Hitzebeständige Stahlgussteile im Feingussverfahren

Unter hitzebeständigem Stahl versteht man Stahl mit hoher Oxidationsbeständigkeit und hoher Temperaturfestigkeit. Die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen ist eine wichtige Voraussetzung, um sicherzustellen, dass das Werkstück lange Zeit bei hohen Temperaturen funktioniert. In einer oxidierenden Umgebung wie beispielsweise Luft mit hoher Temperatur reagiert Sauerstoff chemisch mit der Stahloberfläche und bildet verschiedene Eisenoxidschichten. Die Oxidschicht ist sehr locker, verliert die ursprünglichen Eigenschaften von Stahl und fällt leicht ab. Um die Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit von Stahl zu verbessern, werden dem Stahl Legierungselemente zugesetzt, die die Oxidstruktur verändern. Häufig verwendete Legierungselemente sind Chrom, Nickel, Chrom, Silizium, Aluminium usw. Die Oxidationsbeständigkeit von Stahl bei hohen Temperaturen hängt nur von der chemischen Zusammensetzung ab.

Unter Hochtemperaturfestigkeit versteht man die Fähigkeit von Stahl, mechanischen Belastungen bei hohen Temperaturen über einen langen Zeitraum standzuhalten. Es gibt zwei Haupteffekte von Stahl unter mechanischer Belastung bei hoher Temperatur. Die eine ist die Erweichung, das heißt, die Festigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab. Das zweite ist das Kriechen, das heißt, unter der Einwirkung einer konstanten Spannung nimmt das Ausmaß der plastischen Verformung mit der Zeit langsam zu. Die plastische Verformung von Stahl bei hohen Temperaturen wird durch intrakristallinen Schlupf und Korngrenzenschlupf verursacht. Um die Warmfestigkeit von Stahl zu verbessern, werden üblicherweise Legierungsverfahren eingesetzt. Das heißt, dem Stahl werden Legierungselemente zugesetzt, um die Bindungskraft zwischen Atomen zu verbessern und eine günstige Struktur zu bilden. Die Zugabe von Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Titan usw. kann die Stahlmatrix verstärken, die Rekristallisationstemperatur erhöhen und auch Karbide oder intermetallische Verbindungen der Verstärkungsphase wie Cr23C6, VC, TiC usw. bilden. Diese Verstärkungsphasen sind stabil bei hohen Temperaturen, lösen sich nicht auf, verklumpen nicht zum Wachstum und behalten ihre Härte. Nickel wird hauptsächlich zur Gewinnung hinzugefügtAustenit. Die Atome im Austenit sind enger angeordnet als im Ferrit, die Bindungskraft zwischen den Atomen ist stärker und die Diffusion der Atome ist schwieriger. Daher ist die Hochtemperaturfestigkeit von Austenit besser. Es ist ersichtlich, dass die Hochtemperaturfestigkeit von hitzebeständigem Stahl nicht nur von der chemischen Zusammensetzung, sondern auch von der Mikrostruktur abhängt.

Hochlegiert hitzebeständigStahlgussteilewerden häufig dort eingesetzt, wo die Arbeitstemperatur 650 °C übersteigt. Unter hitzebeständigem Stahlguss versteht man Stähle, die bei hohen Temperaturen arbeiten. Die Entwicklung hitzebeständiger Stahlgussteile ist eng mit dem technologischen Fortschritt verschiedener Industriezweige wie Kraftwerke, Kessel, Gasturbinen, Verbrennungsmotoren und Flugmotoren verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen und Belastungen verschiedener Maschinen und Geräte sowie unterschiedlicher Umgebungen unterscheiden sich auch die verwendeten Stahlsorten.

Normen für hitzebeständigen Stahlguss in verschiedenen Ländern
1) Chinesischer Standard
GB/T 8492-2002 „Technische Bedingungen für hitzebeständige Stahlgussteile“ legt die Güten und mechanischen Eigenschaften verschiedener hitzebeständiger Stahlgusssorten bei Raumtemperatur fest.
2) Europäischer Standard
Zu den Normen für hitzebeständigen Stahlguss gemäß EN 10295-2002 gehören austenitischer hitzebeständiger Edelstahl, ferritischer hitzebeständiger Edelstahl und austenitisch-ferritischer hitzebeständiger Duplexstahl sowie Legierungen auf Nickelbasis und Kobaltbasis.
3) Amerikanische Standards
Die in ANSI/ASTM 297-2008 „Allgemeine industrielle Eisen-Chrom-, Eisen-Chrom-Nickel-hitzebeständige Stahlgussteile“ festgelegte chemische Zusammensetzung ist die Grundlage für die Abnahme, und die mechanische Leistungsprüfung wird nur durchgeführt, wenn der Käufer dies verlangt der Zeitpunkt der Bestellung. Weitere amerikanische Normen für hitzebeständigen Stahlguss sind ASTM A447/A447M-2003 und ASTM A560/560M-2005.
4) Deutscher Standard
In der DIN 17465 „Technische Bedingungen für hitzebeständigen Stahlguss“ werden die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur und die mechanischen Hochtemperatureigenschaften verschiedener hitzebeständiger Stahlgusssorten gesondert festgelegt.
5) Japanischer Standard
Die Qualitäten in JISG5122-2003 „Hitzebeständige Stahlgussteile“ entsprechen im Wesentlichen dem amerikanischen Standard ASTM.
6) Russischer Standard
In GOST 977-1988 sind 19 hitzebeständige Gussstahlsorten spezifiziert, darunter hitzebeständige Stähle mit mittlerem und hohem Chromgehalt.

Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die Lebensdauer von hitzebeständigem Stahl
Es gibt eine ganze Reihe chemischer Elemente, die die Lebensdauer von hitzebeständigem Stahl beeinflussen können. Diese Effekte zeigen sich in der Verbesserung der Stabilität der Struktur, der Verhinderung von Oxidation, der Bildung und Stabilisierung von Austenit und der Verhinderung von Korrosion. Beispielsweise können Seltenerdelemente, die Spurenelemente in hitzebeständigem Stahl sind, die Oxidationsbeständigkeit von Stahl deutlich verbessern und die Thermoplastizität verändern. Als Grundmaterialien für hitzebeständige Stähle und Legierungen werden im Allgemeinen Metalle und Legierungen mit einem relativ hohen Schmelzpunkt, einer hohen Selbstdiffusionsaktivierungsenergie oder einer niedrigen Stapelfehlerenergie gewählt. Verschiedene hitzebeständige Stähle und Hochtemperaturlegierungen stellen sehr hohe Anforderungen an den Schmelzprozess, da das Vorhandensein von Einschlüssen oder bestimmten metallurgischen Mängeln im Stahl die Dauerfestigkeit des Materials herabsetzt.

Der Einfluss fortschrittlicher Technologien wie der Lösungsbehandlung auf die Lebensdauer von hitzebeständigem Stahl
Bei Metallwerkstoffen wirkt sich der Einsatz unterschiedlicher Wärmebehandlungsverfahren auf die Struktur und Korngröße aus und verändert dadurch den Schwierigkeitsgrad der thermischen Aktivierung. Bei der Analyse des Gussversagens gibt es viele Faktoren, die zum Versagen führen, vor allem thermische Ermüdung führt zur Rissbildung und -entwicklung. Dementsprechend gibt es eine Reihe von Faktoren, die die Entstehung und Ausbreitung von Rissen beeinflussen. Dabei ist der Schwefelgehalt äußerst wichtig, da sich die Risse meist entlang von Sulfiden entwickeln. Der Schwefelgehalt wird von der Qualität der Rohstoffe und deren Verhüttung beeinflusst. Bei Gussteilen, die unter einer Schutzatmosphäre aus Wasserstoff arbeiten, werden die Gussteile geschwefelt, wenn Schwefelwasserstoff im Wasserstoff enthalten ist. Zweitens beeinflusst die Angemessenheit der Lösungsbehandlung die Festigkeit und Zähigkeit des Gussstücks.