Gusseisen mit Lamellengraphit (GG)

Gusseisen mit Lamellengrafit ist eine Eisen-Kohlenstofflegierung mit mindestens 2 % Kohlenstoff und einem Siliciumanteil, der größer 1 % ist.

Je nach benötigten Werkstoffeigenschaften können weitere Legierungselemente zugegeben werden, die Einflüsse auf das Gefüge und somit die mechanischen Eigenschaften haben.

Grauguß mit Lamellengraphit (Grundstoffe: Silicium, Mangan, Phosphor, Schwefel) wird eingestellt über den Sättigungsgrad S_C :

                           C-Gehalt/%
SC= --------------------------------------------------------------
        4,23 - 0,31 Si/% - 0,33 P/% + 0,07 Mn/%

• S_C = 1 bedeutet: Erstarrung wie eine reine Eisen-Kohlenstofflegierung mit dem eutektischen Kohlenstoffgehalt von 4,23%
• S_C < 1 bedeutet untereuktektische und S_C   > 1 bedeutet übereutektische Erstarrung (Neigung zur Grauerstarrung mit Primärausscheidung von Graphit und zur Austenitumwandlung nach dem stabilen System.

Gusseisen mit Lamellengrafit ist ein Werkstoff, bei dem bedingt durch die Eisenzusammensetzung und des Erstarrungsvorgangs der Kohlenstoff überwiegend in lamellarer Form vorliegt.
Typische Form des Grafits:
 

Entscheidend  für die Qualität des Werkstoffes sind die Härte (Brinell) und die Zugfestigkeit (N/mm2). Sie sind auch laut Norm die kennzeichnenden Eigenschaften, daher muss bei einer Bestellungfestgelegt werden, ob die kennzeichnende Eigenschaft des Werkstoffes die Härte oder die Zugfestigkeit ist. Diese beiden Werte sind stark abhängig von der Wandstärke, auch dies wird in der Norm berücksichtigt. Die Abhängigkeit kommt daher,dass eine dünne Wand wesentlich schneller abkühlt als eine dicke Wand und somit ein anderes Grundgefüge entsteht.  Normalerweise wird bei Gusseisen mit Lamellengrafit, häufiger unter dem Namen Grauguss (Dieser Name leitet sich von der Tatsache ab, dass die Bruchflächeeines Gussteiles grau ist) zu finden, ein perlitisches Grundgefüge (Perlit) angestrebt. Dies kann aber nur bei einer normalen Abkühlungsgeschwindigkeit,wie sie bei Wandstärken unter 15 mm vorliegt, entstehen.  Ist die Wand jetzt wesentlich dicker, so kühlt sie außen auch normal ab und es entsteht am Rand auch das perlitische Grundgefüge. Im Wandinneren ist die Abkühlgeschwindigkeit wesentlich geringer und es entsteht hier ferritisches Gefüge (Ferrit), welches wesentlich weicher ist als Perlit und die Zugfestigkeit dadurch vermindert. Somit können bei dicken Wandstärken oder Materialanhäufungen nie die gleichen mechanischen Eigenschaften wie bei dünnwandigen Teilen entstehen.

Typische Form des Grafits: Vergrößerung 1:100

Hier besteht jetzt nur die Möglichkeit, durch Legierungselemente Festigkeitssteigerungen zu erreichen. Es muss dabei aber darauf geachtet werden,dass jedes Legierungselement sowohl Vor- als auch Nachteile mit sich bringt. Als Beispiel sei hier nur das Chrom erwähnt, es erhöht zwar die Festigkeitswerte,dafür erschwert er die anschließende Bearbeitung, bei zu hoher Beimengung von Chrom kann es bei der Bearbeitung bis zum Werkzeugbruch führen.

Neben dem Gefüge hat auch die Form und Größe der Grafitlamellen wesentlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften.

Die Grafitlamellen unterbrechen die Kontinuität des metallischen Grundgefüges, sie wirken quasi wie Fremdkörper. Deswegen muss bei der Zusammenstellung des Eisens darauf geachtet werden, dass der Kohlenstoffgehalt in der Schmelzeeinen gewissen Prozentsatz nicht übersteigt, da sich aus diesem ja die Grafitlamellen bilden.

Angestrebt werden relativ kleine Lamellen und eine regelmäßige Verteilung in der Grundmasse, dies wird durch die Abkühlung und entsprechende Legierungsmittelerreicht.

Werden die Lamellen zu groß oder treten sie in Nestern auf, so verursachensie eine zu große Kerbwirkung und die Zugfestigkeit des Werkstoffes sinkt enorm.

Grauguss mit Lamellengrafit ist der am häufigsten verwendete metallischeWerkstoff.

Neben vielen anderen ist der größte qualitative Vorteil von Grauguss mit Lamellengrafit seine sehr hohe Dämpfungseigenschaft, das heißt bei Teilen, wo viel Schwingungen auftreten, ist er der geeignetste.

Außerdem besitzt dieser Werkstoff die sogenannte Notlaufeigenschaft. Das heißt, es findet eine Selbstschmierung statt, die durch den losen Grafit im Werkstoff möglich ist. Deswegen werden bei vielen Teilen, die Laufbuchsen haben, diese aus Grauguss gefertigt und im Verbundguss mit z.B. Aluminium weiter verarbeitet.

Außerdem ist er im Vergleich zu anderen Werkstoffen (Stahlguss oder Sphäroguss®) am leichtesten und somit am günstigsten herzustellen.

Dies ist möglich, weil dieser Werkstoff sowohl gute Fließeigenschaften als auch eine hohe Selbstspeisung hat. Diese Selbstspeisung hat zur Folge, dass keine großen Speiser zur Herstellung eines dichten Gefüges benötigt werden, die sowohl erst mal Materialkosten als auch Putzkosten verursachen.

Typische Anwendungen für Grauguss mit Lamellengrafit:

    Maschinenbetten

    Motorengehäuse

    Getriebegehäuse

    Kompressorengehäuse

    Bremsscheiben

    Laufbüchsen

Physikalische Eigenschaften von Gusseisen mit Lamellengraphit