Grauguss ist ein graues Gusseisen, in dem der Graphit in dünnen Lamellen vorliegt, und gehört zu den in Gießereien am häufigsten verwendeten Werkstoffgruppen. Dieser Beitrag erläutert die ingenieurtechnischen Vorteile und Grenzen von Grauguss und die Punkte, die bei der Sortenwahl zu beachten sind. Anwendungsbeispiele nach Bauteilen finden Sie im Beitrag „Einsatzbereiche von Grauguss“.
Was ist Grauguss?
Grauguss ist die in der Türkei etablierte Bezeichnung für Gusseisen mit Lamellengraphit. Nach der europäischen Norm DIN EN 1561 wird er mit EN-GJL bezeichnet, die frühere DIN-Bezeichnung lautet GG. Der Kohlenstoff scheidet sich als plattenförmiger Graphit aus; die Bruchfläche erscheint wegen dieses Graphits grau.
Das Gefüge von Grauguss wird nicht nur von der Graphitform, sondern auch von der Matrix bestimmt: Eine überwiegend perlitische Matrix erhöht Festigkeit und Verschleißfestigkeit, ferritische Bereiche senken die Härte und erleichtern die Bearbeitung. Länge und Verteilung der Graphitlamellen bestimmen außerdem das Verhältnis zwischen Zugfestigkeit und Dämpfungsvermögen.
Die Graphitlamellen verleihen dem Werkstoff sowohl seine Stärken als auch seine Grenzen. Die meisten Vorteile im nächsten Abschnitt gehen unmittelbar auf dieses Gefüge zurück.
Die wichtigsten Vorteile von Grauguss
Die Vorteile von Grauguss haben je nach Anwendung unterschiedliches Gewicht; in vielen Fällen sind ein oder zwei davon entscheidend, und die Werkstoffklasse wird nach dieser Priorität gewählt. Die wichtigsten Vorteile sind:
- Schwingungsdämpfung: Lamellengraphit dämpft Schwingungsenergie; diese Eigenschaft ist bei schwingungsempfindlichen Konstruktionen von Bedeutung.
- Druckfestigkeit: Das Verhalten unter Druckbelastung ist deutlich besser als unter Zugbelastung.
- Gießbarkeit: Die Schmelze füllt die Form gut aus, und die Lunkerneigung ist gering; Geometrien mit komplexen Querschnitten und dünnen Wänden lassen sich kostengünstig gießen.
- Spanende Bearbeitbarkeit: Die Graphitlamellen brechen den Span; Standzeit des Werkzeugs und Oberflächenqualität sind in der Regel günstig.
- Wärmeleitung: Im Vergleich zu Sphäroguss leitet er Wärme besser und ist gegenüber Temperaturwechseln toleranter.
- Verschleiß- und Gleitverhalten: Der Graphit wirkt auf Gleitflächen als Schmierstoff.
- Kosten: Rohstoff- und Bearbeitungskosten bleiben in vielen Fällen niedriger als bei alternativen Werkstoffen.
Grenzen und zu beachtende Punkte
Grauguss ist kein duktiler Werkstoff; die Bruchdehnung ist sehr gering, und gegenüber Schlagbelastung ist er schwächer als Sphäroguss. Auch die Zugfestigkeit liegt unter der von Sphäroguss und Stahlguss. Bei Teilen unter Schlag-, Biege- oder Ermüdungsbelastung kann daher ein anderer Werkstoff erforderlich sein.
Die Festigkeit von Grauguss ist wanddickenempfindlich: Dicke Querschnitte kühlen langsamer ab, das Gefüge vergröbert sich, und die Festigkeit derselben Klasse sinkt. Die Festigkeit im Teil kann sich deshalb vom getrennt gegossenen Probestab unterscheiden, und Querschnittsübergänge sollten bereits in der Konstruktion berücksichtigt werden.
Die geringe Duktilität wirkt sich unmittelbar auf die Geometrie der lasttragenden Bereiche aus. Scharfe Innenecken erzeugen Spannungsspitzen und erhöhen das Rissrisiko; Radien an den Ecken und das Vermeiden abrupter Querschnittswechsel sind deshalb besonders wichtig.
Auch Härte und Bearbeitbarkeit hängen zusammen: Ein hochklassiges perlitisches Gefüge ist verschleißfester, kann aber die Standzeit des Werkzeugs verkürzen. Bei Teilen, die spanend bearbeitet werden, sollte die Klassenwahl daher zusammen mit dem Bearbeitungsplan erfolgen.
Wie wird die Werkstoffklasse gewählt?
In DIN EN 1561 gibt die Zahl im Klassennamen die Mindestzugfestigkeit am getrennt gegossenen Probestab in MPa an: EN-GJL-250 bedeutet beispielsweise eine Mindestzugfestigkeit von 250 MPa. Mit der früheren Bezeichnung entspricht dieser Klasse GG25. Die Norm enthält Klassen von 100 bis 350.
Die Klassenwahl erfolgt unter Berücksichtigung von Belastungsart, Wanddicke, Anforderungen an Schwingungs- und Wärmeverhalten, Bearbeitungszugabe und Kosten. Eine höhere Klasse bedeutet in der Regel eine engere Kontrolle von Zusammensetzung und Prozess. Gehen die Anforderungen über die Zugfestigkeit hinaus (Duktilität, Schlag), sollte auch Sphäroguss in den Vergleich einbezogen werden.
Auf der Seite der Qualitätssicherung dienen Zugversuch, Härteprüfung und Gefügeuntersuchung der Verifizierung der Klasse. Werden Probenart (getrennt gegossen oder dem Teil entnommen) und Abnahmekriterien in der Bestellspezifikation von Anfang an festgelegt, bleibt zwischen dem tatsächlichen Wert im Teil und dem Mindestwert der Norm keine Unsicherheit.
Um die Klassenwerte als Tabelle zu sehen, rufen Sie die Seite Graugussklassen und mechanische Werte auf.
Fazit: Wann ist Grauguss geeignet?
Grauguss ist eine kostengünstige Lösung, wenn Schwingungsdämpfung, Druckfestigkeit, Gießbarkeit und Bearbeitbarkeit gefragt sind. Wer seine Grenzen (geringe Duktilität, Querschnittsempfindlichkeit) von Anfang an kennt, setzt ihn problemlos ein. Für welche Teile er bevorzugt wird, finden Sie im Beitrag „Einsatzbereiche von Grauguss“.
Bei SYC liegen die Stufen vom Modell- und Formenbau über den Guss bis zur mechanischen Bearbeitung im selben Unternehmen. Sie können mit einer Zeichnung oder einer kurzen Beschreibung ein Angebot anfordern und die Werkstoffklasse mit unserem Team anhand von Belastungsart, Betriebstemperatur und Umgebung klären.
