Bevor wir einige der Unterschiede zwischen Gießen und Schmieden erläutern, betrachten wir zwei Materialien, die üblicherweise diesen Prozessen unterzogen werden: Eisen und Stahl. Eisen ist ein in unserem Alltag sehr vertrautes Material und wird zur Herstellung verschiedener Werkzeuge und anderer Produkte verwendet.

Eisen ist auch der Hauptbestandteil von Stahllegierungen. Worin unterscheiden sich diese beiden Materialien?

Der erste wichtige Unterschied besteht darin, dass sich der Begriff „Eisen“ im alltäglichen Sprachgebrauch nicht immer auf reines elementares Eisen bezieht, sondern oft auf eine Eisenlegierung. Elementares Eisen hat einen sehr hohen Schmelzpunkt und wird zur Herstellung verschiedener Eisen- und Stahllegierungen verwendet, die dann je nach Herstellungsverfahren und dem Anteil an Eisen, Kohlenstoff und anderen Elementen in der Legierung klassifiziert werden.

Jeder kennt wahrscheinlich die grundlegenden Unterschiede zwischen Eisen und Stahl und kann einige gängige Gegenstände aus beiden Materialien identifizieren. Gegenstände wie eine traditionelle Teekanne oder ein Kanaldeckel können aus Gusseisen hergestellt werden, während Stahl beispielsweise für Küchenmesser und Stahlrohre verwendet wird. Die Vielfalt der verfügbaren Eisen- und Stahllegierungen bietet eine große Auswahl an Materialien für die gewünschten Eigenschaften. Auch andere Faktoren, wie regionale Standards von Behörden, können die Materialauswahl für bestimmte Industrieanlagen beeinflussen.

Unterschiede zwischen Gusseisen und Stahl

Der Hauptunterschied zwischen Stahl und Eisen liegt im Kohlenstoffgehalt der Legierung. Gusseisen enthält typischerweise mehr als 2,0 Gewichtsprozent Kohlenstoff; zur Stahlherstellung wird der Kohlenstoffgehalt auf 0,008 bis 2,0 Prozent reduziert. Gusseisen hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt (niedriger als elementares Eisen), während Stahl bei einer höheren Temperatur schmilzt als Gusseisen. Diese Unterschiede haben erhebliche Auswirkungen auf die Herstellung und Verwendung von Metallen. Der niedrigere Schmelzpunkt und die leichte Fließfähigkeit von Gusseisen sind Hauptgründe für die häufige Verwendung beim Gießen einer Vielzahl von Produkten.

Wie der Name schon sagt, ist Eisen nur zum Gießen geeignet; es lässt sich nicht schmieden. Gusseisen zeichnet sich zwar durch hervorragende Gießbarkeit und Formstabilität aus, lässt sich jedoch aufgrund seines höheren Kohlenstoffgehalts nicht zuverlässig schweißen, was zu spröden Schweißnähten führt. Daher bietet es weder die Festigkeit noch die Rohrverbindung, die typischerweise für Hochdruck- und Hochtemperaturanwendungen erforderlich ist. In solchen Fällen ist Stahl die geeignete Wahl.

Stahl hingegen lässt sich durch Gießen oder Schmieden in die gewünschte Form bringen. Er lässt sich zudem schweißen und ist im Allgemeinen fester als Gusseisen, was ihn für Anwendungen mit hohem Druck und hohen Temperaturen geeignet macht. Die gängigste Stahllegierung ist Kohlenstoffstahl. Je nach Verwendungszweck des Endprodukts kann das Material jedoch auch aus höherwertigen Legierungen wie Edelstahl oder Molybdänstahl bestehen. Typischerweise werden solche Spezialstähle aufgrund ihrer höheren Korrosions- und Verschleißbeständigkeit oder aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit gewählt.

Gießerei

Gussprodukte werden hergestellt, indem das Material vollständig verflüssigt und anschließend zum Erstarren in eine Form gegossen wird. Beim Abkühlen nimmt das Material die Form der Form an und wird nach dem Erstarren aus der Form entnommen. Ein Beispiel für einen Alltagsgegenstand aus Gusseisen ist eine Bratpfanne.

Schmiedeeisen

Schmieden ist der Prozess, bei dem Metall (üblicherweise in Form von Barren oder Blechen) unter hohem Druck geformt wird, entweder durch Hammerschläge oder durch Pressen mit einem Gesenk. Oft wird das Material vorher erhitzt, um das Schmieden zu erleichtern, bleibt aber während des gesamten Prozesses fest. Küchenmesser und andere Klingen sind typische Beispiele für geschmiedete Produkte. Da Stahl geschmiedet oder gegossen werden kann, geben Hersteller oft die tatsächliche Güte und Art des Materials als „Gussstahl“ oder „Schmiedestahl“ an, um das verwendete Verfahren zu verdeutlichen.

Gießen vs. Schmieden: Welchen Unterschied macht es?

Warum ein Ventil aus Gusseisen herstellen?

Produkte mit komplexen Konturen lassen sich am besten durch Gießen herstellen, da sich das Material relativ leicht formen lässt. Durch vollständiges Schmelzen des Materials und Gießen in eine Form eignet sich das Gießen besonders gut für Produkte mit komplexen Innenräumen, beispielsweise mit Kammern oder anderen Hohlräumen. TLV fertigt Free Float®-Kondensatableiter im Gießverfahren, um die verschiedenen Durchgänge und den Raum im Ableiter zu schaffen, die für die Funktion des Free Float®-Kondensatableiters erforderlich sind.

Warum ein Ventil schmieden?

Da beim Schmieden massives Material durch hohen Druck in die gewünschte Form gebracht wird, ist es keine ideale Methode für Produkte mit Hohlräumen oder komplexen Designs. Um solche Produkte durch Schmieden herzustellen, müssen später im Bearbeitungsschritt Löcher geschnitzt oder geöffnet werden. Das Schmieden von Stahl ist jedoch ein relativ schneller Prozess und bietet höhere Festigkeit und Gleichmäßigkeit. TLV fertigt Hochdruck-Scheibenkondensatableiter durch Schmieden, da ihr Design relativ einfach ist und sie weder große Hohlräume noch eine nachträgliche Bearbeitung erfordern.

Welchen Einfluss hat das Formverfahren auf die Massenproduktion?

Wie bereits erwähnt, kann Stahl geschmiedet oder gegossen werden. Wenn jedoch das Gießen eine größere Flexibilität bei der Herstellung anspruchsvollerer Produkte ermöglicht, warum nicht einfach alle Ventile gießen? Tatsächlich ist keines der beiden Umformungsverfahren überlegen, da sowohl Schmieden als auch Gießen je nach den spezifischen Anwendungsanforderungen ihre Vor- und Nachteile bieten.

Der hohe Schmelzpunkt von Stahl erschwert das Gießen. Außerdem besteht die Gefahr der Bildung von Lufteinschlüssen, wenn das geschmolzene Material nicht in jede Rille der Form fließen kann. Schmieden hingegen bietet geringere Kosten für die Massenproduktion, birgt aber auch gewisse Risiken, wie beispielsweise Fehlausrichtungen. Fehlausrichtungen beim Schmieden können zu Formfehlern, Brüchen oder anderen Schäden am Produkt führen.

Um ein Produkt mit einem ausgewogenen Verhältnis zwischen Kosten und Qualität zu schaffen, ist es daher wichtig, alle Merkmale wie Produktgröße, Formkomplexität, die pro Charge zu produzierende Menge und die Anzahl der nach der Ersteinrichtung erforderlichen Bearbeitungsvorgänge zu berücksichtigen. Die endgültige Entscheidung für Schmieden oder Gießen muss letztendlich durch die Wahl des Verfahrens getroffen werden, das das optimale Gleichgewicht dieser Faktoren bietet.