Eisengusswerkstoffe – Gefügeaufbau
Die Eigenschaften von Eisengusswerkstoffen werden durch das Auftreten und die anteilige Menge des stabilen Systems neben dem metastabilen System bestimmt.
Um die Zusammenhänge besser verstehen zu können, wurde in diesem Skript ein Vergleich zwischen stabilem und dem metastabilem System eingefügt – siehe nachfolgende Tabelle.
| Stabiles System | Metastabiles System | |
| System |
Fe-C (Eisen-Graphit) |
Fe-Fe3C (Eisen-Eisencarbid) |
| Kohlenstoff | Elementar als Graphit (C) | Gebunden als Fe3C (Eisencarbid/Zementit) |
| Bruchfläche | dunkel | hell |
| Erstarrungsart | grau |
weiß |
| Gefördert durch Elemente | Si, Ti, Al | Mn, Cr, Mo |
| Abkühlung | sehr langsam | Schnell |
| Siliciumgehalt | hoch (> 0,2%) | niedrig (< 0,2%) |
| Werkstoff | Graues Roheisen, Grauguss | Stahl, Hartguss, weißes Roheisen, Graugu |
Gefügeaufbau der Eisengusswerkstoffe
Eisengusswerkstoffe besitzen ein Grundgefüge, in dem Kohlenstoff in gebundener Form vorliegt, daneben existieren nichtmetallische Graphiteinlagerungen aus ungebundenem Kohlenstoff. Das Entstehen von Kohlenstoff in ungebundener Form wird durch die chemische Zusammensetzung und die Abkühlbedingungen verursacht.
Gefüge Eisengusswerkstoff = Grundgefüge + Graphiteinlagerungen
Beispiele hierfür sind:
- Grauguss = Stahlgefüge + Graphiteinlagerungen
- Temperguss = Stahlgefüge + Temperkohleeinlagerungen
Der gebundene Kohlenstoff liegt als metastabiles System in Form von F-Fe3C vor. Dieses Stahlgefüge F-Fe3C bildet das Grundgefüge des Eisengusswerkstoffs. Dabei kann es sich um folgende Stahlgefüge handeln:
- Ferrit
- Ferrit + Perlit
- Perlit
- Perlit + Sekundärzementit
Häufig wird bei der Herstellung ein Grundgefüge aus Perlit angestrebt, da es die Festigkeit des Eisengusswerkstoffs erhöht und den Werkstoff besser für Wärmebehandlungen geeignet macht.
Graphiteinlagerungen
Die Graphiteinlagerungen, die sich aus ungebundenem Kohlenstoff bilden, kristallisieren in einem hexagonal primitiven Atomgitter. Bei der Kristallisation wachsen die Graphitkristalle besonders schnell in eine bevorzugte Richtung, wodurch sich längliche Kristalle bilden. Diese Kristalle werden als Lamellen bezeichnet - daher auch die Werkstoffbezeichnung Grauguss mit Lamellengraphit.
Da die Lamellen ähnlich wie kleine Kerben innerhalb des Werkstoffs wirken, haben sie einen negativen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit).
Eine deutliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften kann erzielt werden, wenn die Graphiteinlagerungen eine eher rundliche Form bilden und möglichst fein sind. Dies kann durch geeignete Legierungselemente und Temperaturführung erreicht werden, da man hierdurch Einfluss auf die Größe, die Form und die Verteilung der Graphiteinlagerungen nehmen kann.
Sehr gute mechanische Eigenschaften liegen bei Gusseisen mit Kugelgraphit vor, bei dem die Graphiteinlagerungen kugelförmig sind.