebensmittelverarbeitungskomponenten, Schiffsausrüstung, Und viele komplexe Maschinenteile können daraus hergestellt werden.

Doch der Begriff selbst kann verwirrend sein.

Ist gegossener Edelstahl eine spezielle Edelstahlsorte? Kann gewöhnlicher Edelstahl 304 oder 316 einfach eingeschmolzen und gegossen werden? Warum werden in Gusszeichnungen oft Güteklassen wie CF8 oder CF8M angegeben? Und wie verhält sich ein Edelstahlgussteil im Vergleich zu einem aus Edelstahlstangen oder -platten gefrästen Teil?

Bei gegossenem Edelstahl handelt es sich um Edelstahl, der durch Gießen einer geschmolzenen Legierung in eine Form geformt wird, anstatt das Bauteil aus gewalztem, geschmiedetem oder anderweitig mechanisch bearbeitetem Rohmaterial herzustellen.

Der Herstellungsprozess beeinflusst die verfügbaren Güteklassen, die Mikrostruktur, die Eigenschaften, die Gestaltungsmöglichkeiten und manchmal sogar die Art und Weise, wie das Material spezifiziert werden sollte.

Was ist gegossener Edelstahl?

Gussedelstahl bezeichnet eine Gruppe von Edelstahllegierungen, die als Metallgussteile hergestellt werden.

Wie andere Edelstähle enthalten sie ausreichend Chrom, um eine dünne passive Oxidschicht auf der Oberfläche zu bilden. Diese passive Schicht verleiht dem Edelstahl seine charakteristische Korrosionsbeständigkeit.

Das Wort “Guss” beschreibt die Herstellungsmethode des Bauteils., anstatt eine bestimmte Edelstahlsorte zu identifizieren.

Ein Hersteller schmilzt die benötigte Edelstahllegierung, gießt sie in eine Form, lässt sie erstarren und entnimmt sie dann, wärmebehandelt, reinigt, bearbeitet und veredelt das Gussteil nach Bedarf.

Gegossene Edelstähle werden häufig dort eingesetzt, wo Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist und die Formgebung andernfalls aufwendige Bearbeitung, Schweißen oder Montage erfordern würde. Verschiedene Güteklassen eignen sich für unterschiedliche Umgebungen, wie die folgende Abbildung zeigt: Datenblätter zu korrosionsbeständigen Legierungen im SFSA Steel Castings Handbook.

Ist gegossener Edelstahl dasselbe wie normaler Edelstahl?

Chemisch können sie sich sehr ähnlich sein. Metallurgisch sind sie nicht immer identisch.

Die meisten Edelstahlprodukte, die man sieht – Bleche, Platten, Rohre, Rundstangen und Profile – sind Geschmiedeter Edelstahl. Nach der ersten Erstarrung des Stahls werden weitere Bearbeitungsschritte wie Walzen, Schmieden, Ziehen oder Strangpressen durchgeführt.

Ein Edelstahlgussstück erstarrt viel näher an seiner endgültigen Form und wird anschließend nicht mehr der gleichen mechanischen Bearbeitung unterzogen.

Dieser Unterschied ist der Grund, warum gegossene Edelstähle oft ihre eigenen Gütebezeichnungen verwenden.

Zum Beispiel:

Das sind nützliche Entsprechungen, aber sie sollten dürfen nicht als exakte Substitutionen behandelt werden. Die Spezifikationen für Guss- und Schmiedeteile können unterschiedliche chemische Grenzwerte, Wärmebehandlungsanforderungen, Mikrostrukturen und Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften aufweisen. Zusammenfassung der SFSA zu den Spezifikationen für Stahlguss bietet einen Überblick über die spezifischen Normen und Güteklassen, die für Gussteile verwendet werden.

Das bedeutet, dass eine Zeichnung, die “Edelstahl 316” vorsieht, nicht automatisch in CF8M umgewandelt werden sollte, ohne die entsprechenden Materialspezifikationen und Einsatzanforderungen zu prüfen.

Warum Edelstahl gießen statt das Teil bearbeiten?

Das Gießen wird dann attraktiv, wenn die Geometrie den konventionellen Bearbeitungsmethoden entgegenwirkt.

Stellen Sie sich ein Pumpengehäuse mit gekrümmten Innenkanälen, mehreren Befestigungspunkten, Rippen, Flanschen und Wandstärkenänderungen vor. Die Herstellung dieser Form komplett aus einem massiven Edelstahlblock würde bedeuten, dass große Mengen teuren Materials abgetragen werden müssten und viele Stunden an CNC-Maschinen verbracht werden müssten.

Beim Gießen wird ein Großteil dieser Geometrie direkt in der Form erzeugt.

Es ermöglicht außerdem, mehrere Teile, die andernfalls einzeln bearbeitet und miteinander verschweißt werden müssten, zu einem einzigen integrierten Bauteil zusammenzufügen.

Dies ist besonders nützlich, da viele Edelstähle relativ schwierig zu bearbeiten sind. Austenitische Sorten wie 304 und 316 können sich beim Zerspanen verfestigen, während komplexe Innenformen mit herkömmlichen Werkzeugen unter Umständen nicht zugänglich sind.

Gießen ersetzt nicht die maschinelle Bearbeitung. Lagersitze, Dichtflächen, Gewindebohrungen und andere kritische Merkmale müssen oft weiterhin nachbearbeitet werden. CNC-Bearbeitung. Bei YTD Foundry können wir das Bauteil gießen und die Bearbeitung im selben Werk durchführen. So können Sie ein fertiges Bauteil bestellen, anstatt einen separaten Bearbeitungsdienstleister zu beauftragen. Der Vorteil des Gussverfahrens liegt darin, dass ein Großteil der Gesamtgeometrie bereits vorgegeben ist, wodurch weniger Material abgetragen werden muss.

Gussedelstahl vs. Schmiedeedelstahl

Der entscheidende Unterschied besteht nicht einfach darin, dass das eine “besser” als das andere ist. Sie lösen unterschiedliche Fertigungsprobleme.

Austenitische Gussedelstähle enthalten im Gegensatz zu vielen lösungsgeglühten austenitischen Schmiedeprodukten häufig auch Ferrit in ihrem Mikrogefüge. Dies kann die Schweißbarkeit, das Korrosionsverhalten, die mechanischen Eigenschaften und das magnetische Verhalten beeinflussen. Britischer Verband für Edelstahl Insbesondere wird auf den höheren Ferritgehalt und die höhere magnetische Permeabilität von austenitischen Gussteilen im Vergleich zu den gewalzten Ausgangsmaterialien hingewiesen.

CF8 einfach als “304 in einer anderen Form” zu beschreiben, lässt einen wichtigen Teil der Geschichte außer Acht.

Gängige Arten von gegossenem Edelstahl

Es gibt keinen universellen Edelstahlguss, der für jede Umgebung geeignet ist.

Austenitischer Edelstahlguss

Austenitische Edelstahlsorten zählen zu den am weitesten verbreiteten Edelstahlgusswerkstoffen.

CF8 und CF8M sind zwei bekannte Beispiele. CF8 wird üblicherweise mit der 304-Familie in Verbindung gebracht, während CF8M Molybdän enthält und im Allgemeinen der 316-Familie entspricht.

Diese Legierungen vereinen Korrosionsbeständigkeit, Duktilität und gute allgemeine Fertigungseigenschaften, wodurch sie häufig in Pumpen, Ventilen, Lebensmittelanlagen, Wassersystemen, Maschinen und Komponenten für die chemische Verarbeitung eingesetzt werden.

CF3 und CF3M sind kohlenstoffärmere Alternativen, die im Wesentlichen 304L und 316L entsprechen.

Martensitischer Edelstahlguss

Martensitische Edelstähle werden gewählt, wenn Härte, Verschleißfestigkeit oder höhere Festigkeit wichtiger sind als die breitere Korrosionsbeständigkeit, die bei vielen austenitischen Sorten zu finden ist.

CA15, im weitesten Sinne verwandt mit Edelstahl 410, ist ein gängiges Beispiel.

Diese Werkstoffe können durch Wärmebehandlung gehärtet werden und kommen in Bauteilen wie Laufrädern, Ventilteilen, Turbinenkomponenten und verschleißfesten mechanischen Teilen zum Einsatz.

Duplex-Edelstahlguss

Duplex-Edelstähle enthalten sowohl austenitische als auch ferritische Phasen.

Durch die Kombination aus relativ hoher Festigkeit und Beständigkeit gegenüber chloridbedingter Korrosion eignen sie sich für anspruchsvolle Anwendungen in der Flüssigkeitsförderung, der Schifffahrt, der Chemieindustrie und der Energiewirtschaft.

Die thermische Vorgeschichte von Duplex-Gussteilen ist von besonderer Bedeutung, da das gewünschte Phasengleichgewicht und die Abwesenheit schädlicher Phasen von einer ordnungsgemäßen Verarbeitung und Wärmebehandlung abhängen.

Ausscheidungshärtender Edelstahl

Gusslegierungen vom Typ 17-4PH werden dort eingesetzt, wo Konstrukteure eine deutlich höhere mechanische Festigkeit bei gleichzeitig ausreichender Korrosionsbeständigkeit benötigen.

Das Gussteil wird üblicherweise lösungsgeglüht und anschließend ausgehärtet, um die erforderlichen Eigenschaften zu entwickeln.

Diese Legierungen werden in hochbelasteten Industrie- und Maschinenbauteilen eingesetzt, wo herkömmlicher Edelstahl der 300er-Serie nicht die erforderliche Festigkeit bietet. Der erforderliche Aushärtungszustand muss spezifiziert werden, da sich Festigkeit, Zähigkeit und andere Eigenschaften durch die Wärmebehandlung verändern.

CF8 vs. CF8M: Warum tauchen diese Namen so häufig auf?

Wer mit Edelstahlguss arbeitet, wird häufig auf CF8 und CF8M stoßen.

Eine einfache Möglichkeit, sie zu verstehen, ist folgende:

CF8 gehört zur Familie des Typs 304, während CF8M zur Familie des Typs 316 gehört.

Der größte praktische Unterschied liegt im Molybdän.

CF8M enthält Molybdän, das die Beständigkeit gegen lokale Korrosion wie Lochfraß und Spaltkorrosion in vielen chloridhaltigen Umgebungen verbessert. Dies ist einer der Gründe, warum Werkstoffe des Typs 316 häufig für maritime, chemische und andere aggressive Umgebungsbedingungen in Betracht gezogen werden.

Für weniger aggressive Umgebungen wie Wasser, Lebensmittelverarbeitung, allgemeine Industrie und leicht korrosive Umgebungen ist CF8 oft ausreichend.

Die Materialauswahl sollte jedoch niemals allein auf den Begriffen “maritim”, “chemisch” oder “im Freien” basieren. Temperatur, Chloridkonzentration, pH-Wert, Reinigungsmittel, Belastung, Expositionsdauer und andere Betriebsbedingungen spielen eine entscheidende Rolle. Weder CF8M noch eine Bezeichnung vom Typ 316 garantieren die Eignung für jede Anwendung in Meerwasser oder chloridhaltigen Medien.

Der SFSA-Legierungsdatenblätter CF8 und CF8M werden separat beschrieben, einschließlich ihrer Wärmebehandlung, Fertigungsaspekte und Einsatzgrenzen. Es handelt sich um eigenständige Gusslegierungen und nicht lediglich um alternative Bezeichnungen für 304 und 316.

Wie wird Edelstahl gegossen?

Das Grundprinzip ist einfach:

Die Legierung wird geschmolzen, ihre chemische Zusammensetzung kontrolliert, das geschmolzene Metall wird in eine Form eingeführt, das Gussteil erstarrt, und das Bauteil wird anschließend gereinigt und weiterbearbeitet, um seinen endgültigen Anforderungen gerecht zu werden.

Die Schwierigkeit besteht darin, alles zu kontrollieren, was zwischen diesen Schritten passiert.

Edelstahl wird bei hohen Temperaturen gegossen, und sein Erstarrungsverhalten muss bei der Auslegung von Angüssen, Kanälen, Steigern, Wandübergängen und Bearbeitungszugaben berücksichtigt werden. Schwindung, Einschlüsse, Heißrisse, unvollständige Füllung und Porosität müssen während der Gießereiproduktion minimiert werden.

Unter Umständen ist eine Wärmebehandlung erforderlich, um die gewünschte Korrosionsbeständigkeit oder die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erzielen.

Nach dem Gießen bringen Bearbeitungsschritte wie Reinigen, Schleifen, Zerspanen und Oberflächenveredeln das Bauteil seinem endgültigen Zustand näher. Welche Schritte erforderlich sind, hängt von der Zeichnung und dem Verwendungszweck des Teils ab.

Für Feingussprojekte Bei YTD Foundry übernehmen wir Werkzeugkonstruktion und -herstellung, Gießen, CNC-Bearbeitung, Wärmebehandlung und Standard-Oberflächenveredelung im eigenen Haus. Spezielle Oberflächenbehandlungen werden bei Bedarf über unsere Partnerbetriebe abgewickelt. So können Sie all diese Arbeitsschritte in einem Projekt bündeln, anstatt jeden Fertigungsschritt einzeln zu beauftragen.

Feinguss oder Sandguss?

Beide Verfahren können gegossenen Edelstahl herstellen, benötigen aber unterschiedliche Produktionsräume.

Feinguss Dabei wird ein Wachsmodell verwendet, das von einer Keramikschale umgeben ist. Das Verfahren eignet sich gut für komplexe Bauteile, die feine Details, eine gute Oberflächenqualität, relativ dünne Wandstärken und Abmessungen erfordern, die dem fertigen Teil möglichst nahekommen.

Sandguss Es bildet den Hohlraum in einer Sandform. Dieses Verfahren eignet sich oft besser, wenn die Teile deutlich größer werden, die Geometrien weniger komplex sind oder die Präzision des Feingusses nicht erforderlich ist.

Keines der beiden Verfahren ist automatisch die bessere Wahl. Teilegröße, Geometrie, Menge, Toleranzen, Oberflächenanforderungen, Werkzeugbudget und Bearbeitungsanforderungen beeinflussen die Entscheidung.

Feinguss ist unser hauseigenes Verfahren. Für Teile, die besser geeignet sind für Sandguss, YTD Foundry kann die Produktion mit einem spezialisierten Partner koordinieren. Dadurch steht Ihnen eine weitere Fertigungsoption zur Verfügung, ohne dass Sie separat nach einem Lieferanten suchen müssen.

Rostet Guss-Edelstahl?

Das kann es.

“Edelstahl” bedeutet nicht, dass er völlig immun gegen Korrosion ist.

Seine Korrosionsbeständigkeit hängt von der Legierungszusammensetzung, der Wärmebehandlung, dem Oberflächenzustand, den Umgebungsbedingungen und der Fertigungsqualität ab.

Eine CF8-Komponente kann in einer ausreichend milden Wasserumgebung gut funktionieren, während das gleiche Material, das kontinuierlich warmer, chloridreicher Flüssigkeit ausgesetzt ist, lokale Korrosion erleiden kann.

Der Wechsel zu CF8M kann aufgrund seines Molybdängehalts die Leistung verbessern, während in aggressiveren Umgebungen möglicherweise Duplex-Edelstahl oder eine andere spezielle Edelstahllegierung erforderlich ist.

Oberflächenverunreinigungen können auch zu irreführenden Rostflecken führen. Eisenpartikel, die beim Schleifen, Handhaben oder Bearbeiten eingebracht werden, können selbst dann Korrosion verursachen, wenn das Edelstahlsubstrat intakt bleibt.

Reinigung und Passivierung sind daher für viele fertige Edelstahlgussteile wichtig. Eine Oberflächenbehandlung kann jedoch die Wahl einer für die Betriebsumgebung ungeeigneten Legierung nicht ausgleichen.

Ist gegossener Edelstahl magnetisch?

Manchmal.

Die Antwort hängt von der Legierung und ihrer Mikrostruktur ab.

Martensitische und ferritische Edelstähle sind im Allgemeinen magnetisch. Auch Duplex-Edelstahl enthält einen signifikanten Anteil an ferritischer Phase und ist magnetisch.

Austenitische Edelstähle weisen normalerweise eine geringe magnetische Reaktion auf, aber gegossene austenitische Sorten wie CF8 und CF8M können Deltaferrit enthalten, das sich während der Erstarrung bildet.

Daher kann ein gegossenes Bauteil aus CF8 oder CF8M eine magnetische Anziehungskraft aufweisen, obwohl sein lösungsgeglühtes Gegenstück aus gewalztem 304 oder 316 üblicherweise als nichtmagnetisch beschrieben wird.

Das bedeutet nicht automatisch, dass das Gussteil aus dem falschen Material besteht. Der Zusammenhang zwischen Edelstahlstruktur und Magnetismus wird im Folgenden erläutert. Leitlinien der BSSA zu magnetischen Eigenschaften.

Ein Magnet allein ist kein zuverlässiges Mittel, um die genaue Edelstahlsorte zu bestimmen.

Welche Teile werden üblicherweise aus Edelstahlguss hergestellt?

Gegossener Edelstahl ist besonders dann von Vorteil, wenn Korrosionsbeständigkeit und geometrische Komplexität gleichzeitig gefordert sind.

Diese Beispiele beschreiben die Bandbreite der Anwendungsgebiete, stellen aber keine allgemeingültige Materialempfehlung dar. Anwendungshinweise der SFSA Ebenso unterscheidet man zwischen typischen Anwendungsfällen und der Legierungsauswahl für eine bestimmte Betriebsumgebung.

Wie wählt man die richtige Edelstahlguss-Güteklasse aus?

Beginnen Sie mit der Umgebung, nicht mit dem Gießprozess.

Bei relativ milden Umgebungsbedingungen kann ein CF8- oder ein anderes Gussstück vom Typ 304 die erforderliche Korrosionsbeständigkeit bieten, ohne dass unnötige Legierungselemente benötigt werden.

Wenn Chloridbelastung oder aggressivere Chemikalien eine Rolle spielen, kann CF8M oder eine verwandte Legierung vom Typ 316 sinnvoller sein, vorausgesetzt, die tatsächlichen Betriebsbedingungen bleiben innerhalb der Leistungsfähigkeit der Legierung.

Wenn Schweiß- und Sensibilisierungsbeständigkeit von großer Bedeutung sind, können kohlenstoffärmere CF3- oder CF3M-Sorten relevant werden.

Wenn eine deutlich höhere Festigkeit erforderlich ist, kann eine ausscheidungshärtende Legierung wie beispielsweise ein Gussteil vom Typ 17-4PH in Betracht gezogen werden.

Bei starker Chloridbelastung in Kombination mit hoher mechanischer Beanspruchung kann eine geeignete Duplex-Sorte von Vorteil sein.

Martensitische Werkstoffe eignen sich besser, wenn Härte und Verschleißfestigkeit wichtige Konstruktionsanforderungen sind.

Bei der Materialauswahl sollten letztendlich das tatsächliche Medium, die Konzentration, die Betriebstemperatur, die Belastung, die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, die anwendbaren Normen, die Schweißanforderungen, die Wärmebehandlung und die zu erwartende Lebensdauer berücksichtigt werden.

Was sollte beim Kauf eines Edelstahlgussteils beachtet werden?

Wenn man auf einer Zeichnung nur “Edelstahl” schreibt, lässt das zu viel Raum für Interpretationen.

Eine sinnvolle Gussspezifikation sollte die anzuwendende Werkstoffgüte und Norm sowie die wichtigsten technischen Anforderungen angeben.

Zum Beispiel muss der Kunde möglicherweise die Gussqualität, die erforderliche Wärmebehandlung, die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften, die Maßtoleranzen, die bearbeiteten Oberflächen, die Anforderungen an die Korrosion, die Prüfmethoden, die Druckprüfung, die Oberflächenbeschaffenheit und die Materialzertifizierung festlegen.

Normen wie ASTM A351, A743 und A744 decken unterschiedliche Kategorien von Edelstahlgussteilen ab und sollten nicht einfach als austauschbare Bezeichnungen verwendet werden. Im Allgemeinen behandelt A351 austenitische Gussteile für druckführende Bauteile, A743 korrosionsbeständige Gussteile für allgemeine Anwendungen und A744 korrosionsbeständige Gussteile für extreme Beanspruchung. Der anwendbare Anwendungsbereich und die jeweilige Ausgabe sollten anhand der Projektanforderungen überprüft werden. Verzeichnis der ASTM-Stahlnormen.

Die korrekte Spezifikation wird für druckführende oder sicherheitskritische Bauteile zunehmend wichtig.

Ein vollständiger Zeichnungssatz ist nicht der einzige Weg, ein Gespräch zu beginnen. Wenn Sie ein bestehendes Bauteil, aber keine brauchbare Zeichnung oder kein CAD-Modell haben, können wir Ihnen helfen, dessen Geometrie durch Reverse Engineering zu rekonstruieren. Die Materialspezifikation, kritische Toleranzen und alle geplanten Konstruktionsänderungen müssen zwar noch bestätigt werden, aber ein vorhandenes Muster kann als Ausgangspunkt dienen.

Gegossener oder bearbeiteter Edelstahl: Welcher Werkstoff ist der richtige?

Wenn es sich um ein einfaches Bauteil handelt, die Stückzahlen gering sind und geeignete Stangen oder Platten leicht verfügbar sind, ist die spanende Bearbeitung möglicherweise die einfachste Lösung.

Mit zunehmender Komplexität der Geometrie kann die Bearbeitung von Vollmaterial jedoch immer ineffizienter werden.

Das Gießen erweist sich als besonders attraktiv, wenn die Konstruktion gekrümmte Oberflächen, innere Kanäle, integrierte Vorsprünge, Rippen, unregelmäßige Übergänge oder mehrere Merkmale aufweist, die andernfalls separate Bauteile und Schweißarbeiten erfordern würden.

Die Produktionsmenge spielt ebenfalls eine Rolle. Gießverfahren erfordern üblicherweise Werkzeug- und Prozessentwicklung, daher wird die Wirtschaftlichkeit umso attraktiver, je mehr sich diese anfänglichen Kosten auf die wiederholte Produktion verteilen lassen.

Die richtige Frage lautet daher nicht:

“Ist Gießen besser als Bearbeiten?”

Es ist:

“Welches Verfahren kann diese spezielle Komponente mit der erforderlichen Leistung, Menge und den geforderten Gesamtkosten herstellen?”

Schlussbetrachtung

Gussedelstahl ist kein einheitliches Material, und die Auswahl dieses Werkstoffs erfordert mehr als nur das Eingießen einer gewöhnlichen Edelstahllegierung in eine Form.

Das Gießverfahren bringt seine eigenen Legierungsbezeichnungen, Mikrostrukturen, Fertigungsgrenzen, Wärmebehandlungsanforderungen und Qualitätsüberlegungen mit sich.

Für Konstrukteure und Einkäufer sind die wichtigsten ersten Entscheidungen in der Regel die Betriebsumgebung und die geforderte Leistung. Darauf aufbauend kann die geeignete Edelstahlsorte ausgewählt werden, gefolgt vom Gießverfahren, der Wärmebehandlung, der Bearbeitung, der Endbearbeitung und dem Prüfplan.

Werden diese Entscheidungen gemeinsam und nicht unabhängig voneinander getroffen, kann durch Gießen ein kompliziertes Edelstahlbauteil in ein wiederholbares, endformnahes Teil umgewandelt werden, während gleichzeitig unnötige Bearbeitungs- und Montagearbeiten reduziert werden.

Sie möchten ein Bauteil aus Edelstahl fertigen oder ein bestehendes Teil reproduzieren lassen? Senden Sie YTD Foundry Ihre Zeichnung, Ihr CAD-Modell oder Ihre Musterdetails zusammen mit der benötigten Menge und den Einsatzbedingungen. Wir besprechen mit Ihnen die Fertigungsmöglichkeiten, einschließlich der Guss- und Bearbeitungsschritte sowie der Oberflächenbehandlung.

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