Grauguss und Sphäroguss sind die beiden in der Industrie am häufigsten verwendeten Gusseisensorten, und der praktische Unterschied zwischen ihnen lässt sich auf ein Merkmal zurückführen: die Form des Graphits. Grauguss erstarrt mit flockenförmigem Graphit, während duktiles Gusseisen kugelförmigen Graphit bildet. Dieser eine Unterschied bestimmt Festigkeit, Zähigkeit, Dämpfungseigenschaften, Bearbeitbarkeit und Kosten, weshalb die Wahl der Güteklasse in erster Linie von der Graphitform und nicht von der Bezeichnung abhängen sollte.
Beide Metalle sind Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 2 bis 4 Prozent sowie geringen Anteilen an Silizium, Mangan und anderen Elementen. Sie lassen sich gut gießen, füllen komplexe Formen aus und werden durch Schmelzen, Legieren und Gießen hergestellt, nicht durch Schmieden oder Zerspanen von Stangenmaterial. Im Folgenden werden die beiden Werkstoffgruppen hinsichtlich ihrer Mikrostruktur, ihrer mechanischen Eigenschaften, ihrer Anwendungsbereiche und ihrer Auswahl verglichen.
Was ist Grauguss?
Grauguss enthält Graphit in Form von Flocken. Wenn ein Gussteil bricht, verläuft der Bruch entlang der Flocken, und die Bruchfläche erscheint grau – daher stammt auch der Name. Die Flocken bewirken Grauguss leicht zu bearbeiten: Sie wirken als Spanbrecher und dienen beim Zerspanen als Trockenschmiermittel. Grauguss dämpft Schwingungen zudem etwa 20- bis 25-mal besser als Stahl – eine Eigenschaft, auf die sich Werkzeugmaschinenhersteller seit mehr als einem Jahrhundert verlassen.
Die Flockenstruktur hat ihren Preis. Grauguss weist kaum messbare Duktilität oder Streckgrenze auf und sollte daher nicht dort eingesetzt werden, wo starke Stoßbelastungen oder Biegespannungen auftreten. Er eignet sich für Bauteile, die gleichmäßigen Druckbelastungen ausgesetzt sind und bei denen Schwingungsdämpfung oder gute Zerspanbarkeit gefragt sind, wie beispielsweise Motorblöcke, Maschinenfundamente, Bremstrommeln, Getriebegehäuse und Rohrverbindungsstücke.
Was ist duktiles Gusseisen?
Duktiles Gusseisen, auch Sphäroguss genannt, wird hergestellt, indem der Schmelze Magnesium zugesetzt wird, sodass der Graphit in Form von Kugeln statt in Form von Flocken erstarrt. Die runde Form des Graphits beseitigt die rissartigen Spannungskonzentrationen der Flocken und sorgt so für duktiles Eisen messbare Streckgrenze, Dehnung und Schlagzähigkeit, die Grauguss nicht aufweist. Duktiler Gusseisen wurde 1948 entwickelt und ist mittlerweile die erste Wahl für Bauteile, die Biegebelastungen, Druck oder Stößen ausgesetzt sind.
Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Kurbelwellen, Zahnräder, Pumpengehäuse, Ventilgehäuse, Rohre und Formstücke, Fahrwerkskomponenten sowie schwere Gehäuse. Es lässt sich nicht so leicht bearbeiten und ist nicht so schwingungsdämpfend wie Grauguss, ist jedoch bei gleicher Querschnittsgröße fester und wesentlich zäher.
Grauguss vs. Sphäroguss: Die wichtigsten Unterschiede
Die Unterschiede lassen sich auf die Form des Graphits zurückführen. Grauguss enthält Flockengraphit, während duktiler Guss Kugelgraphit enthält. Die Flocken verursachen innere Kerben, die die Festigkeit und Duktilität einschränken, jedoch die Dämpfungseigenschaften und die Zerspanbarkeit verbessern; die Kugeln verteilen die Spannung gleichmäßiger, was die Festigkeit, Duktilität und Schlagzähigkeit erhöht.
Die Güteklassen folgen zudem unterschiedlichen Normen. Grauguss wird gemäß ASTM A48 spezifiziert, mit Klassennummern wie 25 und 40, die sich auf die Zugfestigkeit in ksi beziehen. Duktiles Gusseisen wird gemäß ASTM A536 spezifiziert, mit Bezeichnungen wie 60-40-18 und 120-90-02, die in dieser Reihenfolge die Zugfestigkeit, die Streckgrenze und die Dehnung angeben. Bei den Kosten gilt das gleiche Muster: Grauguss ist im Guss- und Bearbeitungsprozess kostengünstiger, während duktiler Guss zwar teurer ist, dafür aber Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit bietet, wo diese für die jeweilige Anwendung erforderlich sind. Die Angabe der Güteklasse und der Norm ist wichtiger als die Bezeichnung der Materialfamilie, und die gesamte Bandbreite der Gusseisensorten sollte vor der Fertigstellung der Zeichnung noch einmal überprüft werden.
Vergleich der mechanischen Eigenschaften
Die Tabelle fasst typische Werte aus veröffentlichten Vergleichen zusammen; die genauen Zahlen hängen von der Güteklasse, der Querschnittsdicke und der Wärmebehandlung ab.
| Eigentum | Graues Eisen | Sphäroguss |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 20–40 ksi (Klasse 25–40, ASTM A48) | 60–120 ksi (60-40-18 bis 120-90-02, ASTM A536) |
| Streckgrenze | Nicht unter Zugbelastung messbar | 40–90 ksi |
| Dehnung | Unter 1 Prozent | Bis zu 18 Prozent (60-40-18) |
| Schlagzähigkeit | Niedrig | Hoch |
| Schwingungsdämpfung | Hervorragend, etwa 20–25-fache Vergrößerung (Stahl) | Gut |
| Bearbeitbarkeit | Ausgezeichnet | Gut |
| Wärmeleitfähigkeit | Höher | Unter |
| Kosten pro Guss | Unter | Höher |
Kurz gesagt: Grauguss punktet bei Dämpfung, Bearbeitbarkeit und Kosten; Sphäroguss bei Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit. Welche Sorte die richtige ist, hängt davon ab, welche dieser Eigenschaften für die jeweilige Anwendung entscheidend sind.
Typische Anwendungsbereiche für Grauguss und Sphäroguss
Wählen Sie die Güteklasse anhand der Belastung und nicht anhand der Bezeichnung. Grauguss eignet sich für gleichmäßige Druckbelastung, Vibrationen und Bearbeitungskosten; duktiler Guss eignet sich für Stoßbelastung, Biegebelastung, Druckbelastung und Ermüdung.
Typische Anwendungsbereiche von Grauguss
Grauguss wird für Motorblöcke und Zylinderköpfe, Maschinenbetten, Bremsscheiben und -trommeln, Getriebegehäuse, Riemenscheiben sowie Gussteile für den kommunalen Bereich wie Schachtabdeckungen und Rohrformstücke verwendet. Dank seiner Dämpfungseigenschaften und guten Bearbeitbarkeit ist er die wirtschaftliche Wahl, wenn die Belastungen druckbeaufschlagt und vorhersehbar sind.
Typische Anwendungsbereiche von duktilem Gusseisen
Duktiles Gusseisen wird für Kurbelwellen, Zahnräder, Pumpen- und Ventilgehäuse, Druckrohre und Formstücke für Wasser- und Abwassersysteme, Fahrwerks- und Lenkungskomponenten sowie Gehäuse für die Schwerindustrie verwendet. Insbesondere zum Thema Fluidtechnik finden Sie weitere Informationen in unserem Fallstudie zum Guss des Ventilkörpers wie sich duktiles Gusseisen unter Druck und bei zyklischer Beanspruchung verhält.
So wählen Sie zwischen grauem Gusseisen und duktilem Gusseisen
Die Entscheidung richtet sich zunächst nach der Belastungsart und nicht nach der Werkstoffbezeichnung. Ist das Bauteil starr, unterliegt es vorwiegend Druckbeanspruchung und profitiert von Dämpfung, Wärmeübertragung oder geringen Bearbeitungskosten, ist Grauguss in der Regel die wirtschaftlichste Lösung. Bei Zug-, Biege-, Stoß-, Druck- oder zyklischer Ermüdungsbeanspruchung sollte standardmäßig auf Sphäroguss zurückgegriffen werden.
Wählen Sie Grauguss, wenn
- Es handelt sich um eine gleichmäßige Druckbelastung, wie sie beispielsweise bei Maschinenfundamenten, Motorblöcken und Gegengewichten auftritt.
- Die Konstruktion wird durch Schwingungsdämpfung oder Wärmeleitfähigkeit bestimmt
- Das Bearbeitungsvolumen und die Kosten sind wichtiger als die Zähigkeit
- Der Service ist unaufdringlich und es besteht keine Gefahr von Verletzungen.
Wählen Sie duktiles Gusseisen, wenn
- Das Bauteil muss vor dem Bruch nachgeben oder Stößen und Erschütterungen standhalten.
- Druckbeaufschlagte Bauteile wie Ventilgehäuse, Pumpengehäuse und Wasserleitungen
- Biegung, Ermüdung oder zyklische Beanspruchung spielen die Hauptrolle
- Das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sowie die Zuverlässigkeit rechtfertigen die höheren Materialkosten
FAQ
Was ist fester: Grauguss oder duktiler Guss?
Duktiles Gusseisen weist eine höhere Zugfestigkeit und eine messbare Streckgrenze auf und ist daher überall dort die bessere Wahl, wo es auf Biegefestigkeit, Druckfestigkeit oder Schlagfestigkeit ankommt. Grauguss wird nicht wegen seiner Festigkeit gewählt, sondern aufgrund seiner Dämpfungseigenschaften, seiner Zerspanbarkeit und seiner Kostenvorteile.
Ist Grauguss billiger als duktiler Gusseisen?
Ja. Grauguss ist pro Gussstück kostengünstiger, da er weniger Legierungsbehandlung erfordert und sich leichter bearbeiten lässt. Der Kostenunterschied verringert sich, wenn durch den Einsatz von duktilem Gusseisen dickere Querschnitte vermieden werden oder ein vorzeitiger Ausfall verhindert wird.
Was sollte ich für Pumpengehäuse und Ventilkörper wählen?
Duktiles Gusseisen ist die sicherere Wahl für druckbeaufschlagte Bauteile, da es vor dem Bruch nachgibt und stoßfest ist. Graugusseisen eignet sich für Gehäuse, die nur geringem Druck ausgesetzt sind und bei denen Vibrationen eine große Rolle spielen, sowie bei denen Gewicht und Bearbeitungskosten eine größere Rolle spielen.
Welches Eisen lässt sich leichter bearbeiten?
Grauguss. Die Graphitflocken wirken als Spanbrecher und Trockenschmiermittel, wodurch sich die Standzeit der Werkzeuge verlängert und die Zykluszeiten verkürzen. Sphäroguss lässt sich gut bearbeiten, erfordert jedoch härtere Werkzeuge und niedrigere Drehzahlen, um die gleiche Oberflächengüte zu erzielen.
Sphäroguss – Hersteller von Gusseisenteilen
Bei solchen Entscheidungen kann eine Gießerei helfen. Senden Sie die Zeichnung, die Einsatzbedingungen und die Stückzahlen an unsere Ingenieure, und lassen Sie sie die Qualität, den Formungsprozess und die Nachbearbeitungsschritte bestätigen, bevor die Werkzeuge in Auftrag gegeben werden. Die frühzeitige Klärung dieser Punkte ist kostengünstiger als deren Korrektur nach Produktionsbeginn.
