Eigenschaften und Klassifizierung von Gusseisen

Gusseisen: Grundlagen und Legierungen

Gusseisen auf Eisenbasis enthält typischerweise über 2,06 % Kohlenstoff und ca. 3 % Silizium.

Einfluss von Legierungselementen

• Graphitisierende Elemente (Si): Fördern die Bildung von Graphit in der Gusseisenmatrix.
• Magnesium (Mg): Wird zusammen mit Silizium zugesetzt, um sphärolithische (kugelförmige) Partikel zu erzeugen.
• Antigraphitisierende Elemente (Ti, Cr, V): Fördern die Bildung von Karbiden und verhindern die Graphitbildung. Dies erhöht die Härte und Verschleißfestigkeit, verringert jedoch Festigkeit und Duktilität.

Weißer Gusseisen

Weißer Gusseisen findet keine direkte industrielle Anwendung, dient jedoch als Basis für andere Gussarten. Die Erstarrung erfolgt gemäß dem metastabilen Fe-C-Diagramm, wobei Zementit (Fe₃C) entsteht. Es zeichnet sich durch hohe Härte und Sprödigkeit aus.

• Ni-Hard-Guss: Durch Nickelzusatz wird die Verschleißfestigkeit gegenüber normalem Grauguss deutlich erhöht.
• Gefüge: Besteht primär aus Ledeburit (Austenit und Zementit), welches sich bei der Umwandlung in Perlit und Zementit umwandelt.

Grauguss (Lamellengraphit)

Grauguss enthält Kohlenstoff in Form von Lamellengraphit. Er ist kostengünstig in der Herstellung, besitzt eine gute Gießbarkeit aufgrund der eutektischen Zusammensetzung und weist eine sehr geringe Schwindung beim Erstarren auf.

• Eigenschaften: Gute Vibrationsdämpfung und Wärmeleitfähigkeit. Die mechanische Festigkeit hängt stark von der Menge und Form des Graphits ab.
• Korrosionsbeständigkeit: Legierungen mit Ni und Cr verbessern die Beständigkeit gegen Schwefel- und Salpetersäure.
• Einflussfaktoren: Schwefel (0,6–3 %) stabilisiert das Gefüge, während Phosphor (< 0,17 %) die Gießbarkeit verbessert, jedoch die Zähigkeit verringern kann.

Temperguss und Sphäroguss

Temperguss wird durch Glühen von weißem Gusseisen gewonnen, um eine höhere Zähigkeit und Dehnbarkeit zu erreichen.

Europäischer Temperguss

Das weiße Gussstück wird in einer oxidierenden Atmosphäre bei 900–1050 °C geglüht, um den Kohlenstoff durch Entkohlung zu reduzieren. Dies ist besonders für dickwandige Stücke geeignet.

Amerikanischer Temperguss

Hierbei wird das weiße Gussstück in einer kontrollierten Atmosphäre geglüht, ohne den Kohlenstoffgehalt wesentlich zu verändern. Je nach Abkühlgeschwindigkeit entsteht ein perlitisches oder ferritisches Gefüge.

Sphäroguss (Gusseisen mit Kugelgraphit)

Durch die Inokulation mit Magnesium oder Cer wird der Kohlenstoff in Form von Sphäroiden (Kugeln) ausgeschieden. Dies minimiert die Kerbwirkung des Graphits und führt zu deutlich besseren mechanischen Eigenschaften, höherer Duktilität und Zugfestigkeit. Die Schmelze muss hierfür sehr rein sein (begrenzte Anteile an Fe, C, Si und P).