Hitzebeständiges Gussmaterial wird zur Herstellung von Metallteilen verwendet, die in Umgebungen mit sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden müssen. Dazu gehören beispielsweise Öfen, Brennöfen und Kraftwerke. Normales Metall kann in solchen Umgebungen schmelzen, sich verbiegen oder reißen. Hitzebeständiges Gussmaterial trägt dazu bei, dass die Metallteile stabil und sicher bleiben. Spezifische Hinweise zu einzelnen Bauteilen – wie Ofenroststäben, Brennerdüsen und Trägern – finden Sie in unserem Leitfaden für hitzebeständige Ofengussteile.
Wenn Metall zu heiß wird, kann es sich langsam verformen. Es kann auch schneller rosten oder beim Abkühlen brechen. Hitzebeständiges Gussmaterial wird entwickelt, um diese Probleme zu vermeiden. Es trägt dazu bei, dass Maschinen länger und sicherer funktionieren.
In diesem Leitfaden erklären wir das Gießen von hitzebeständigem Stahl und warum manche Verfahren besser für heiße Teile geeignet sind.
Grundlagen des hitzebeständigen Stahlgusses
Hitzebeständiger Stahlguss wird für Bauteile hergestellt, die auch bei hohen Temperaturen ihre Festigkeit behalten müssen. In vielen Fabriken können die Temperaturen 650 °C (1200 °F) übersteigen . Bei dieser Temperatur verlieren normaler Stahl und Eisen an Festigkeit.
Hitzebeständiger Stahl ist anders. Er ist so konzipiert, dass er auch bei hohen Temperaturen seine Festigkeit behält. Er verbiegt sich nicht so leicht und bricht nicht so schnell. Außerdem verträgt er wiederholtes Erhitzen und Abkühlen.
Was Hitze mit Metall macht
Die elektrischen, magnetischen und strukturellen Eigenschaften von Metallen lassen sich durch Wärme verändern. Da Metalle vielfältige Anwendungsgebiete haben, sind in unterschiedlichen Umgebungen unterschiedliche Eigenschaften von Bedeutung.
Es gibt verschiedene Methoden, Metalle zu erhitzen, die häufig zur Veränderung ihrer Eigenschaften eingesetzt werden. Die Temperatur, auf die das Metall erhitzt wird, und die Abkühlgeschwindigkeit werden sorgfältig kontrolliert, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Hitze verändert Metalle auf vielfältige Weise. Wenn Metall längere Zeit heiß bleibt, kann es sich langsam dehnen. Diese langsame Dehnung wird als Kriechen bezeichnet. Man sieht sie vielleicht nicht sofort, aber mit der Zeit kann sie dazu führen, dass sich Teile verbiegen oder durchhängen.
Hitze bewirkt auch, dass Metall mit Luft reagiert. Dadurch bildet sich eine harte, schuppige Schicht auf der Oberfläche. Diese Schicht wird als Zunder bezeichnet. Zu viel Zunder kann das Bauteil beschädigen.
Beim Abkühlen kann Metall hart werden und leicht brechen. Dies geschieht, wenn das Metall nicht für schnelle Temperaturwechsel ausgelegt ist.
Warum spezielle Metalle hinzugefügt werden
Hitzebeständiger Stahl wird durch die Zugabe spezieller Metalle hergestellt. Die beiden wichtigsten sind Chrom und Nickel.
Chrom trägt zum Schutz der Metalloberfläche bei. Wenn Metall erhitzt wird, bildet Chrom eine dünne Schutzschicht auf der Außenseite. Diese Schicht verlangsamt Rostbildung und Schäden durch heiße Luft.
Nickel trägt dazu bei, dass das Metall seine Zähigkeit behält. Es verhindert, dass der Stahl zu hart wird und beim Abkühlen bricht. Nickel hilft dem Metall außerdem, Hitze zu widerstehen, ohne an Festigkeit zu verlieren.
Warum ASTM A297 wichtig ist
Die Wahl des richtigen Gussmaterials für Ihr Projekt ist eine der wichtigsten Entscheidungen für den Erfolg Ihres Vorhabens. Das gewählte Material beeinflusst direkt die Leistung, Haltbarkeit, Kosten und Gesamtqualität Ihres Bauteils.
Die meisten hitzebeständigen Stahlgussteile entsprechen der Norm ASTM A297. Diese Norm legt fest, wie hitzebeständiger Stahl hergestellt werden muss und gibt den erforderlichen Chrom- und Nickelgehalt des Metalls vor.
Die Norm ASTM A297 vergibt auch Bezeichnungen für gängige hitzebeständige Stähle. Dazu gehören HF, HH, HK und HU. Ingenieure und Gießereien nutzen diese Bezeichnungen, um das richtige Metall auszuwählen.
ASTM A297 garantiert keine unbegrenzte Lebensdauer eines Bauteils. Diese hängt weiterhin von der Hitzeeinwirkung, dem Gewicht und den Betriebsbedingungen ab. Die Norm trägt jedoch dazu bei, sicherzustellen, dass der Stahl für die Warmumformung geeignet ist.
Hitzebeständiger Stahl vs. Gusseisen
Hitzebeständiger Stahl und Gusseisen werden beide in Heißmaschinen verwendet. Sie verhalten sich jedoch nicht auf die gleiche Weise.
Hitzebeständiger Stahl ist beim Ziehen oder Biegen formstabil. Er lässt sich leicht dehnen, ohne zu brechen. Dadurch eignet er sich besser für Teile, die sich bei hohen Temperaturen bewegen oder Gewicht tragen.
Gusseisen ist unter Druck sehr stabil und dämpft Vibrationen und Geräusche. Allerdings bricht es leichter beim Ziehen oder Biegen. Bei hohen Temperaturen kann es schneller reißen als Stahl.
Aus diesem Grund wird hitzebeständiger Stahl häufig für Bauteile im Inneren von Öfen und Heizgeräten verwendet. Gusseisen kommt hingegen häufiger für Abdeckungen, Rahmen und Bauteile mit geringer Beanspruchung zum Einsatz.
Hitzebeständige Farbe und ihre Grenzen
Einige Gusseisenteile sind mit hitzebeständiger Farbe beschichtet. Diese Farbe schützt die Oberfläche vor Rost und Zunder. Außerdem lässt sie die Teile sauberer aussehen.
Die meisten hitzebeständigen Farben halten Temperaturen bis etwa 600 bis 650 °C stand . Darüber hinaus kann die Farbe verbrennen, abblättern oder reißen.
Lack macht Metall nicht fester. Er kann weder das Verbiegen noch das Dehnen von Metall verhindern. Auch das Innere des Bauteils kann er nicht schützen. Wenn ein Bauteil sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, ist die Verwendung eines besseren Metalls wichtiger als Lack.
Der Vorteil der Zentrifugalgießerei
Schleudergussteile werden mitunter auch als Flüssiggussteile bezeichnet. Das Schleudergussverfahren unterscheidet sich von anderen Gießereiverfahren dadurch, dass es spezielle Kenntnisse, Verfahren und Fertigkeiten erfordert, die in anderen Gießereibetrieben üblicherweise nicht vorhanden sind.
Viele hitzebeständige Teile werden im Schleudergussverfahren hergestellt. Dieses Verfahren wird häufig für runde Teile wie Rohre und Ringe verwendet.
Beim Schleudergussverfahren wird geschmolzenes Metall in eine hohle zylindrische Form gegossen, die sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100 G um eine horizontale oder vertikale Achse dreht.
Warum Schleuderguss für heiße Teile besser geeignet ist
Das Schleudergießen hilft, Luftblasen aus dem Metall zu entfernen. Luftblasen können Schwachstellen verursachen. Durch die Rotation der Form wird die Luft verdrängt, wodurch das Gussteil fester wird.
Durch die Rotation werden Schmutz und unerwünschte Materialien nach innen befördert. Diese innere Schicht wird später abgetragen. Dadurch erhält man im fertigen Bauteil hochwertigeres Metall.
Ein weiterer Vorteil liegt im Abkühlverhalten des Metalls. Die Körner im Inneren des Metalls bilden eine gleichmäßige und saubere Struktur. Dadurch wird die Rissbildung beim Erhitzen und Abkühlen reduziert.
Aufgrund dieser Vorteile wird das Schleudergussverfahren häufig für Ofenrohre, Heizwalzen und Heißrohre eingesetzt.
Gängige hitzebeständige Stahlsorten (ASTM A297)
Hitzebeständiger Stahl ist nicht gleich hitzebeständiger Stahl. Es gibt verschiedene Sorten für unterschiedliche Hitzebelastungen und Anwendungsbereiche. Diese Sorten werden als Stahlsorten bezeichnet . Jede Stahlsorte zeichnet sich durch eine spezielle Metallmischung aus, die ihre Leistungsfähigkeit unter bestimmten Bedingungen optimiert. Die Wahl der richtigen Induktionshärtungsfrequenz hängt von der erforderlichen Einsatzhärtungstiefe, der Bauteilgröße und der Stahlsorte ab.
Die meisten hitzebeständigen Stahlgussteile entsprechen der Norm ASTM A297 . Diese Norm gewährleistet die Sicherheit und Festigkeit der Stahlgussteile beim Einsatz in sehr heißen Umgebungen. Sie legt außerdem gebräuchliche Bezeichnungen für hitzebeständige Stähle fest, um die Verständigung zwischen Gießereien, Ingenieuren und Einkäufern zu erleichtern.
Die folgende Tabelle zeigt vier gängige hitzebeständige Stahlsorten nach ASTM A297.
| ASTM A297-Klasse | Stahlsorte | Maximale Arbeitstemperatur | Common-Gebrauch |
| HF | Stahl mit Chrom und Nickel | Bis zu 870°C | Brennerdüsen, Ofenteile, leichte Wärmeträger |
| HH | Stahl mit höherem Chromgehalt | Bis zu 1095°C | Wärmebehandlungsvorrichtungen, Roststangen, Schienen |
| HK | Stahl mit hohem Chrom- und Nickelgehalt | Bis zu 1150°C | Ofenrohre, Reformerrohre, Ofenteile |
| HU | Stahl mit sehr hohem Nickelgehalt | Bis zu 1150°C | Teile mit schneller Aufheiz- und Abkühlfunktion, Hochleistungsofenbetrieb |
Die Noten einfach erklärt
Wenn wir gefragt werden, welche hitzebeständige Stahlsorte man wählen sollte, lautet die wahre Antwort immer:
„Das hängt von der Hitze, der Belastung und der Art der Verwendung des Bauteils ab.“
Im Laufe der Jahre haben wir immer wieder dieselben Qualitätsstufen beobachtet. Im Folgenden erklären wir sie Werksleitern, Instandhaltungsteams und Einkäufern.
Güteklasse HF – Gut für mittlere Hitze
Stahl der Güteklasse HF ist oft der erste Schritt in Richtung hitzebeständiger Stähle. HF wird häufig für Ofenkomponenten, Wärmebehandlungsvorrichtungen, Strahlungsrohre und andere Bauteile eingesetzt, die kontinuierlichen oder zyklischen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Seine stabile austenitische Struktur gewährleistet eine gute Kriechfestigkeit und Dimensionsstabilität und macht ihn zu einem zuverlässigen Werkstoff für den Langzeiteinsatz in industriellen Heiz- und metallurgischen Prozessumgebungen.
Wenn HF gut funktioniert:
- Die Hitze ist nicht extrem
- Die Teile tragen kein hohes Gewicht
- Die Temperatur bleibt konstant
Erfahrungsgemäß erfüllt HF seinen Zweck bei ruhigen Bedingungen. Steigen jedoch die Temperaturen oder die Belastungen, ist es Zeit, die nächsthöhere Güteklasse in Betracht zu ziehen.
Güteklasse HH – Für heißere Bedingungen entwickelt
Die Güteklasse HH verträgt höhere Temperaturen als HF. Sie enthält mehr Chrom, was zum Schutz der Metalloberfläche beiträgt.
Warum Pflanzen HH wählen:
- Bessere Beständigkeit gegen heiße Luft und Flammen
- Stärkerer Oberflächenschutz
- Lange Lebensdauer bei konstanter Hitze
Praxistipp: HH ist eine zuverlässige und robuste Stahlsorte. Wenn ein Bauteil den ganzen Tag über heiß bleibt, hält HH in der Regel länger als HF.
Güteklasse HK – Hergestellt für sehr hohe Temperaturen
Die Güteklasse HK wird verwendet, wenn Teile in der Nähe von Feuer oder heißem Gas liegen.
Was Hongkong von anderen unterscheidet:
- Hoher Chromgehalt zum Oberflächenschutz
- Höherer Nickelgehalt für höhere Festigkeit bei Hitze
- Konzipiert für dauerhafte, sehr heiße Bedingungen
Man findet HK oft in:
- Ofenrohre
- Ofenteile
- Reformer- und Heizsysteme
⚠️ Wichtiger Hinweis: HK verträgt keine schnellen Temperaturwechsel. Wir haben festgestellt, dass es bei langsamen Temperaturänderungen lange hält, aber bei zu schnellen Temperaturschwankungen Risse bekommt.
Güteklasse HU – Am besten geeignet für extreme Temperaturzyklen
Die Güteklasse HU weist einen sehr hohen Nickelgehalt auf. Dies verleiht ihr Festigkeit und Flexibilität bei hohen Temperaturen.
Warum HU ausgewählt wurde:
- Geeignet für schnelles Aufheizen und Abkühlen
- Geringere Rissneigung unter Belastung
- Stark geeignet für Arbeiten bei extremer Hitze
Unsere Meinung: Wenn Rissbildung in der Vergangenheit ein Problem war, lohnt sich HU oft trotz der höheren Kosten.
Industrielle Anwendungen von hitzebeständigem Guss
Hitzebeständige Gussteile sind für den reibungslosen Ablauf vieler Industriezweige unerlässlich. Ohne sie würden Maschinen häufiger ausfallen, Reparaturen teurer werden und die Sicherheitsrisiken steigen.
Petrochemische Pflanzen
In petrochemischen Anlagen werden hitzebeständige Gussteile im Inneren von Öfen und Heizgeräten verwendet.
Diese Teile:
- Heiße Gase leiten
- Stützleitungen zum Transport von Kraftstoff oder Chemikalien
- Laufe Tag und Nacht ohne Ruhe
Wenn ein Teil ausfällt, muss möglicherweise der gesamte Ofen abgeschaltet werden. Deshalb sind robuste, hitzebeständige Gussteile hier von entscheidender Bedeutung.
Kraftwerke
Kraftwerke sind auf hitzebeständige Gussteile angewiesen in:
- Kessel
- Heizsysteme
- Hochtemperaturstützen
Diese Bauteile sind über längere Zeiträume heißem Dampf und Gas ausgesetzt. Funktionieren sie einwandfrei, läuft die Anlage sicher. Bei einem Ausfall kommt es schnell zu Produktionsausfällen.
Gute Gussteile bedeuten weniger Notabschaltungen und weniger Reparaturarbeiten in der Nachtschicht.
Zement- und Bergbauanlagen
Zement- und Bergbaumaschinen arbeiten unter härtesten Bedingungen.
Hitzebeständige Gussteile werden verwendet in:
- Öfen
- Kühler
- Schwerlast-Fördersysteme
Diese Teile müssen Folgendes bewältigen:
- Hohe Hitze
- Schwergewicht
- Staub und Schutt
Langlebige Gussteile tragen dazu bei, dass Anlagen länger zwischen Reparaturen laufen und Ausfallzeiten reduziert werden.
Von uns hergestellte hitzebeständige Gussteile
Über die in diesem Leitfaden beschriebenen Werkstoffe hinaus fertigen wir die hitzebeständigen Gussteile selbst – als einzelne Ersatzteile oder in Serien für Öfen, Brennöfen, Verbrennungsanlagen und Wärmebehandlungsanlagen, die bei 800–1200 °C betrieben werden. Jedes Teil wird aus der für seinen Einsatzort und seine Funktion passenden Legierung gegossen; es wird nicht eine einzige Legierung für alle Anwendungen verwendet.
| Teil | Betriebs- und Ausfallmodus | Empfohlene Noten |
|---|---|---|
| Ofenroststäbe | 800–1100 °C, direkte Flamme + Ascheerosion | ZG30Cr18Ni12Si (medium-temp), ZG4Cr25Ni20Si2 (Cr25Ni20) |
| Brennerdüsen und Verbrennungsteile | Hochtemperaturbetrieb + Start-Stopp-Temperaturzyklen | ZG4Cr25Ni20Si2 (Cr25Ni20) |
| Stützbalken | 1000–1200 °C, tragend, Kriechen ist die Grenze | ZG4Cr25Ni20Si2 (Cr25Ni20); ZG4Cr24Ni48W5Si2 above 1150°C |
| Ofenmöbel, wärmebehandelte Körbe und Vorrichtungen | 1000–1100 °C, wiederholte Temperaturzyklen | ZG4Cr25Ni20Si2 (Cr25Ni20) |
Bauteile aus Cr25Ni20 erreichen typischerweise eine Lebensdauer von 10,000–20,000 Betriebsstunden bei 1000–1100 °C. Kundenspezifische Bauteile werden nach Zeichnung gegossen – senden Sie uns dazu bitte das verschlissene Bauteil, eine Zeichnung oder die Modellbezeichnung und die Betriebstemperatur des Geräts. Jedes Bauteil wird einer spektroskopischen Materialprüfung unterzogen, die Maße werden überprüft und die entsprechenden Prüfberichte werden der Lieferung beigefügt.
Die vollständige Auswahllogik für jede Güteklasse (Oxidationsbeständigkeit, Kriechverhalten, thermisches Ermüdungsverhalten) finden Sie in unserem Leitfaden für hitzebeständige Ofengussteile – Cr25Ni20-Güten und -Komponenten ; Informationen zu den Gießverfahren für diese Teile finden Sie unter Metallguss . Fordern Sie ein Angebot oder ein Muster zur praktischen Anwendung an.
Hitzebeständige Beschichtungen und laufende Pflege
Einige Teile sind mit hitzebeständiger Farbe geschützt . Diese Farbe wird üblicherweise auf die Außenseite von Gusseisen- oder Stahlteilen aufgetragen.
Was hitzebeständige Farbe leisten kann
Hitzebeständige Farbe hilft dabei, indem sie:
- Verlangsamung des Rostens
- Reduzierung von Oberflächenschäden
- Begrenzung der Oberflächenskalierung
Dadurch lassen sich die Teile auch leichter inspizieren und reinigen.
Wo die Farbe an ihre Grenzen stößt
Die meisten hitzebeständigen Farben sind nur bis 600–650°C geeignet.
Darüber hinaus:
- Farbe kann reißen
- Farbe kann abblättern
- Farbe kann verbrennen
⚠️ Wichtiger Hinweis: Lack macht Metall nicht fester. Er kann weder Verbiegen noch Dehnen oder innere Beschädigungen verhindern.
Bei hohen Temperaturen reicht Lack allein nicht aus. Wählen Sie zuerst den richtigen hitzebeständigen Stahl.
Wie man den richtigen Castingpartner auswählt
Die Wahl der richtigen Gießerei ist genauso wichtig wie die Wahl des richtigen Metalls.
Worauf Sie bei einer Gießerei achten sollten
Eine gute Gießerei wird:
- Qualitätsregeln befolgen
- Führen Sie übersichtliche Produktionsaufzeichnungen.
- Die Gussteile sollten jedes Mal auf die gleiche Weise hergestellt werden.
Dadurch werden Defekte reduziert und die Zuverlässigkeit verbessert.
Testen ist wichtig
Gute Gießereien prüfen ihre Gussteile.
Sie überprüfen häufig Folgendes:
- Risse
- Versteckte Mängel
- Interne Mängel
Diese Tests tragen dazu bei, sicherzustellen, dass die Teile sicher sind, bevor sie eingebaut werden.
Fragen Sie nach Schleuderguss
Wenn Ihre Teile rund oder rohrförmig sind, fragen Sie nach, ob die Gießerei Schleuderguss anbietet.
Dieser Prozess:
- Erzeugt dichtes Metall
- Reduziert interne Defekte
- Eignet sich gut für hochhitzebeständige Teile
Hilfe bei der Wahl der richtigen Note
Ein guter Gießereipartner stellt Fragen, bevor er die Teile herstellt.
Sie sollten fragen nach Folgendem:
- Wärmestufe
- Gewicht und Belastung
- Wie oft sich die Temperaturen ändern
Dadurch wird vermieden, dass man sich für ein zu schwaches oder zu teures Metall entscheidet.
Fazit
Hitzebeständiges Gussmaterial ist erforderlich, wenn Metallteile in sehr heißen Umgebungen eingesetzt werden. Normales Metall hält diesen Bedingungen nicht lange stand. Ob Sie Festigkeit, Haltbarkeit, Bearbeitbarkeit oder Korrosionsbeständigkeit verbessern möchten – die richtige Wärmebehandlung kann entscheidend sein.
Spezielle Metalle wie Chrom und Nickel schützen Stahl vor Hitze, Rost und Rissbildung. Normen wie ASTM A297 dienen als Leitfaden für die Materialauswahl und Qualitätssicherung.
Die Wahl der richtigen Werkstoffgüte und des richtigen Gießverfahrens ist entscheidend. Bei runden, hochtemperaturbeständigen Teilen liefert das Schleudergießen oft die besten Ergebnisse.
