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Eisengusswerkstoffe – Gusseisen mit Kugelgraphit

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Bei Gusseisen mit Kugelgraphit handelt es sich um eine Eisen-Kohlenstoff-Silicium-Gusslegierung, die bessere mechanische Eigenschaften aufweist, als Gusseisen mit Lamellengraphit. Die Graphiteinlagerungen liegen beim Gusseisen mit Kugelgraphit kugelförmig vor. Nach der aktuellen europäischen Norm DIN EN 1563 wird Gusseisen mit Kugelgraphit kurz mit GJS bezeichnet, die alte Bezeichnung für den Eisengusswerkstoff war GGG (nach DIN 1693).

Eigenschaften von Gusseisen mit Kugelgraphit

Wie bereits erwähnt hat Gusseisen mit Kugelgraphit bessere mechanische Eigenschaften als Gusseisen mit Lamellengraphit. Grund für die besseren mechanischen Eigenschaften ist, dass die Graphiteinlagerungen kugelförmig sind (und nicht lamellenförmig). Die kugelförmige Geometrie der Graphiteinlagerungen wird durch entschwefeln der Schmelze erreicht, was durch die Zugabe von geringen Mengen an Magnesium, Cer oder Calcium geschieht.
Gusseisen mit Kugelgraphit vereint gute Gießbarkeit mit Festigkeits- und Zähigkeitswerten ähnlich wie Stahl. Eine Modifikation der Werkstoff-Eigenschaften ist durch nachträgliche Wärmebehandlung realisierbar z.B. durch Spannungsarmglühen, Perlitisieren, Weichglühen u.a.

Vorteile von Gusseisen mit Kugelgraphit sind:
•    gute Gießbarkeit
•    gute Festigkeit (ähnlich wie Stahl)
•    gute Zähigkeit(ähnlich wie Stahl)
•    gute Zugfestigkeit (ähnlich wie Baustähle, Vergütungsstähle)

Einsatzgebiete für Gusseisen mit Kugelgraphit

Gusseisen mit Kugelgraphit eignet sich für die Herstellung von komplizierten Gussteilen, die hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind.

Typische Einsatzgebiete für Gusseisen mit Kugelgraphit sind:
•    Motoren
•    Kompressoren
•    Turbinen
•    Bergbau
•    Schiffbau
•    Hüttenwesen
•    Maschinenbau

Bezeichnungssystem für Gusseisen mit Kugelgraphit

Nach der alten Norm DIN 1693, die in der Praxis noch immer gängig ist, wird Gusseisen mit Kugelgraphit  mit GGG bezeichnet. Die neue Bezeichnung (nach DIN EN 1563) lautet EN-GJS. Die Zahl hinter der Bezeichnung gibt die Mindestzugfestigkeit eines gegossenen Probestabes an. Teilweise wird auch die Bruchdehnung angegeben.

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a) Unlegiertes Gusseisen mit Kugelgraphit

Beispiele:

Neue Bezeichnung EN-GJS-500
Alte Bezeichnung: GGG-50
=> Mindestzugfestigkeit = 500 N/mm2

Neue Bezeichnung EN-GJS-500-10
Alte Bezeichnung:GGG-5010
=> Mindestzugfestigkeit = 500 N/mm2, Bruchdehnung = 10 %

b) Legiertes Gusseisen mit Kugelgraphit 

Bei legiertem Gusseisen mit Kugelgraphit  werden hinter die Bezeichnung GGG bzw. EN-GJS die wichtigsten Legierungselemente und ihr prozentualer Anteil geschrieben. Dabei muss man die Angegebene Zahl immer durch 10 dividieren. In manchen Fällen wird auch der Kohlenstoffgehalt des Gusseisens angegeben. Diese Angabe muss immer durch 100 dividiert werden

Beispiele:

GGG-NiMo 44 => 0,4% Ni + 0,4% Mo
GGG 350 NiMo 44 => 3,5% C + 0,4% Ni + 0,4% Mo

Werkstoff-Tabelle

Die nachstehende Tabelle zeigt verschiedene Sorten von Gusseisen mit Kugelgraphit und ihre wichtigsten Kennwerte.

Werkstoff-Bezeichnung
nach DIN EN 1563
EN-GJS-350-22-LT EN-GJS-400-18-LT EN-GJS-400-15 EN-GJS-500-7
EN-GJS-600-2
EN-GJS-700-2
EN-GJS-800-7 EN-GJS-900-4
Werkstoff-Bezeichnung
nach DIN EN 1693
GGG 35.3 GGG 40.3 GGG 40 GGG 50 GGG 60 GGG 70 GGG 80 GGG 90
Werkstoffnummer
nach DIN EN 1563
EN-JS1015 EN-JS1025 EN-JS1030 EN-JS1050 EN-JS1060 EN-JS1070 EN-JS1080 EN-JS1090
Werkstoffnummer
nach DIN EN 1693
0.7040 0.7043 0.7040 0.7050 0.7060 0.7070 0.7080 0.7090
Grundgefüge ferritisch ferritisch überwiegend ferritisch ferritisch-perlitisch überwiegend perlitisch perlitisch perlitisch-sorbitisch perlitisch-sorbitisch
Zugfestigkeit Rm
[N/mm2]
350 400 400 500 600 700 800 - 1000 900 - 1200
0.1%-Streckgrenze Rp0.1 [N/mm2] 220 250 280 350 420 500 570 - 700 650 - 800
Bruchdehnung A
[%]
22 18 15 7 2 2 7 4
Brinellhärte HB 30 120 - 175 130 - 180 135 - 185 170 - 220 200 - 250 230 - 320 250 - 320 250 - 320
Elastizitätsmodul
[kN/mm2]
165000 bis 185000
Druckfestigkeit
[N/mm2]
650 - 500 700 - 900 800 - 1050 850 - 1100 1000 - 1200 1100 - 1300 1200 - 1400  
Biegefestigkeit
[N/mm2]
700 - 850 750 - 900 800 - 900 850 - 1100 900 - 1200 1000 - 1300 1100 - 1400  
Scherfestigkeit
[N/mm2]
ca. 0,9 mal Zugfestigkeit
Poissonsche Zahl 0,28 bis 0,29
Schlagbiegefestigkeit
[N/cm2]
100 - 180 100 - 180 80 - 160 60 - 120 40 - 80 20 - 60 20 - 40 20 - 40
Kerbschlagzähigkeit
[N/cm2]
14 14 10 3 0,8 0,7 0,6 0,5

Quelle: Tabellenbuch Metall, Juni 2011, Ulrich Fischer*

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