Was ist Grauguss? Seine Eigenschaften und Anwendungen

Grauguss ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem relativ hohen Kohlenstoff- und Siliziumgehalt. Sein Name leitet sich von der einzigartigen grauen Farbe seiner Bruchfläche ab, die durch die Freilegung von Graphit in seinem Gefüge verursacht wird.

Der Ursprung von Grauguss lässt sich bis nach China um das 5. Jahrhundert v. Chr. zurückverfolgen, wo die Technologie zum Gießen von geschmolzenem Eisen erstmals entwickelt wurde. Diese Technologie wurde um das 15. Jahrhundert in Europa eingeführt und während der industriellen Revolution im 18. Jahrhundert weiterentwickelt und weit verbreitet.

Materialeigenschaften von Grauguss

Die Leistung von Grauguss wird durch seine einzigartige Mikrostruktur bestimmt, die ihm mehrere Eigenschaften verleiht, die für industrielle Anwendungen sehr wertvoll sind.

1. Dämpfungsvermögen

Grauguss hat ein ausgezeichnetes Dämpfungsvermögen, das seine wichtigste physikalische Eigenschaft ist. Die Flockengraphitstruktur in seinem Inneren absorbiert und leitet mechanische Schwingungsenergie effektiv ab und weist hohe Dämpfungseigenschaften auf. Diese Eigenschaft macht es zu einer idealen Wahl für Fertigungskomponenten, die eine hohe Stabilität und geringe Vibrationen erfordern, wie z. B. die Sockel von Werkzeugmaschinenbetten.

2. Bearbeitbarkeit

Das Material ist gut zerspanbar. Diese gute Bearbeitbarkeit ist auf die Graphitphase im Material zurückzuführen, die beim Schneiden als Schmiermittel wirkt. Es reduziert effektiv den Schnittwiderstand und den Werkzeugverschleiß und trägt zu einer glatten Oberflächenbeschaffenheit bei. Dies ist ein wichtiger Kostenfaktor für Bauteile, die eine umfangreiche Nachbearbeitung erfordern.

3. Abnutzungswiderstand

Grauguss weist eine gute Verschleißfestigkeit unter Gleitreibungsbedingungen auf. Seine Mikrostruktur kann Schmiermittel zurückhalten und einen Schutzfilm auf der Reibfläche bilden, der einen direkten Metall-Metall-Kontakt und Verschleiß wirksam verhindert.

4. Zugfestigkeit und Duktilität

Zugfestigkeit und Duktilität sind die Schwachpunkte von Grauguss. Der Flockengraphit in seinem Gefüge wirkt als Spannungskonzentrationspunkt und macht das Material empfindlich gegenüber Zug- und Stoßbelastungen und anfällig für Sprödbrüche. Daher sind dies entscheidende Faktoren, die bei der Bewertung von Anwendungen zu berücksichtigen sind.

5. Erstarrungsschrumpfung

Während des Gießprozesses gleicht die durch die Ausscheidung von Graphit verursachte Volumenausdehnung einen Teil der Erstarrungsschrumpfung aus. Dies führt zu einer niedrigen Netto-Schrumpfungsrate, wodurch sich Grauguss gut für das Gießen komplexer Formen mit strengen Maßanforderungen eignet.

Dichte von Grauguss

Die Dichte von Grauguss ist eine der wichtigsten physikalischen Eigenschaften, die in der Regel von der chemischen Zusammensetzung und der Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst wird. Da die verschiedenen Graugusssorten Unterschiede in ihrer Mikrostruktur aufweisen (insbesondere im Graphitgehalt und in der Art der Matrix), schwankt ihre Dichte innerhalb eines bestimmten Bereichs.

Hier sind die Referenzwerte für die Dichte verschiedener Graugusssorten:

Graues Gusseisen Qualität	Dichtebereich (g/cm³)	Dichtebereich (lb/in³)
HT100 (Klasse 20)	7.00 – 7.15	0.253 – 0.258
HT150 (Klasse 25)	7.10 – 7.25	0.256 – 0.262
HT200 (Klasse 30)	7.20 – 7.35	0.260 – 0.266
HT250 (Klasse 35)	7.25 – 7.40	0.262 – 0.267
HT300 (Klasse 40)	7.30 – 7.45	0.264 – 0.269

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Anmerkung:

Im Allgemeinen nimmt mit steigender Güteklasse (die auf eine höhere Festigkeit und Härte hinweist) auch die Dichte von Grauguss zu.

Die Dichte kann je nach der spezifischen chemischen Zusammensetzung und den Parametern des Gießverfahrens leicht variieren.

 

Grauguss Mikrogefüge

1. Die Kernstruktur: Graphitflocken und metallische Matrix

• Übersicht: Das Mikrogefüge von Grauguss besteht aus zwei Hauptbestandteilen: Graphit-Flocken und die Metallische Matrix. Diese beiden Komponenten sind die entscheidenden Faktoren für alle Eigenschaften von Grauguss.

2. Graphitflocken

• Morphologie: Graphit liegt in Form von Flocken in der Metallmatrix vor, die oft die Form von Rosenblättern oder Würmern haben. Ihre Größe, Anzahl und Verteilung beeinflussen die endgültige Leistung des Materials erheblich.
• Auswirkungen auf Eigenschaften:
  • Positive Auswirkungen: Diese Graphitflocken sind es, die Grauguss seine außergewöhnliche Dämpfungsvermögen und Bearbeitbarkeit. Sie wirken sowohl als interne Schmiermittel als auch als Schwingungsdämpfer.
  • Negative Auswirkungen: Die Flocken erzeugen auch Spannungskonzentrationspunkte im Material, die für die deutlich geringere Belastung verantwortlich sind. Zugfestigkeit und Duktilität aus Grauguss.

3. Die metallische Matrix

• Zusammensetzung: Die metallische Matrix ist die Metallphase, die die Graphitplättchen hält. Sie besteht in der Regel aus Ferrit, Perlitoder eine Mischung aus beidem.
• Auswirkungen auf Eigenschaften:
  • Perlitische Matrix: Wenn die Matrix überwiegend perlitisch ist, weist das Graugussstück eine höhere Festigkeit und Härte auf, obwohl seine Bearbeitbarkeit etwas geringer sein kann.
  • Ferritische Matrix: Eine überwiegend ferritische Matrix führt zu einer geringeren Härte und Festigkeit, aber das Material weist eine bessere Duktilität auf.
  • Gemischte Matrix: Durch die Kontrolle der Abkühlungsgeschwindigkeit und der chemischen Zusammensetzung während des Gießens kann eine gemischte perlitisch-ferritische Matrix erreicht werden, die die Eigenschaften des Materials ausgleicht.

4. Zusammenfassung: Die Verbindung zwischen Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften

Abschließender Punkt: Die endgültigen Eigenschaften von Grauguss lassen sich durch Steuerung der Mikrostruktur sowohl der Graphitflocken als auch der metallischen Matrix einstellen. Eine Erhöhung der Anzahl der Graphitflocken verbessert beispielsweise das Dämpfungsvermögen, während eine Erhöhung des Perlitanteils die Festigkeit erhöht. Dies ist das Grundprinzip, das es den Gießereiingenieuren ermöglicht, die Leistung des Werkstoffs durch eine präzise Steuerung der Zusammensetzung und der Verarbeitung anzupassen.

 

Anwendung von Grauguss

Dank seiner einzigartigen Kombination von Eigenschaften - insbesondere seiner ausgezeichneten Dämpfungsfähigkeit, seiner guten Bearbeitbarkeit und seiner Kosteneffizienz - findet Grauguss in zahlreichen Branchen breite Anwendung. Sein Einsatz konzentriert sich in der Regel auf Bereiche, in denen hohe Festigkeit und Schlagzähigkeit nicht entscheidend sind, sondern Stabilität und Verschleißfestigkeit hoch geschätzt werden.

1. Maschinen- und Werkzeugmaschinenindustrie

Im Maschinenbausektor ist Grauguss ein wesentlicher Werkstoff. Schlüsselkomponenten wie Werkzeugmaschinenbetten, -sockel und -rahmen werden überwiegend aus Grauguss hergestellt. Dies ist vor allem auf seine außergewöhnliche Dämpfungsfähigkeit zurückzuführen, die die während des Zerspanungsprozesses entstehenden Schwingungen wirksam absorbiert und so die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität gewährleistet. Andere Bauteile wie Getriebe- und Lagergehäuse werden ebenfalls häufig aus Grauguss hergestellt.

2. Autoindustrie

Grauguss spielt eine wichtige Rolle in der Automobilindustrie. Typische Anwendungen sind Motorblöcke und Zylinderköpfe, die die guten Dämpfungseigenschaften des Werkstoffs nutzen, um Motorengeräusche und Vibrationen zu verringern. Seine Verschleißfestigkeit ist auch für die Hin- und Herbewegung der Kolben in den Zylindern entscheidend. Außerdem wird Grauguss häufig für Bremsscheiben, Bremstrommeln und Schwungräder verwendet, die von seiner guten Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit profitieren.

3. Rohrleitungs- und Armaturenindustrie

In der Rohrleitungs- und Armaturenindustrie wird Grauguss zur Herstellung verschiedener Rohre, Formstücke und Ventilgehäuse verwendet. Der Grund dafür ist seine hervorragende Gießbarkeit, die es ermöglicht, es leicht in komplexe Formen zu gießen. Aufgrund seiner guten Korrosionsbeständigkeit eignet es sich auch für den Transport von Medien wie Wasser und Gas.

4. Landwirtschaftliche Maschinen und Baumaschinen

Bei Land- und Baumaschinen wird Grauguss häufig für schwere Gegengewichte verwendet. Dabei werden die hohe Dichte und die niedrigen Kosten des Werkstoffs genutzt. So werden beispielsweise Gegengewichte für Traktoren und Bagger größtenteils aus Grauguss hergestellt. Auch andere Bauteile wie Getriebegehäuse und Getriebedeckel werden häufig aus diesem Werkstoff hergestellt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Anwendungen von Grauguss seine Vorteile in bestimmten Leistungsbereichen deutlich machen. Trotz seiner begrenzten Zugfestigkeit bleibt Grauguss ein unverzichtbarer Werkstoff in Bereichen, in denen Dämpfung, Bearbeitbarkeit und Kosten entscheidende Anforderungen sind.