Die mechanischen Eigenschaften von Sphäroguss lassen sich nicht mit einem einzelnen Wert angeben; Zugfestigkeit, Dehngrenze und Bruchdehnung ändern sich mit der Klasse nach DIN EN 1563. Dieser Beitrag erläutert, wie die Klassenbezeichnung zu lesen ist, wie sie sich zur früheren GGG-Bezeichnung verhält und welche Matrix die Eigenschaften bestimmt. Was der Werkstoff ist und wie er entsteht, lesen Sie im Beitrag „Was ist Sphäroguss und warum ist er wichtig?“.
Wie wird die Klassenbezeichnung gelesen?
In DIN EN 1563 wird der Klassenname wie EN-GJS-400-15 geschrieben. „EN-GJS“ steht für Gusseisen mit Kugelgraphit, die erste Zahl gibt die Mindestzugfestigkeit (MPa) an, die zweite die Mindestbruchdehnung (in Prozent). EN-GJS-400-15 bedeutet also eine Mindestzugfestigkeit von 400 MPa und eine Bruchdehnung von 15 %.
Die früheren DIN-Bezeichnungen GGG40, GGG50, GGG60 und GGG70 entsprechen näherungsweise den Klassen EN-GJS-400-15, 500-7, 600-3 und 700-2. Die Gleichwertigkeit ist nicht exakt; steht in einer Spezifikation GGG, sollte die Entsprechung vor der Bestellung bestätigt werden.
Die Dehngrenze (Rp0,2) ist die Spannung, bei der der Werkstoff beginnt, sich bleibend zu verformen, und ist in der Konstruktion oft maßgeblicher als die Zugfestigkeit. Bei Sphäroguss ist das Verhältnis von Dehngrenze zu Zugfestigkeit deutlich höher als bei Grauguss; das trägt dazu bei, dass sich das Teil unter Last vorhersehbarer verhält.
Gängige Klassen und ihre Werte
Bei der Klassenwahl kann der alleinige Blick auf die Zugfestigkeit irreführend sein. Zwei Klassen mit derselben Festigkeit können sich in Duktilität und Bearbeitbarkeit unterscheiden; die Einsatzbedingungen des Teils sollten zusammen mit diesen drei Werten gelesen werden.
Die Mindestwerte in DIN EN 1563 gelten für den getrennt gegossenen Probestab; die Werte am Teil selbst können je nach Wanddicke abweichen. Mit steigender Festigkeit sinkt die Duktilität.
Um die Mindestwerte der Klassen in einer Tabelle zu sehen, rufen Sie die Seite Sphärogussklassen und mechanische Werte auf.
Wie bestimmt die Matrix die Eigenschaften?
Auch bei gleicher Kugelgraphitstruktur ändern sich die Eigenschaften mit der Matrix, die den Graphit umgibt. Eine ferritische Matrix ist weicher und duktiler und lässt sich leicht bearbeiten; eine perlitische Matrix bietet höhere Festigkeit und Verschleißfestigkeit, senkt aber die Duktilität. Niedrige Klassen haben überwiegend ferritisches, hohe Klassen überwiegend perlitisches Gefüge.
Die Matrix wird über chemische Zusammensetzung, Abkühlgeschwindigkeit und Wärmebehandlung eingestellt. Wo höhere Festigkeit gefordert ist, kommen auch wärmebehandelte Sorten wie ausferritischer Sphäroguss (ADI, DIN EN 1564) zum Einsatz. Die Eignung dieser Werkstoffe wird je nach Teil und Prozessbedingungen gesondert bewertet.
Mit Wärmebehandlung lassen sich aus derselben Zusammensetzung unterschiedliche mechanische Werte erreichen. Normalglühen zielt auf ein perlitisches Gefüge, Ferritisierungsglühen auf ein duktiles Gefüge. Da der Wärmebehandlungsbedarf Kosten und Lieferzeit beeinflusst, sollte er bei der Bestellung angegeben werden.
Vergleich mit Grauguss
Im Vergleich zu Grauguss (Lamellengraphit) hat Sphäroguss eine höhere Zugfestigkeit und Dehngrenze, eine deutliche Bruchdehnung und ein besseres Schlagverhalten. Dagegen zeichnet sich Grauguss bei Schwingungsdämpfung und Wärmeleitung aus. Die beiden Werkstoffe ersetzen sich nicht unmittelbar; welcher geeignet ist, hängt von der Belastungsart ab.
Die spanende Bearbeitbarkeit ist bei beiden Werkstoffen in der Regel günstig. Bei hochklassigem perlitischem Sphäroguss kann der Werkzeugverschleiß jedoch höher sein als bei ferritischen Klassen; der Bearbeitungsplan sollte daher auf die Klasse abgestimmt werden.
Auch bei den physikalischen Eigenschaften gibt es Unterschiede: Der Elastizitätsmodul von Sphäroguss ist deutlich höher als der von Grauguss, was bei gleicher Last eine geringere elastische Verformung bedeutet. Die Schwingungsdämpfung ist dagegen bei Gusseisen mit Lamellengraphit besser; bei schwingungsempfindlichen Lagerungen kann dieser Unterschied entscheidend sein.
Bei beiden Werkstoffen beeinflusst die Wanddicke die Verteilung der mechanischen Eigenschaften; in dicken Querschnitten können die Werte im Teil vom Probestab abweichen.
Fazit: Wonach richtet sich die Klassenwahl?
Die Eigenschaften von Sphäroguss sollten zusammen mit der Klasse nach DIN EN 1563 und der Matrix gelesen werden; das Gleichgewicht zwischen Zugfestigkeit, Dehngrenze und Bruchdehnung wird nach der Belastungsart gewählt, die die Anwendung verlangt. Die geeignete Klasse für Ihr Teil können Sie anhand von Zeichnung, Stückzahl und Belastungsangaben mit dem SYC-Gießereiteam bewerten; metallurgische und metallografische Prüfungen können im Bereich Qualitätssicherung je nach Anforderung einbezogen werden.
