Graues Gusseisen

 

Im Gegensatz zum weißen Gusseisen bildet sich beim grauen Gusseisen Graphit im Gefüge anstelle von Zementit. Durch Legierungszusätze kann die Form der Graphitausscheidung gezielt beeinflusst werden. Je nachdem in welcher geometrischen Form der Graphit anschließend im Gefüge vorliegt, wird das Gusseisen unterschiedlich bezeichnet. Hieraus ergeben sich auch prinzipiell unterschiedliche mechanische Eigenschaften und Anwendungsbereiche des entsprechenden Gusseisens. Auf die verschiedenen Graugussarten wird im Folgenden näher eingegangen.

 

Lamellengraphitguss

Ohne größere Behandlung der Schmelze kristallisiert das Graphit normalerweise lamellenförmig aus. Man spricht dann vom sogenannten Lamellengraphitguss.

Das abgebildete Gefügebild zeigt Lamellengraphitguss mit 3,5 % Kohlenstoff. Zu sehen ist das lamellenförmig ausgeschiedene Graphit (dunkle, großflächige Bereiche), das von einem perlitischen Grundgefüge umgeben ist (dunkle, feine Streifen) [fahre zur Vergrößerung mit der Maus über die Abbildung].

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 Abbildung: Gefügebild von Lamellengraphitguss 

Gusseisen mit Lamellengraphit besitzt hervorragende Gießeigenschaften und bietet deshalb ein breites Anwendungsspektrum. Darüber hinaus zeigt der Lamellengraphitguss eine sehr gute Spanbarkeit, da das Graphit zugleich als Festschmierstoff dient. Zudem besitzen die Graphitlamellen im Gussgefüge eine besondere schwingungsdämpfende Wirkung. Deshalb wird Lamellengraphitguss unter anderem als Werkstoff für hoch schwingungsbeanspruchte Bautele wie bspw. Maschinenbette oder Schiffsdieselmotoren verwendet.

Nachteilig wirken sich die Graphitlamellen jedoch auf die Zugfestigkeit aus, da diese wie Kerben ("Sollbruchstellen") im Gussgefüge wirken. Deshalb sollte Lamellengraphitguss nicht auf Zug, sondern auf Druck beansprucht werden. Die Druckfestigkeit liegt dabei um das ca. 4-fache höher als die Zugfestigkeit!

Bei vielen Anwendungen ist man allerdings darauf angewiesen, dass der Gusswerkstoff hohe Zugbelastungen aufnehmen muss. Da dabei die Graphitlamellen offensichtlich störend wirken, muss die lamellenförmige Graphitausscheidung beim Erstarrungs- bzw. Abkühlprozess gezielt unterbunden werden. Eine Alternative zum Lamellengraphitguss bietet dabei der nachfolgend erläuterte Kugelgraphitguss.

 

Kugelgraphitguss

Damit sich der Graphit im Grauguss nicht lamellenförmig sondern kugelförmig ausscheidet, muss die Schmelze vor der Erstarrung gezielt mit Zusätzen wie bspw. Aluminium behandelt werden. Eine Graphitausscheidung in kugelförmiger Gestalt wird dann als Kugelgraphitguss (Sphäroguss) bezeichnet.

Das Bild zeigt das Gefüge von Kugelgraphitguss mit 3,6 % Kohlenstoff. Zu sehen ist das kugelförmig ausgeschiedene Graphit (dunkle, rundliche Bereiche), das sich aus den unmittelbar umliegenden Bereichen zusammengezogen hat. Es handelt sich bei den umliegenden Bereichen um nahezu kohlenstofffreies Eisen (Ferrit), die hierdurch weiß erscheinen.

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Abbildung: Gefügebild von Kugelgraphitguss 

Da beim Kugelgraphitguss die Kerbwirkung durch die rundliche Form des Graphits im Vergleich zum Lamellengraphitguss stark gemildert wird, zeigt der Späroguss eine deutlich bessere Zugfestigkeit.

 

Vermiculargraphitguss

Ein Kompromiss in den Eigenschaften zwischen dem Lamellen- und dem Kugelgraphitguss bietet der sogenannte Vermiculargraphitguss. Dabei wird das Graphit wurmartig ausgeschieden, wobei sich bis zu einem gewissen Anteil auch kugelförmiges Graphit im Gefüge bilden darf.

Das Gefügebild (leider noch nicht vorhanden!) zeigt Vermiculargraphitguss. Zu sehen ist das wurmartig ausgeschiedene Graphit (schwarz), das sich zum Teil noch kugelförmig ausgeschiedenen hat. Der Kohlenstoff wurde dabei den umliegenden Bereichen entzogen, die deshalb weiß erscheinen (Ferrit).

Aufgrund seiner guten Temperaturwechselbeständigkeit eignet sich der Vermiculargraphitguss vor allem im Motorenbau.

 

Temperguss

Beim sogenannten Temperguss (Flockengraphitguss), formt sich der Kohlenstoff zu einzelnen Graphitflocken. Um diese flockenförmige Graphitstruktur zu erhalten, erstarrt die Vorstufe des Tempergusses - der sogenannte Temperrohguss - zunächst graphitfrei. Im Gefüge des Temperrohgusses findet sich somit lediglich Zementit statt Graphit wieder (weißes Gusseisen). Erst durch eine nachträgliche Wärmebehandlung, dem Tempern, zerfällt der metastabile Zementit in seine endgültige flockenförmige Graphitform und zählt dann zum grauen Gusseisen.

Das abgebildete Gefügebild zeigt Temperguss mit 2,7 % Kohlenstoff. Zu sehen ist das flockenförmig ausgeschiedene Graphit (schwarze Bereiche). Um die Flocken bilden sich häufig kohlenstofffreie Bereiche (Ferrit), die deshalb weiß erscheinen. Dort hat sich der Kohlenstoff aus dem Gitter zur Flockenstruktur zusammengelagert.

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Abbildung: Gefügebild von Temperguss

Vorteil des Tempergusses ist die gute Gießbarkeit bei gleichzeitig stahlähnlichen Eigenschaften wie gute Zähigkeit und Festigkeit. Anwendung findet der Temperguss bspw. bei dünnwandigen Bauteilen, Bremstrommeln, Fittings, etc.

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