Sphäroguss oder Grauguss: die richtige Gusssorte wählen

Warum Grauguss dämpft und Sphäroguss kaum, was die Sorten EN-GJL und EN-GJS tatsächlich garantieren und welche Sorte für ein Maschinenbett die richtige ist.

Wenn ein Maschinenbett gegossen werden soll, lautet die nächste Frage: welches Eisen? Ehrlich gesagt ist Grauguss aus einem Grund der Standard, den viele grob benennen können, aber nur wenige präzise.

Der Unterschied liegt in der Form des Graphits

Beide Werkstoffe sind Eisen mit einigen Prozent Kohlenstoff, und in beiden scheidet sich der Kohlenstoff als Graphit aus, statt gebunden zu bleiben. Der Unterschied liegt in der Form, die er dabei annimmt.

Im Grauguss bildet der Graphit Lamellen. Diese Lamellen sind im Grunde innere Risse: Sie unterbrechen die metallische Grundmasse. Deshalb ist der Werkstoff auf Zug vergleichsweise schwach, und deshalb bricht ein Graugussteil mit einer grauen, körnigen Bruchfläche, statt sich zu verbiegen.

Im Sphäroguss (duktiles Gusseisen) sorgt eine Magnesiumbehandlung dafür, dass sich der Graphit stattdessen kugelförmig ausbildet. Kugeln unterbrechen die Grundmasse weit weniger, sodass der Werkstoff einen großen Teil der Zähigkeit von Stahl behält und vor dem Bruch fließt und sich dehnt.

Alles Weitere folgt aus diesem einen Unterschied.

Warum der schwächere Werkstoff meist der richtige ist

Die Lamellen, die die Zugfestigkeit ruinieren, bilden zugleich eine enorme innere Grenzfläche, und an Grenzflächen wird Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt. Grauguss dämpft, und zwar gerade deshalb, weil er voller flacher Graphitunterbrechungen ist. Sphäroguss hat diese zugunsten der Zähigkeit aufgegeben und dämpft spürbar schlechter.

Unter einem Maschinengestell braucht man selten Zugfestigkeit. Die Struktur arbeitet überwiegend auf Druck und Biegung bei moderaten Spannungen. Was man braucht, ist eine Maschine, die nicht nachschwingt. Der Werkstoff, den Ingenieure als schwach und spröde bezeichnen, gehört also genau dorthin, und die zähere Sorte ist der Kompromiss.

Aus diesem Grund ist das Austauschen des einen gegen den anderen auch eine echte konstruktive Änderung. Eine Maschine, die mit Grauguss beim Rattern grenzwertig war, kann mit Sphäroguss inakzeptabel sein.

Die Werkstoffbezeichnungen richtig lesen

Europäische Praxis nach EN 1561 und EN 1563:

• EN-GJL-xxx ist Grauguss mit Lamellengraphit. EN-GJL-200, 250, 300.
• EN-GJS-xxx-y ist Sphäroguss mit Sphärolithischem (kugeligem) Graphit. EN-GJS-400-15, 500-7, 600-3.

Die Zahl ist die Mindestzugfestigkeit in MPa. Beim Sphäroguss gibt die zweite Zahl die Mindestbruchdehnung in Prozent an, und genau darum geht es bei dieser Sorte. Die alten deutschen Bezeichnungen, GG25 für EN-GJL-250 und GGG40 für EN-GJS-400-15, sind nach wie vor im täglichen Gebrauch und stehen auch auf Zeichnungen.

Grob gesagt ist EN-GJL-250 / GG25 die Standardsorte für Maschinenbetten: eine perlitische Grundmasse mit feinem Lamellengraphit, die brauchbare Festigkeit und Härte liefert und dabei die Dämpfung und die sehr gute Zerspanbarkeit behält, die ein Maschinenbett braucht.

Die Falle: Die Festigkeit hängt vom Querschnitt ab

Hier liegt der Punkt, an dem viele bei schweren Gussteilen stolpern.

Die Zahl in der Sortenbezeichnung wird an einem getrennt gegossenen Probestab definierter Größe gemessen, nach EN 1561. Ihr Maschinenbett ist kein Probestab. Ein dicker Querschnitt kühlt langsam ab, vergröbert den Graphit und ergibt eine niedrigere Festigkeit und Härte, als der Probestab vermuten lässt.

Bei einem Maschinenbett mit 60 mm Wanddicke liegt die Festigkeit in der Wand deutlich unter dem Mindestwert der Sorte. Das ist normal, zu erwarten, in der Norm berücksichtigt und kein Fehler. Es bedeutet aber:

• Geben Sie die Sorte und die maßgebende Wanddicke an.
• Vereinbaren Sie, woher das Prüfmaterial stammt: ein getrennt gegossener Probestab, ein angegossener Probestab oder eine Probe aus dem Gussteil selbst. Diese liefern unterschiedliche Werte, und der Unterschied ist nicht gering.
• Wenn ein Härtebereich für die Bearbeitung oder für eine Verschleißfläche wichtig ist, geben Sie ihn separat an und legen Sie fest, wo gemessen wird.

Wer das weglässt, bekommt bei der Abnahme eine Diskussion, in der beide Seiten dieselbe Norm korrekt lesen.

Wo Sphäroguss tatsächlich hingehört

Nicht jedes Maschinenteil ist ein Bett. Sphäroguss ist die richtige Wahl, wenn:

• Das Bauteil Stößen oder Schlägen oder einer zyklischen Zugbelastung ausgesetzt ist.
• Ein Versagen gefährlich wäre und Sie ein Fließen statt eines Sprödbruchs wollen.
• Der Querschnitt dünn und hoch beansprucht ist.
• Es sich um eine Konsole, einen Arm, einen Hebel, ein Gehäuse oder einen Sockel handelt und nicht um eine dämpfende Struktur.

Pressen, Brecher und alles mit plötzlicher Lastumkehr setzen aus genau diesen Gründen häufig Sphäroguss ein.

Was auf die Gusszeichnung gehört

• Sorte nach EN 1561 oder EN 1563, mit der entsprechenden alten Bezeichnung, falls Ihre Werkstatt diese verwendet.
• Maßgebende Wanddicke.
• Entnahmeort des Prüfmaterials und welche Eigenschaften über Bestehen oder Nichtbestehen entscheiden.
• Härtebereich und Messort, falls relevant.
• Geforderte zerstörungsfreie Prüfung und die Zulässigkeitsklasse.
• Ob ein Gussteil nachgebessert werden darf und mit welchem Verfahren.
• Alterung oder Spannungsarmglühen vor der Bearbeitung und ob Sie das Glühdiagramm erhalten möchten.

Der letzte Punkt ist bei einem Präzisionsmaschinenbett nicht optional. Ein Gussteil kühlt in der Form ungleichmäßig ab und trägt Eigenspannungen; die Schruppbearbeitung setzt sie frei, und das Teil verzieht sich. Lesen Sie dazu Gussfehler und was zurückzuweisen ist und den Leitfaden zu Spannungsarmglühen und Ebenheit.

Häufige Fragen

← Alle Fachbeiträge