Materialeigenschaften und deren Einfluss auf Feingussteile

Die Werkstoffauswahl ist eine der wichtigsten Entscheidungen im Feingussprozess. Angesichts einer großen Bandbreite verfügbarer Materialien – darunter Edelstähle, Kohlenstoffstähle und Speziallegierungen – hängt die richtige Wahl nicht nur von der chemischen Zusammensetzung ab, sondern auch davon, wie sich ein Werkstoff unter Belastung verhält.

Dieses Verhalten wird durch die mechanischen Eigenschaften eines Materials beschrieben. Sie geben an, wie ein Werkstoff auf äußere Kräfte während des Einsatzes reagiert. Unter diesen Eigenschaften spielen drei eine besonders zentrale Rolle für die Belastbarkeit von Gussteilen:

• Festigkeit
• Härte
• Duktilität

Das Verständnis des Zusammenspiels dieser Eigenschaften ermöglicht es Ingenieuren, Werkstoffe zu spezifizieren, die selbst in anspruchsvollsten Anwendungen Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Leistungsfähigkeit gewährleisten.

Festigkeit: Die Fähigkeit eines Materials, einer Belastung standzuhalten

Die Festigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials, unter äußeren Kräften seine Form und strukturelle Integrität beizubehalten. Da Belastungen auf unterschiedliche Weise wirken können, wird die Festigkeit anhand mehrerer Kenngrößen bewertet:

• Scherfestigkeit – Widerstand gegen gleitende oder schneidende Kräfte
• Druckfestigkeit – Widerstand gegen Quetsch- oder Stauchbelastungen
• Zugfestigkeit – Widerstand gegen Zugkräfte
• Biegefestigkeit – Widerstand gegen Biegebelastungen

Werkstoffe mit hoher Zug- und Streckgrenze sind besonders wichtig für Bauteile, die hohen Drücken oder wechselnden Belastungen ausgesetzt sind. Edelstähle mit ausgeprägten mechanischen Eigenschaften eignen sich daher hervorragend für Luftfahrtkomponenten, Pumpenlaufräder und andere sicherheitskritische Anwendungen, bei denen strukturelle Zuverlässigkeit oberste Priorität hat.

Härte: Widerstand gegen Verschleiß und Oberflächenverformung

Die Härte gibt an, wie widerstandsfähig ein Material gegenüber Abrieb, Eindrücken, Kratzern und Oberflächenverschleiß ist. Diese Eigenschaft ist besonders relevant für Gussteile, die unter Reibung, Schlagbeanspruchung oder korrosiven Bedingungen eingesetzt werden.

Harte Legierungen werden häufig für folgende Anwendungen gewählt:

• Schlag- und stoßbeanspruchte Bauteile
• Verschleißanfällige Komponenten
• Schneid- und Werkzeuganwendungen

Korrosionsbeständige Werkstoffe mit abgestimmter Härte sind zudem essenziell für die Lebensmittelverarbeitung und Verpackungsindustrie, in der hygienische Anforderungen und Beständigkeit gleichermaßen erfüllt werden müssen.

Gleichzeitig erfordert ein erhöhter Härtegrad eine sorgfältige Kontrolle. Ein zu hoher Wert kann Bauteile spröde machen und das Risiko von Rissbildung während der Wärmebehandlung oder im Betrieb erhöhen. Aus diesem Grund werden Gefügestruktur, Abkühlgeschwindigkeit und nachgelagerte Wärmebehandlungen im Feingussprozess gezielt gesteuert, um ein optimales Eigenschaftsgleichgewicht zu erzielen.

Duktilität: Die Fähigkeit zur Verformung ohne Bruch

Die Duktilität beschreibt, wie stark sich ein Werkstoff plastisch verformen kann – etwa durch Dehnen oder Biegen – bevor es zum Bruch kommt. Eine hohe Duktilität ermöglicht es Gussteilen, Stöße, Vibrationen und Überlastungen aufzunehmen, ohne zu reißen.

Diese Eigenschaft ist besonders wichtig bei Anwendungen mit:

• Dynamischen oder zyklischen Belastungen
• Stoßbeanspruchung
• Komplexen Spannungsverteilungen

Austenitische Edelstahllegierungen bieten beispielsweise eine ausgezeichnete Duktilität und sind daher ideal für Gussteile mit komplexen Geometrien, dünnen Wandstärken oder filigranen Details. In der Automobilindustrie ist Duktilität von zentraler Bedeutung, da Bauteile während ihrer gesamten Lebensdauer wiederholten Lastwechseln und plötzlichen Belastungen standhalten müssen.

Ausgewogenes Eigenschaftsprofil für optimale Gussperformance

In der Praxis definiert keine einzelne mechanische Eigenschaft allein die Leistungsfähigkeit eines Gussteils. Entscheidend ist vielmehr das Zusammenspiel von Festigkeit, Härte und Duktilität, das darüber bestimmt, ob ein Bauteil seine funktionalen Anforderungen erfüllt.

Bei Texmo Blank arbeiten unsere Ingenieure eng mit Ihnen zusammen, um diese Eigenschaften gezielt aufeinander abzustimmen – unter Berücksichtigung von:

• Anwendungsspezifischen Anforderungen
• Betriebs- und Umgebungsbedingungen
• Belastungsprofilen
• Bauteilgeometrie

Durch eine gezielte Werkstoffauswahl und die Anpassung der Prozessparameter lassen sich Feingussteile entwickeln, die in unterschiedlichsten Industrien eine gleichbleibend hohe Qualität, Zuverlässigkeit und langfristige Leistungsfähigkeit bieten.