Hartguss: Eigenschaften, Anwendungen und Schalenhartguss im Fokus

Hartguss ist ein metastabiles Gusseisen mit hohem Carbid-Anteil. Die metastabile Erstarrung führt zur Bildung von Ledeburit (Austenit und Zementit), welcher besonders hart und verschleißfest ist[1][4]. Die Bildung von Hartguss wird durch einen hohen Silicium- und Mangangehalt oder durch schnelles Abkühlen in Eisenformen bewerkstelligt[1].

Eigenschaften von Hartguss

Hartguss ist sehr verschleißfest und wird daher oft für Bauteile verwendet, die einer hohen Belastung ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind Mahlscheiben, Erzbrecher und militärische Panzerung (Panzerplatten)[1]. Hartguss ist jedoch sehr schlecht zerspanbar und praktisch nur schleifbar und erodierbar[1].

Anwendungsgebiete von Hartguss

Aufgrund seiner hohen Verschleißfestigkeit findet Hartguss Anwendung in verschiedenen Industriebereichen. Dazu zählen unter anderem die On- und Offshore-Industrie, Werften, Behälterbau, Metallverarbeitende Industrie und Fahrzeugbau[2]. Hartguss wird auch zum Reinigen von Oberflächen (Entzundern, Entrosten, Putzen), Aufrauen, Polieren, Verfestigen und als Zuschlagstoff zur Herstellung von Schwerstbeton verwendet[5][14][17].

Schalenhartguss / Kokillenhartguss

Schalenhartguss, auch Kokillenhartguss genannt, ist eine Variante des Hartgusses. Bei dieser Art von Gusseisen wird durch die Zusammensetzung und gießtechnische Maßnahmen erreicht, dass es in einem äußeren Bereich ein Gefüge aus Ledeburit mit Zementit oder eutektoid aufweist, während der Kern hingegen aus Graphit, Perlit und Ferrit besteht[1][3]. Dieser Schalenhartguss besitzt einen duktilen Kern und eine harte Schale. Bei dem Vollhartguss darf der maximale Querschnitt nur 100 mm betragen, damit im Bauteil überwiegend harter Ledeburit vorhanden ist[1].

Schalenhartguss ist verschleißbeständig und hat spezifische Eigenschaften, die es für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen. Die Auswahl des geeigneten Gefüges hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab[3].

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Hartguss aufgrund seiner hohen Verschleißfestigkeit und Härte ein wichtiger Werkstoff in vielen Industriebereichen ist. Trotz seiner schlechten Zerspanbarkeit bietet er durch seine Eigenschaften viele Vorteile, die ihn für spezifische Anwendungen unverzichtbar machen.

Wie wird Hartguss hergestellt?

Die Herstellung von Hartguss erfordert spezifische Materialien und Elemente. Der Hauptbestandteil ist Eisen, das durch die Reduktion von Eisenerzen gewonnen wird[19]. Zusätzlich sind Kohlenstoff und Silizium wichtige Elemente in der Zusammensetzung von Hartguss. Der Kohlenstoffgehalt liegt typischerweise zwischen 2,5 und 3,8 %, während der Siliziumgehalt relativ niedrig (< 0,5 %) eingestellt wird[3].

In einigen Fällen können auch andere Elemente wie Mangan hinzugefügt werden, um die Eigenschaften des Hartgusses zu verbessern[3]. Es ist auch möglich, hochlegierten Hartguss herzustellen, bei dem Karbide von Chrom, Molybdän, Vanadium oder Niob entstehen[20].

Es ist wichtig zu beachten, dass die genaue chemische Zusammensetzung und die Herstellungsbedingungen von Hartguss je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung variieren können.

Exkursion: Ledeburit

Ledeburit ist ein eutektisches Gefüge in Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, das bei Kohlenstoffgehalten zwischen 2,06 % und 6,67 % auftritt. Es ist nach dem Metallurgen Karl Heinrich Adolf Ledebur benannt. Der Kohlenstoffanteil des eutektischen Gemisches liegt bei 4,3 %, und die Schmelztemperatur liegt bei 1147 °C, dem eutektischen Punkt C. Bei dieser Kohlenstoffkonzentration liegt 100 % Ledeburit im Gefüge vor[21][22][23].

Ledeburit besteht aus einem Phasengemenge von (zerfallenem) Austenit und Zementit. Es gibt zwei Formen von Ledeburit:

• Ledeburit I:
  Dieses Gefüge besteht dicht unterhalb von 1147 °C aus Austenit und Zementit[21][22].
• Ledeburit II:
  Bei Raumtemperatur besteht Ledeburit II aus Zementit mit ankristallisiertem Sekundärzementit. Der Perlit entsteht durch den eutektoiden Zerfall des Austenits aus dem Ledeburit I bei 723 °C. Bei schnellerer Abkühlung kann anstelle des Perlits auch Bainit oder bei sehr schneller Abkühlung Martensit vorliegen[21][22].

Ledeburit ist sehr hart und spröde und wird aufgrund dieser Eigenschaften in der Metallurgie und Werkstofftechnik geschätzt. Es ist ein wichtiger Bestandteil in vielen Gusseisenarten, insbesondere im Hartguss, wo es zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit beiträgt[23].

Quellen