Der Hauptunterschied zwischen Aluminiumguss und Gusseisen liegt in der Dichte. Aluminiumguss ist leicht (≈ 2.7 g/cm³), Gusseisen hingegen schwer (≈ 7.2 g/cm³). Aluminium kühlt schnell ab, leitet Wärme ab, ist korrosionsbeständig und lässt sich leicht bearbeiten. Eisen hält höheren Druckbelastungen stand, speichert Wärme, kostet pro Kilogramm weniger und schmilzt bei 1 °C, Aluminium hingegen erst bei 150 °C.
Gusseisen ist im Wesentlichen eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung. Es unterscheidet sich von Stahl durch seinen deutlich höheren Kohlenstoffgehalt, der typischerweise zwischen 2 und 4 Gewichtsprozent liegt. Dieser hohe Kohlenstoffgehalt ist der Hauptfaktor für seine charakteristischen Eigenschaften. Ein weiteres wichtiges Element ist Silizium (Si) mit 1–3 Gewichtsprozent. Es wirkt nicht primär als Festigkeitsträger, sondern als entscheidender Vermittler des Gießprozesses, indem es die Graphitbildung fördert und die Fließfähigkeit des geschmolzenen Metalls verbessert.
Bei der häufigsten Form, dem Grauguss, fällt der überschüssige Kohlenstoff aus der Eisenlösung aus und bildet Graphitflocken, die in der gesamten Metallstruktur verteilt sind.
Wenn geschmolzenes Eisen sehr schnell abgekühlt wird, hat der Kohlenstoff keine Zeit, sich als Graphit auszuscheiden. Stattdessen verbindet er sich chemisch mit dem Eisen und bildet Eisencarbid (Fe3C), eine Verbindung, die als Zementit bekannt ist.
Eine bedeutende Innovation in der Eisenmetallurgie war die Entdeckung, dass die Zugabe einer kleinen Menge eines Kugelbildners, typischerweise Magnesium (Mg), zum geschmolzenen Eisen vor dem Gießen die Morphologie des Graphits drastisch verändert. Anstatt scharfe Flocken zu bilden, scheidet sich der Graphit in Form einzelner Kugeln oder Knötchen ab.
Dieser Typ wird durch eine längere Wärmebehandlung (Glühen) von weißem Gusseisen hergestellt. Dieser Prozess zerstört die harte, spröde Zementitstruktur und führt dazu, dass sich der Kohlenstoff in unregelmäßige, abgerundete Graphitaggregate umwandelt.
Im Gegensatz zu Gusseisen, bei dem Kohlenstoff das dominierende Legierungselement ist, ist Aluminiumguss ein komplexes System, bei dem mehrere Elemente synergetisch zusammenwirken, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Das Grundmetall Aluminium (Al) macht typischerweise 80 bis 95 % der Legierung aus. Seine inhärente geringe Dichte und Korrosionsbeständigkeit werden durch sorgfältig kontrollierte Zusätze verbessert.
| Element | Graues Schmiedeeisen | Sphäroguss | A380 Aluminium | A356 Aluminium |
|---|---|---|---|---|
| Eisen (Fe) | ~ 93.7 - 95.5 | ~ 93.7 - 95.5 | ≤ 1.3 | ≤ 0.2 |
| Aluminium (Al) | - | - | 80.25 - 83.25 | 91.1 - 93.3 |
| Kohlenstoff (C) | 2.5 - 4.0 | 3.0 - 3.5 | - | - |
| Silizium (Si) | 1.0 - 3.0 | 2.0 - 2.8 | 7.5 - 9.5 | 6.5 - 7.5 |
| Kupfer (Cu) | - | <0.1 | 3.0 - 4.0 | ≤ 0.2 |
| Magnesium (Mg) | - | 0.03 - 0.06 | ≤ 0.1 | 0.25 - 0.45 |
| Mangan (Mn) | 0.2 - 1.0 | 0.1 - 1.0 | ≤ 0.5 | ≤ 0.1 |
| Phosphor (P) | 0.02 - 1.0 | 0.01 - 0.1 | - | - |
| Schwefel (S) | 0.01 - 0.12 | <0.02 | - | - |
| Immobilien | Gegossenes Aluminium | Gusseisen Kochgeschirr |
|---|---|---|
| Körpergewicht | 169 Pfund pro Kubikfuß | 450 Pfund pro Kubikfuß |
| Korrosionsbeständigkeit | Natürlich rostbeständig | Rostet ohne Schutzschicht |
| Wärmespeicherung | Heizt und kühlt schnell | Hält die Wärme stundenlang |
| Wartung | Minimaler Pflegeaufwand | Erfordert Würzen und Ölen |
| STRENGTH | Geringere Zugfestigkeit (19,000–48,000 PSI) | Höhere Zugfestigkeit (20,000–60,000 PSI) |
| Kosten | Generell teurer | Weniger teuer |
| Schmelzpunkt | 1,220°F | 2,100°F |
| Wärmeleitfähigkeit | 96–205 W/m·K | 46–55 W/m·K |
| Sprödigkeit | Dehnbarer, weniger anfällig für Risse | Spröde, kann bei Stößen brechen |
| Farbe | Silber grau | Dunkelgrau bis schwarz |
| Magnetismus | Nicht magnetisch | Magnetisch |
| Bearbeitbarkeit | Leichter zu bearbeiten und zu formen | Schwerer zu bearbeiten |
