1. Einführung
Aluminiumguss und Gusseisen gehören zu den in der Industrie am häufigsten verwendeten Gusswerkstoffen.
Beide bieten Möglichkeiten zur Herstellung komplexer Net-Shape-Komponenten, Sie unterscheiden sich jedoch grundlegend in der Dichte, Steifheit, Kraftmodi, Wärmeverhalten, Gussmethoden, Korrosionsbeständigkeit und Lebenszykluskosten.
Die Wahl zwischen ihnen ist ein Kompromiss zwischen dem Gewicht, Steifheit, Resistenz tragen, Verarbeitbarkeit, Kosten und Betriebsumgebung.
Dieser Artikel vergleicht die beiden technischen Aspekte und bietet umsetzbare Daten und Auswahlhilfen.
2. Was ist Aluminiumguss??
Aluminium werfen bezieht sich auf Bauteile, die durch Gießen von geschmolzenem Aluminium hergestellt werden (oder Aluminiumlegierung) in eine Form geben und es zur endgültigen oder nahezu endgültigen Geometrie erstarren lassen.
Denn Aluminium hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, gute Fließfähigkeit in legierter Form, und eine geringe Dichte, Aluminiumguss ist die bevorzugte Wahl bei komplexer Geometrie, Leichtes Gewicht, Wärmeleitfähigkeit oder Korrosionsbeständigkeit sind wichtig.
Zu den Gießverfahren für Aluminium gehört der Hochdruck-Kokillenguss, Niederdruck- und Schwerkraft-Kokillenguss, Sandguss, und Investitionen (Lost-Wachs) Casting; Für jede Route gelten unterschiedliche Grenzwerte für die Wandstärke, Oberflächenbeschaffung, Maßhaltigkeit und mechanische Eigenschaften.
Merkmale
- Leicht: Dichte ≈ 2.6–2,8 g/cm³ (Typischerweise 2.70 g/cm³).
- Niedriger Elastizitätsmodul: Elastizitätsmodul ≈ 69–72 GPa (≈ 69 GPa typisch).
- Gute thermische Leitfähigkeit: Legierungen variieren aber oft 100–200 W·m⁻¹·K⁻¹; reines Aluminium beträgt ~237 W·m⁻¹·K⁻¹.
- Gute Korrosionsbeständigkeit: bildet einen stabilen Oxidfilm; Verhalten verbessert durch Eloxieren oder Beschichtungen.
- Duktiles Bruchverhalten: Viele Al-Gusslegierungen sind einigermaßen duktil (Abhängig von der Legierung und der Wärmebehandlung).
- Leicht zu bearbeiten: vergleichsweise geringe Schnittkräfte und gute Zerspanbarkeit für viele Legierungen.
- Recycelbar: Aluminium ist in hohem Maße recycelbar und benötigt beim Umschmelzen im Vergleich zur Primärproduktion relativ wenig Energie.
Gängige Aluminiumlegierungen (typische Besetzungsfamilien)
| Legierungsfamilie (typischer Name) | Repräsentative Noten / Handelsnamen | Wichtige Legierungselemente (wt%) | Hitzebehandelbar? | Typische Anwendungen |
| Al - Ja (Allgemeinzweck) | A356 / AlSi7 | Und ≈ 6–8; Mg ≈ 0,2–0,5 | Oft (T6 verfügbar) | Strukturgehäuse, Körper pumpen, allgemeine Automobilgussteile |
| Al–Si–Mg (strukturell, hitzebehandelbar) | A356-T6, A357 | Und ≈ 6–7; Mg ≈ 0,3–0,6 | Ja (T5/T6) | Suspensionskomponenten, Räder, Übertragungsgehäuse |
| Al-Si-Cu-Druckguss / Al - Ja | A380, ADC12, A383 | Und ≈ 8–13; Cu ≈ 1–4; Fe kontrolliert | Beschränkt (meist im Gusszustand oder halb gealtert) | Dünnwandige Gehäuse, Anschlüsse, Verbrauchergehäuse |
Al -undi (Motor & Legierungen mit erhöhtem T-Wert) |
Legierung 319 | Und ~6–8; Cu ~3–4; Mg klein | Ja (Lösung + Altern) | Zylinderköpfe, Kolben (mit Linern), Motorhardware |
| Hoch-Si / übereutektische Legierungen | Al - Ja (10-20 % Ja) | Und 10-20; geringfügig Mg/Cu | Etwas (beschränkt) | Kolben, Verschleißflächen, Bauteile mit geringer Ausdehnung |
| Al–Si–Sn / Lagerlegierungen | Al-Si-Sn-Lagervarianten | Bitte moderieren; Sn (±Pb) als Festschmierstoffe | Normalerweise nein (weich im Gusszustand) | Gleitlager, Buchsen, Gleitflächen |
| Spezieller hochfester Al-Guss | Al-Zn-Mg-Varianten (begrenzte Gipsnutzung) | Zn, Mg, kleine Cu-Zusätze | Ja (aushärtbar) | Hochfeste Strukturteile (Nische/Luft- und Raumfahrt) |
3. Was ist Gusseisen??
Gusseisen ist eine Familie von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, die hergestellt werden, indem geschmolzenes Metall in Formen gegossen und erstarren gelassen wird.
Was Gusseisen von Stählen unterscheidet, ist ihre relativ hoher Kohlenstoffgehalt (Typischerweise >2.0 wt% c) und die Anwesenheit von graphitischer Kohlenstoff in der Mikrostruktur im Gusszustand.
Der Kohlenstoff kommt üblicherweise als Graphit vor (in mehreren Morphologien) oder als Eisencarbid (Zementit) abhängig von der Legierungschemie und den Erstarrungsbedingungen.
Dieser Graphit – und die ihn umgebende Matrix – steuert das mechanische Verhalten, Bearbeitbarkeit und Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Gusseisenarten.
Gusseisen sind die Arbeitspferde der Schwerindustrie, verschleißfeste und vibrationsempfindliche Anwendungen, da sie wirtschaftlich in großen oder komplexen Formen gegossen werden können, bieten eine hervorragende Dämpfung, und kann durch Chemie und Wärmebehandlung nach dem Guss maßgeschneidert werden (Z.B., Osttemperatur) zu einer Vielzahl von Immobilien.
Schlüsselmerkmale
- Die Graphitmorphologie steuert die Eigenschaften. Die Form, Größe und Verteilung von Graphit (Flocke, kugelförmig, verdichtet) dominieren die Zugduktilität, Zähigkeit, Steifigkeit und Bearbeitbarkeit:
-
- Flockig (grau) Graphit führt zu guter Bearbeitbarkeit und Dämpfung, aber geringerer Zugfestigkeit und Kerbempfindlichkeit.
- Sphäroidal (knotig/duktil) Graphit ergibt eine wesentlich höhere Zugfestigkeit und Duktilität.
- Verdichteter Graphit (CGI) ist mittelmäßig – bessere Festigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit als Grauguss bei gleichzeitig guter Dämpfung.
- Ausgezeichnete Vibrationsdämpfung. Graphitknötchen/-flocken unterbrechen die Ausbreitung elastischer Wellen, Daher werden Gusseisen für Werkzeugmaschinenrahmen bevorzugt, Motorblöcke und Gehäuse, bei denen die Dämpfung Geräusche und Vibrationen unterdrückt.
- Gute Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit. Besonders bei perlitischem und weißem Eisen; Geeignet für hochbelastete Lager, Rollen und Verschleißteile.
- Relativ spröde in der Spannung (einige Noten). Grauguss ist kerbempfindlich und weist eine geringe Dehnung auf; Sphäroguss verbessert die Zähigkeit deutlich, verhält sich aber dennoch anders als Stähle.
- Wirtschaftlich für große/komplexe Gussteile. Sandguss und Schalenguss sind gut etabliert; Schwindung, Zuführung und gerichtete Erstarrung werden mit standardmäßigen Gießereitechniken bewältigt.
- Großer Designbereich durch Nacherstarrungsbehandlung. Durch Wärmebehandlungen (Normalisierung, glühend, Osttemperatur) und legiert (In, Cr, MO),
Gusseisen können von sehr verschleißfesten Güten bis hin zu robusten Strukturgüten maßgeschneidert werden (Z.B., ADI – austemperiertes duktiles Eisen). - Gute thermische Stabilität in vielen Qualitäten. Einige Gusseisen behalten ihre Dimensionsstabilität und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen besser als Aluminiumlegierungen.
Gängige Gusseisentypen
Nachfolgend finden Sie eine praktische Zusammenfassung der wichtigsten Gusseisenfamilien, typische Chemietrends, Mikrostruktur und repräsentative Eigenschaften / Anwendungen.
| Typ | Typische Komposition (ca.. wt%) | Schlüsselmerkmal der Mikrostruktur | Repräsentatives mechanisches Verhalten | Typische Anwendungen |
| Graues Gusseisen (GJL / Klassifiziert nach ASTM A48) | C ~3,0–3,8; Und ~1,5–3,0; Mn ≤0,5; S & P-gesteuert | Graphitflocken in Ferrit/Perlit-Matrix | Zugfestigkeit im Großen und Ganzen ~150–350 MPa (variiert je nach Klasse); niedrige Dehnung (<1–3%); hervorragende Dämpfung; mäßige Härte | Motorblöcke, Bremstrommeln, Gehäuse pumpen, Maschinenbasen |
| Herzöge (nodular) Eisen (GJS / ASTM A536) | C ~3,2–3,8; Und ~1,8–2,8; Mg ~0,03–0,06 (nodularisierend), Spuren von Ce/RE | Kugelgraphitknötchen aus Ferrit/Perlit | Hohe Zugfestigkeit und Duktilität; gemeinsame Noten wie 60–40–18 (60 UTS-Aktion ≈ 414 MPA, 40 ksi YS ≈ 276 MPA, 18% Verlängerung) | Ausrüstungsgehäuse, Kurbelwellen, sicherheitskritische Strukturgussteile |
| Verdichtetes Graphiteisen (CGI) (GJV) | C ~3,2–3,6; Und ~1,8–2,6; Spuren Mg/RE | Kompakt (vermikulär) Graphit — Zwischenschicht zwischen Flocken und Sphäroiden | Bessere Zugfestigkeit und thermische Ermüdungsbeständigkeit als Grauguss, mit guter Dämpfung; UTS im mittleren Bereich | Dieselmotorblöcke, Abgaskomponenten, Hochleistungszylinderblöcke |
| Weißes Eisen | C ~2,6–3,6; Si niedrig (<1.0); hohe Abkühlraten | Zementit / Ledeburit (Carbid) – im Wesentlichen kein Graphit | Sehr hohe Härte (oft HB mehrere Hundert), ausgezeichnete abrasive Verschleißfestigkeit; geringe Zähigkeit | Brecher, Tragenplatten, Strahlauskleidungen, Umgebungen mit starkem Abrieb |
Temperguss |
Zunächst weiße Eisenzusammensetzung; hitzebehandelt | Dann als Weißguss gegossen geglüht Kohlenstoff zu unregelmäßigen Aggregaten zu formen (Temperkohlenstoff) | Kombiniert verbesserte Duktilität/Zähigkeit vs. Graues Eisen; Mäßige Stärke | Kleine Gussteile, die Duktilität erfordern (Armaturen, Klammern) |
| Austempered duktiles Eisen (Adi) | Basis aus duktilem Eisen + kontrollierte Austempering-Wärmebehandlung | Spheroidal graphite in ausferritic matrix (bainitischer Ferrit + stabilisierter Austenit) | Außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Duktilität: UTS von ~600 to >1000 MPA mit nützlicher Dehnung (3–10 % je nach Note); Hervorragende Müdigkeitsbeständigkeit | Hochleistungsantrieb, Suspensionskomponenten, Schwere Maschinen |
| Legiertes Gusseisen (Z.B., Ni-beständig, Eisen mit hohem Cr-Gehalt) | Basis mit deutlichem Ni, Cr, Mo Ergänzungen | Auf Hitze-/Korrosionsbeständigkeit zugeschnittene Matrix; Graphit kann vorhanden oder unterdrückt sein | Spezielle Korrosions-/Oxidationsbeständigkeit, oder Warmfestigkeit | Pumpenkomponenten für korrosive Flüssigkeiten, Ventilkörper, Hochtemperatur-Verschleißteile |
4. Vergleich des mechanischen Eigenschaften
Zahlen werden als praktisch dargestellt, Gießereiniveau Typische Bereiche (nicht garantierte Minima/Maxima) denn tatsächliche Werte hängen stark von der exakten Chemie ab, Gießroute, Abschnittgröße, und Wärmebehandlung.
Typische Bereiche der mechanischen Eigenschaften – repräsentative Gussaluminium- und Gusseisensorten
| Material / Grad (typische Bezeichnung) | Dichte (g · cm⁻³) | Elastizitätsmodul (GPA) | Zugfestigkeit, UTS (MPA) | Ertragsfestigkeit (MPA) | Verlängerung (A, %) | Härte (Brinell, Hb) | Typische Anwendungen |
| A356-T6 (Al–Si–Mg, wärmebehandelter Aluminiumguss) | 2.68–2,72 | 68–72 | 200 - - 320 | 150 - - 260 | 5 - - 12 | 60 - - 110 | Strukturgehäuse, Radnaben, Übertragungsgehäuse |
| A380 / ADC12 (Gemeinsame Druckguss-Al-Si-Familie, as-cast) | 2.70–2,78 | 68–72 | 160 - - 280 | 100 - - 220 | 1 - - 6 | 70 - - 130 | Dünnwandige Gehäuse, Verbraucherteile, Anschlüsse (Druckguss) |
| Übereutektisches Al–Si (Kolben / Legierungen mit geringer Ausdehnung) | 2.70–2,78 | 68–72 | 150 - - 260 | 100 - - 220 | 1 - - 6 | 80 - - 140 | Kolben, Schiebkomponenten, Teile mit geringer Ausdehnung |
| Graues Gusseisen (typische ASTM A48-Klasse 30) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈207 (≈30 ksi) | - (kein ausgeprägter Ertrag) | <1 - - 3 | 140 - - 260 | Motorblöcke, Maschinenrahmen, Bremstrommeln |
| Graues Gusseisen (ASTM A48-Klasse 40) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈276 (≈40 ksi) | - | <1 - - 3 | 160 - - 260 | Robustere Gehäuse, Körper pumpen |
| Herzöge (nodular) Eisen – 60–40–18 (ASTM A536) | 7.0–7.3 | 160–180 | ≈414 (60 ksi) | ≈276 (40 ksi) | ~ 18 | 160 - - 260 | Ausrüstungsgehäuse, Kurbelkomponenten, Strukturgüsse |
| Verdichtetes Graphiteisen (CGI) (Typische Reichweite) | 7.0–7.3 | 140–170 | 350 - - 500 | 200 - - 380 | 2 - - 8 | 180 - - 300 | Dieselmotorblöcke, Abgaskomponenten (hohe thermische Ermüdungsbeständigkeit) |
| Weiß / Verschleißeisen mit hohem Cr-Gehalt (Verschleißgrade) | 7.0–7.3 | 160–200 | geringe Zugfestigkeit / spröde | - | <1 - - 2 | >300 - - 700 | Brecher, Liner tragen, Strahlkomponenten |
5. Überlegungen zum thermischen und Gießprozess
Schmelz- und Erstarrungsverhalten
- Schmelzpunkt / flüssig: Aluminiumlegierungen schmelzen in der ~ 550–650 ° C. Reichweite (reines Aluminium 660.3 ° C).
Gusseisen erstarrt bei höheren Temperaturen (~1150–1250 °C je nach Zusammensetzung) und bildet je nach Zusammensetzung und Abkühlgeschwindigkeit Graphit oder Zementit. - Wärmeleitfähigkeit: Aluminiumlegierungen leiten typischerweise Wärme deutlich besser als Gusseisen (oft 2–4× höher), was sich auf die Formkühlung auswirkt, Erstarrungsgeschwindigkeit und Abschreckverhalten.
- Erstarrungsschrumpfung: typische lineare Schrumpfung für Aluminiumlegierungen ~1.3–1,6 %; Die Schwindung von Grauguss ist geringer (~0.5–1,0%), obwohl mikro- und Makroschrumpfung hängen von der Abschnittsdicke und dem Vorschub ab.
Casting-Methoden & typische Verwendung
- Gießen Aluminium: üblicherweise produziert von Druckguss (Hochdruck), Permanente Form, Niedrigdruck, Und Sandguss.
Druckguss sorgt für eine hervorragende Oberflächengüte und Dünnwandfähigkeit; Sandgussgriffe groß, schwer, oder komplexe Teile mit geringeren Werkzeugkosten. - Gusseisen: Typischerweise Sandguss (Grüner Sand, Hülse) Und Verlorener/Hülse für komplexe Formen.
Sphärogussteile werden üblicherweise im Sandgussverfahren hergestellt. Gusseisen verträgt große Querschnitte und schwere Gussteile gut.
Dimensionstoleranzen & Oberflächenbeschaffung
- Aluminiumdruckguss: beste Maßhaltigkeit der Gusswege – typische Toleranzen im Bereich ±0,1–0,5 mm für viele Abmessungen (hängt von der Größe ab), Oberflächenbeschaffenheit Ra oft 0.8–3,2 µm as-cast.
- Dauergeformtes Aluminium: Toleranzen ±0,25–1,0 mm, Oberflächengüte besser als Sandguss.
- Sandgusseisen: gröbere Toleranzen, typischerweise ±0,5–3,0 mm, abhängig von Größe und Ausführung; Oberflächenbeschaffenheit rauer, Ra oft 6–25 µm im Gusszustand, sofern nicht maschinell bearbeitet.
- Wandstärkenfähigkeit: Aluminiumdruckguss kann dünne Wände erzeugen (<2 mm) wirtschaftlich;
Gusseisen erfordert typischerweise dickere Abschnitte, um Defekte zu vermeiden und Schrumpfungen vorzubeugen, Bei kleinen Teilen können jedoch durch moderne Formen mäßig dünne Abschnitte erzielt werden.
Bearbeitbarkeit und Sekundäroperationen
- Aluminium Maschinen problemlos bei höheren Geschwindigkeiten und geringeren Kräften; Die Werkzeuglebensdauer ist gut; Die Bearbeitungszugaben sind für Druckgussteile bescheiden.
- Gusseisen bearbeitet anders – Grauguss lässt sich relativ leicht bearbeiten, da Graphit als Spanbrecher und Schmiermittel fungiert;
Sphäroguss ist härter und erfordert andere Werkzeuge; Das Schneiden von Gusseisen führt oft zu spröden Spänen und erfordert geeignete Werkzeugqualitäten.
6. Korrosionsbeständigkeit und Betriebsumgebungen
- Aluminium werfen: natürlich korrosionsbeständig durch stabilen Oxidfilm; eignet sich gut für atmosphärische Zwecke, Leicht korrosive Umgebungen und Meeresumgebungen, wenn eine geeignete Legierung/Beschichtung gewählt wird.
Eloxierungs- und Lacksysteme verbessern die Haltbarkeit und das Erscheinungsbild der Oberfläche zusätzlich. - Gusseisen: eisenhaltiges Material, das zu Rost neigt (Oxidation) in nassen Umgebungen; erfordert Schutzbeschichtungen (Farben, Überzug), kathodischer Schutz oder Legierung für Korrosionsbeständigkeit.
In einigen Anwendungen (Motorblöcke), Gusseisen weist aufgrund des Ölschutzes und der kontrollierten Umgebungsbedingungen eine akzeptable Leistung auf. - Hochtemperaturleistung: Gusseisen (besonders grau und duktil) behält seine Festigkeit bei erhöhten Temperaturen besser als Aluminium.
Die Festigkeit von Aluminium nimmt schnell ab, wenn die Temperatur über ~150–200 °C steigt, Beschränkung der Verwendung in heißen Motor- oder abgasexponierten Komponenten, es sei denn, es werden spezielle Legierungen oder Kühlung verwendet.
7. Vorteile von Gussaluminium gegenüber Gusseisen
Vorteile von Aluminiumguss
- Gewichtsersparnis: ~62,5 % leichter bei gleichem Volumen als Gusseisen – entscheidend für den Kraftstoffverbrauch im Transportwesen.
- Hohe thermische Leitfähigkeit: Bessere Wärmeissipation (hilfreich für Wärmetauscher, Zylinderköpfe im Automobilbau nach entsprechender Auslegung).
- Gute Korrosionsbeständigkeit as-cast; optional eloxierbar für verbesserten Schutz und Ästhetik.
- Dünnwand- und komplexe Dünnstrukturfähigkeit (Besonders sterben) — ermöglicht die Konsolidierung von Teilen und Kosteneinsparungen im Vorfeld.
- Günstige Recyclingfähigkeit und geringere massenbedingte Versandkosten.
Vorteile von Gusseisen
- Höhere Steifigkeit und Dämpfung: Gut für Strukturen, die Steifigkeit und Vibrationskontrolle erfordern (Werkzeugmaschinenbasen, Gehäuse pumpen).
- Überragende Verschleißfestigkeit und tribologische Eigenschaften: Perlit- und Weißeisen zeichnen sich durch abrasive/verschleißende Umgebungen aus.
- Höhere Druckfestigkeit und thermische Stabilität bei erhöhten Temperaturen — wird für Hochleistungsmotorblöcke verwendet, Zylinderliner, und Bremsscheiben.
- Normalerweise geringere Rohstoffkosten pro kg und robustes Wurfverhalten für sehr große Abschnitte.
8. Einschränkungen von Gussaluminium im Vergleich zu Gusseisen
Einschränkungen bei Aluminiumguss
- Geringere Steifigkeit: erfordert größere Querschnitte oder Rippen, um eine gleichwertige Steifigkeit zu erreichen – kann einige Gewichtsvorteile reduzieren.
- Geringere Warmfestigkeit: Aluminium verliert bei erhöhten Temperaturen schneller an Streckgrenze als Eisen.
- Weniger Verschleißfestigkeit: Normales Aluminiumguss ist weicher; erfordert Oberflächenbehandlungen (harte Anodierung, Beschichtungen) für verschleißkritische Oberflächen.
- Porosität und gasbedingte Defekte: Aluminium ist anfällig für Gasporosität und Schrumpfungsfehler, wenn die Schmelze und die Gießpraxis nicht kontrolliert werden.
Einschränkungen bei Gusseisen
- Schwer: Eine höhere Dichte erhöht die Teilemasse – negativ für gewichtsempfindliche Anwendungen.
- Sprödes Zugverhalten: Grauguss weist eine geringe Zugduktilität auf und neigt bei Stößen zum Sprödbruch; Beim Design muss die Kerbempfindlichkeit berücksichtigt werden.
- Korrodiert, wenn es ungeschützt ist: erfordert Beschichtungen oder Korrosionsmanagement.
- Geringere Wärmeleitfähigkeit als Al (langsamere Wärmeableitung); Möglicherweise sind Anpassungen des Kühldesigns erforderlich.
9. Aluminiumguss vs. Gusseisen: Vergleich der Unterschiede
| Attribut | Aluminium werfen (Z.B., A356-T6, A380) | Gusseisen (grau, Herzöge) | Praktische Implikation |
| Dichte | ~2,6–2,8 g·cm⁻³ | ~6,8–7,3 g·cm⁻³ | Aluminium ist ca. 60–63 % leichter – ein großer Vorteil für gewichtsempfindliche Designs. |
| Elastizitätsmodul (E) | ≈ 69–72 GPa | ≈ 100–170 GPa | Eisen ist 1,5–2,5× steifer; Aluminium benötigt mehr Material/Rippen, um der Steifigkeit zu entsprechen. |
| Zugfestigkeit (typisch) | A356-T6: ~200–320 MPa; A380: ~160–280 MPa | Grau: ~150–300 MPa; Herzöge: ~350–700 MPa | Sphäroguss übertrifft Al hinsichtlich Festigkeit und Duktilität; Einige Al-Legierungen erreichen Eisenfestigkeiten im unteren Bereich. |
| Ertragsfestigkeit | ~150–260 MPa (A356-T6) | Grau: keine eindeutige Ausbeute; Herzöge: ~200–300 MPa | Verwenden Sie Sphäroguss, wenn ein ausgeprägtes Streckverhalten und eine höhere statische Festigkeit erforderlich sind. |
| Verlängerung (Duktilität) | ~5–12 % (A356-T6) oder 1–6 % (Druckguss) | Grau: <1–3%; Herzöge: ~10–20 % | Sphäroguss und wärmebehandeltes Al bieten eine gute Duktilität; Grauguss ist unter Spannung spröde. |
| Härte / tragen | HB ≈ 60–130 (Legierungsabhängig) | HB ≈ 140–260 (grau); >300 (weiß/perlitisch) | Eisen, insbesondere perlitische/weiße Sorten, am besten für abrasiven Verschleiß. Aluminium erfordert Beschichtungen/Einsätze für den Verschleiß. |
| Wärmeleitfähigkeit | ~80–180 W·m⁻¹·K⁻¹ (Legierungsabhängig) | ~30–60 W·m⁻¹·K⁻¹ | Aluminium wird für Wärmeableitungsteile bevorzugt (Kühlkörper, Gehäuse). |
| Wärmestabilität / hohe T-Festigkeit | Oberhalb von ~150–200 °C fällt die Festigkeit schnell ab | Bessere Beibehaltung der Hochtemperaturfestigkeit | Verwenden Sie Eisen, um Lasten bei erhöhter Temperatur zu tragen. |
| Dämpfung / Vibration | Mäßig | Exzellent (Besonders graues Eisen) | Für Maschinengestelle wird Eisen bevorzugt, Basen und Komponenten, bei denen es auf Vibrationsdämpfung ankommt. |
| Gussbarkeit / Dünnwandfähigkeit | Exzellent (Druckguss; dünne Wände <2 mm möglich) | Begrenzt – besser für dickere Abschnitte | Aluminium ermöglicht die Konsolidierung, leichte dünnwandige Teile; Eisen besser für schwere Abschnitte. |
Oberflächenbeschaffung & Toleranzen (as-cast) |
Druckguss: feines Finish, enge Toleranzen | Sandguss: rauer, größere Toleranzen | Druckguss verringert die Nachbearbeitung; Sandgusseisen erfordert oft mehr Bearbeitung. |
| Verarbeitbarkeit | Einfach, hohe Abtragsraten; geringer Werkzeugverschleiß | Grauguss lässt sich gut bearbeiten (Graphit unterstützt die Spanbildung); Sphäroguss ist härter für Werkzeuge | Aluminium verkürzt die Bearbeitungszykluszeiten; Für Eisen sind möglicherweise härtere Werkzeuge erforderlich, aber Grauguss schneidet sauber. |
| Korrosionsbeständigkeit | Gut (Schutzoxid); durch Eloxieren/Beschichtungen weiter verbessert | Schlecht in nassen/chloridhaltigen Umgebungen ohne Schutz | Aluminium benötigt oft weniger Korrosionsschutz; Eisen muss lackiert/plattiert oder legiert sein. |
| Recyclabalität | Exzellent; Umschmelzenergie pro kg geringer als beim Primärschmelzen | Exzellent; hoch recycelbar | Beide haben einen hohen Schrottwert; Aluminium-Energieeinsparungen pro kg groß im Vergleich zur Primärproduktion. |
| Typische Kostenüberlegungen | Höhere $/kg, aber geringere Masse können die Systemkosten senken; Druckgusswerkzeuge hoch | Niedrigere $/kg; Niedrige Sandgusswerkzeuge für kleine Stückzahlen | Wählen Sie basierend auf der Teilemasse aus, Volumen und erforderliche Endbearbeitung. |
| Typische Anwendungen | Automobilgehäuse, Kühlkörper, Leichte strukturelle Teile | Motorblöcke, Maschinenbasen, Teile tragen, schwere Gehäuse | Passen Sie das Material an die funktionalen Prioritäten an – Gewicht vs. Steifigkeit/Verschleiß. |
Auswahlberatung (praktische Faustregeln)
- Wählen Sie Aluminiumguss, wenn: Massenreduktion, Wärmeableitung, Korrosionsbeständigkeit und die Konsolidierung dünnwandiger Merkmale sind die Hauptfaktoren (Z.B., Karosseriekomponenten für Kraftfahrzeuge, Kühlkörper, leichte Gehäuse).
Für hohe Stückzahlen und dünne Wandstärken verwenden Sie Aluminium-Druckguss, funktionsreiche Teile; Verwenden Sie A356-T6, wenn eine höhere strukturelle Leistung und eine Nachwärmebehandlung erforderlich sind. - Wählen Sie Gusseisen, wenn: Steifheit, Dämpfung, Verschleißfestigkeit oder erhöhte Betriebstemperaturen sind von größter Bedeutung (Z.B., Werkzeugmaschinenbasen, Bremskomponenten, Hochleistungsgehäuse, abrasive Verschleißauskleidungen).
Wählen Sie Sphäroguss für Strukturteile, die Zähigkeit und eine gewisse Zugduktilität erfordern.
Verwenden Sie Grauguss für Dämpfung und Bearbeitbarkeit (für schwere Zerspanungsarbeiten) sind wichtig und die Zugduktilität ist weniger kritisch. - Im Zweifelsfall, Bewerten Sie Kompromisse auf Systemebene: Ein schwererer Eisenteil kann pro kg günstiger sein, erhöht aber die nachgelagerten Kosten (Kraftstoffverbrauch, Handhabung, Installation);
umgekehrt, Aluminium kann die Systemmasse reduzieren, erfordert jedoch möglicherweise größere Abschnitte oder Einsätze, um die Steifigkeits-/Verschleißlebensdauerziele zu erreichen – führen Sie eine Masse auf Teilebene durch, Steifigkeits- und Kostenvergleich.
10. Abschluss
Aluminiumguss und Gusseisen sind komplementäre Materialien, Jedes zeichnet sich durch Szenarien aus, in denen seine einzigartigen Eigenschaften mit den Anwendungsanforderungen übereinstimmen.
Aluminiumguss dominiert den Leichtbau, hocheffiziente Sektoren (Automobil-Elektrofahrzeuge, Luft- und Raumfahrt, Unterhaltungselektronik) dank seines Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, Wärmeleitfähigkeit, und komplexe Gießbarkeit. </Spanne>
Gusseisen bleibt im Schwerlastbereich unersetzlich, kostensensible Anwendungen (Werkzeugmaschinen, Baurohre, traditionelle Motoren) aufgrund seiner Verschleißfestigkeit, Vibrationsdämpfung, und niedrige Kosten.</Spanne>
FAQs
Wie viel leichter ist ein Aluminiumgussteil als ein Gusseisenteil mit dem gleichen Volumen??
Typische Dichten: Aluminium ~2,7 g/cm³ vs. Gusseisen ~7,2 g/cm³. Für gleiches Bauteilvolumen, Aluminium ist um 62.5% leichter (D.h., volumengleiche Aluminiummasse = 37.5% aus Gusseisenmasse).
Kann Aluminium Gusseisen in Motorblöcken ersetzen??
Aluminium wird in modernen Motorblöcken und Zylinderköpfen häufig verwendet, um Gewicht zu sparen.
Der Austausch von Eisen erfordert eine sorgfältige Konstruktion hinsichtlich der Steifigkeit, Wärmeausdehnung, Strategien für Zylinderlaufbuchsen (Z.B., eingegossene Liner, Eisenhülsen) und Aufmerksamkeit auf Ermüdung und Abnutzung.
Für Hochlast- oder Hochtemperaturanwendungen, Gusseisen oder spezielle Aluminiumlegierungen/-ausführungen können bevorzugt sein.
Was billiger ist: Aluminiumguss oder Gusseisen?
Auf einem pro Kilogramm Basis, Eisen ist tendenziell billiger; auf einem pro Teil Basis hängt die Antwort von der Lautstärke ab, Werkzeug (Druckgussformen sind teuer), Bearbeitungszeit, und die gewichtsbedingten Systemkosten (Z.B., Kraftstoffverbrauch in Fahrzeugen).
Für hohe Bände, Aluminiumdruckguss kann trotz höherer Materialkosten wirtschaftlich sein.
Welches Material ist verschleißfester??
Gusseisen (insbesondere perlitisches oder weißes Eisen) weist im Allgemeinen eine bessere Verschleißfestigkeit im Vergleich zu Aluminium im Gusszustand auf.
Aluminium kann für Verschleißanwendungen oberflächenbehandelt oder beschichtet werden, passt aber ohne zusätzliche Prozesse selten zu gehärtetem Eisen.
Rostet Aluminiumguss??
Aluminium rostet nicht wie Eisen; Es bildet eine Oxidschicht, die es vor weiterer Korrosion schützt. Unter bestimmten Bedingungen (Chlorid -Exposition, galvanische Kopplung) Aluminium kann korrodieren und erfordert möglicherweise Beschichtungen oder kathodischen Schutz.
