Gusseisen

Gusseisen ist ein Eisenwerkstoff mit hohem Kohlenstoffgehalt (Massenanteil über 2 %), der diesen Werkstoff von Stahl unterscheidet. Gusseisen weist eine gute Gießbarkeit auf (geringer Schmelzpunkt, dünnflüssige Schmelze, …), lässt sich aber nicht durch Schmieden bearbeiten, da es hart und spröde ist. Stahl dagegen lässt sich relativ schlecht gießen, aber sehr gut schmieden. Die Zerspanbarkeit von Gusseisen hängt von der genauen Sorte ab; bei Gusseisen mit Lamellengraphit – der häufigsten Sorte – ist sie gut. Seine Festigkeit ist geringer als die von Stahlguss, die Dämpfung aber höher.

Altan bzw. Balkon aus Gusseisen am Herrenhaus Brunn (Mecklenburg)

Kanaldeckel aus Gusseisen mit dem Bremer Schlüssel

Erste gusseiserne Brücke der Welt in Ironbridge

Klassischer Gusseisen-Lichtmast: Schupmann-Kandelaber am Brandenburger Tor in Berlin-Mitte

Gusseiserne Pfanne

Getriebegehäuse aus Gusseisen

Säulen aus Gusseisen

Rohrfitting aus schwarzem Temperguss (GJMB)

Gusseisener Kohlenfrosch

Eigenschaften

Unter Gusseisen versteht man eine Gruppe von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit einem hohen Anteil von Kohlenstoff (> 2 %). Viele Sorten enthalten zusätzlich noch Silicium, das die Gießbarkeit verbessert, sowie weitere Legierungsanteile wie Mangan, Chrom oder Nickel. Es wird unterschieden zwischen

• grauem Gusseisen (Grauguss), in dem der Kohlenstoff in Form von Graphit vorkommt. Die Bruchflächen erscheinen grau.
• weißem Gusseisen, in dem der Kohlenstoff als Carbid in Form von Zementit (Fe₃C) vorkommt. Die Bruchflächen sind weiß.

Die Dichte von Gusseisen beträgt etwa 7,2 g/cm³ und ist niedriger als die Dichte von Stahl oder reinem Eisen (7,85 g/cm³). Das Material hat im eutektischen Bereich mit etwa 1150 °C einen deutlich geringeren Schmelzpunkt als Stahl, es lässt sich aber wegen des hohen Kohlenstoffgehalts nicht schmieden, da dieser zu einer hohen Härte und Sprödigkeit führt und einer geringen Plastizität. Die Schmelze ist dünnflüssig, daher lässt sie sich leichter vergießen als die höherviskose Stahlschmelze. In Gießereien wird es meist in einem Kupolofen geschmolzen.

Gusseisenteile sind besser korrosionsbeständig als Stahl,^[1] insbesondere wenn die Gusshaut unverletzt ist. Daher wurde und wird Gusseisen für Kanalguss (Regeneinläufe und Abwasserleitungen, Baumscheiben u. ä.) eingesetzt. Durch Zulegieren von Silizium, Chrom und Nickel kann die Korrosionsbeständigkeit noch erhöht werden.

Ein einfaches Verfahren zur Qualitätsprüfung von Grauguss ist ein Schlag mit einem Hammer auf eine rechtwinklige Kante: Er soll einen bleibenden Eindruck hinterlassen, ohne dass die Kante absplittert.

Bezeichnungssystem

Gesamtaufbau der Bezeichnungen von Gusseisenwerkstoffen durch Kurzzeichen nach EN 1560:2011 - Anhang A Tabelle A.1

Position 1 obligatorisch	Position 2 obligatorisch		Position 3 obligatorisch		Position 4 optional		Position 5 obligatorisch a) oder b) ist zu wählen				Position 6 optional
Vorsilbe	Metallart		Graphitstruktur		Mikrostruktur oder Makrostruktur		a) mechanische Eigenschaften		b) chemische Zusammensetzung		zusätzliche Anforderungen
		Zeichen		Zeichen		Zeichen		Zeichen		Zeichen		Zeichen
EN-	Gusseisen	GJ	lamellar	L	Austenit	A	aa) Zugfestigkeit: 3- oder 4stellige Zahl	z. B. 350	ba) Buchstaben- symbol für hochlegierte Klassen	X	Rohgussstück	D
			kugelig	S	Ausferrit	R	ab) Dehnung: ein Bindestrich und eine 1- oder 2-stellige Zahl	z. B. -19	bb) Kohlenstoff- gehalt in Prozent × 100, jedoch nur, wenn der Kohlenstoff- gehalt signifikant ist	z. B. 300	wärme- behandeltes Gussstück	H
			Temperkohle a	M	Ferrit	F	ac) 1 Buchstabe, für die Herstellung von Probestücken, die einem Gussstück entnommen wurden	C	bc) chemische Symbole der Legierungs- elemente	z. B. Cr	Schweißeignung für Verbindungs- schweißungen	W
			vermikular	V	Perlit	P	ad) Härte: 2 Buchstaben und 2- oder 3stellige Zahl	z. B. HB 155	bd) Prozentsatz × 10, oder für hochlegierte Klassen × 1 der Legierungselemente, durch Bindestriche voneinander getrennt	z. B. 45-10 z. B. 9-5-2	zusätzliche Anforderungen, in der Bestellung festgelegt	Z
			graphitfrei (Hartguss) ledeburitisch	N	Martensit	M	ae) Schlagenergie: ein Bindestrich und 2 Buchstaben für die Prüftemperatur: - Raumtemperatur - Tieftemperatur	-RT -LT
			Sonderstruktur, in der jeweiligen Werkstoffnorm ausgewiesen	Y	Ledeburit	L
					abgeschreckt	Q
					abgeschreckt und vergütet	T
					nichtentkohlend geglüht b	B
					entkohlend geglüht b	W
ANMERKUNG: Die freie Kombination der einzelnen Merkmale in diesem Anhang ist nicht für jedes Gusseisen möglich.
a einschließlich entkohlend geglühter Temperguss b nur für Temperguss

Gesamtaufbau der Bezeichnung von Gusseisenwerkstoffen durch Nummern nach EN 1560:2011 - Anhang B Tabelle B.1

Positionen 1 und 2		Position 3		Position 4		Positionen 5 und 6
Nummern der Werkstoffgruppe		Graphitstruktur		Matrixstruktur		jeweiliger Werkstoff
	Zahl		Zahl		Zahl		Zahl
Gusseisen	5.	lamellar	1	Ferrit	1	Diese Zahlen werden durch CEN/TC 190 - Arbeitsgruppen, die mit den jeweiligen Werkstoff-Normen wie z. B. EN 1560, EN 1561, EN 1562, EN 1563, EN 1564, EN 12513, EN 13835, EN 16079 und EN 16124 befasst sind, zugewiesen.	00 bis 99
		vermikular	2	Ferrit / Perlit	2
		kugelig	3	Perlit	3
		Temperkohlea	4	Ausferrit	4
		graphitfrei	5	Austenit	5
		Reserve	6	Ledeburit	6
		Reserve	7	Reserve	7
		Reserve	8	Reserve	8
		andere	9	andere	9
a einschließlich entkohlend geglühter Temperguss

Sorten

Gusseisen mit Lamellengraphit

Die einfachste und häufigste Gusseisen-Sorte ist Gusseisen mit Lamellengraphit (Bezeichnung nach aktueller europäischer Norm EN 1561 „GJL“ oder früher nach DIN 1691 „GGL“), in dem der Graphit in Form von dünnen, unregelmäßig geformten Lamellen vorliegt. Diese Lamellen wirken bei Zugbelastung als Kerben, daher ist die Zugfestigkeit infolge der Kerbwirkung relativ gering. Im Gegensatz zur Zugfestigkeit ist die Übertragung der Druckspannung wesentlich besser. Die Druckfestigkeit liegt etwa um den Faktor 4 höher als die Zugfestigkeit.

Wegen mangelnder Beweglichkeit im uneinheitlichen Gefüge mit den Grafitlamellen und inneren Spannungen hat Grauguss keine erkennbare Plastizität – es ist ein spröder Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit, guten Dämpfungseigenschaften und wegen der Sprödigkeit guter Formsteifigkeit. Daher eignet sich Grauguss in besonderer Weise für Maschinenbetten und -ständer. Hinzu kommen vorteilhafte Selbstschmiereigenschaften, wenn durch Bearbeitung die Lamellen angeschnitten und der Graphit selbst oder an dessen Stelle andere Schmiermittel in den Hohlräumen „bevorratet“ werden können.

Bezeichnungen für Gusseisen mit Lamellengraphit

EN 1561:2012 - Tabelle 1		EN 1561:1997 - Tabelle 1	ISO 185:2005 - Tabelle 1
Kurzbezeichnung	Nummer	Nummer	Bezeichnung
Klassifizierung basierend auf der Zugfestigkeit
EN-GJL-100	5.1100	EN-JL1010	ISO185/JL/100
EN-GJL-150	5.1200	EN-JL1020	ISO185/JL/150
EN-GJL-200	5.1300	EN-JL1030	ISO185/JL/200
EN-GJL-250	5.1301	EN-JL1040	ISO185/JL/250
EN-GJL-300	5.1302	EN-JL1050	ISO185/JL/300
EN-GJL-350	5.1303	EN-JL1060	ISO185/JL/350
Klassifizierung basierend auf der Härte
EN-GJL-HB155	5.1101	EN-JL2010	ISO185/JL/HBW/155
EN-GJL-HB175	5.1201	EN-JL2020	ISO185/JL/HBW/175
EN-GJL-HB195	5.1304	EN-JL2030	ISO185/JL/HBW/195
EN-GJL-HB215	5.1305	EN-JL2040	ISO185/JL/HBW/215
EN-GJL-HB235	5.1306	EN-JL2050	ISO185/JL/HBW/235
EN-GJL-HB255	5.1307	EN-JL2060	ISO185/JL/HBW/255

Bezeichnungen für Gusseisen mit Lamellengraphit^[2]

Kurzzeichen nach EN 1561:1997	Kurzzeichen nach DIN 1691	Nummer nach EN 1561:1997	Werkstoff Nr.
EN-GJL-150	GG-15	EN-JL-1020	0.6015
EN-GJL-200	GG-20	EN-JL-1030	0.6020
EN-GJL-250	GG-25	EN-JL-1040	0.6025
EN-GJL-300	GG-30	EN-JL-1050	0.6030
EN-GJL-350	GG-35	EN-JL-1060	0.6035

Gusseisen mit Kugelgraphit

Bessere mechanische Eigenschaften hat Gusseisen mit Kugelgraphit (Sphäroguss, duktiles Gusseisen, Bezeichnung GJS nach aktueller europäischer Norm EN 1563, früher GGG nach DIN 1693), bei dem der Graphit in mehr oder weniger kugeliger Form vorliegt. Erreicht wird dies durch Entschwefeln der Schmelze mittels Zugabe von geringen Mengen Magnesium, Cer oder Calcium kurz vor dem Abgießen. Duktiles Gusseisen wird bevorzugt für Rohrleitungen beim Schleudergussverfahren eingesetzt, aber auch für Kurbelwellen und andere hochbeanspruchte Maschinenteile.

Bezeichnungen für Gusseisen mit Kugelgraphit nach europäischer und internationaler Normung

EN 1563:2011, Tabelle 1 und Tabelle 3		EN 1563:1997		ISO 1083:2004
Kurzzeichen	Nummer	Tabelle 1	Tabelle 3	Tabelle 1 und A.1	Tabelle 3 und A.1
EN-GJS-350-22-LTa	5.3100	EN-JS1015	EN-JS1019	ISO 1083/JS/350-22-LT/S	ISO 1083/JS/350-22-LT/U
EN-GJS-350-22-RTb	5.3101	EN-JS1014	EN-JS1029	ISO 1083/JS/350-22-RT/S	ISO 1083/JS/350-22-RT/U
EN-GJS-350-22	5.3102	EN-JS1010	EN-JS1032	ISO 1083/JS/350-22/S	ISO 1083/JS/350-22/U
EN-GJS-400-18-LTa	5.3103	EN-JS1025	EN-JS1049	ISO 1083/JS/400-18-LT/S	ISO 1083/JS/400-18-LT/U
EN-GJS-400-18-RTb	5.3104	EN-JS1024	EN-JS-059	ISO 1083/JS/400-18-RT/S	ISO 1083/JS/400-18-RT/U
EN-GJS-400-18	5.3105	EN-JS1020	EN-JS1062	ISO 1083/JS/400-18/S	ISO 1083/JS/400-18/U
EN-GJS-400-15	5.3106	EN-JS1030	EN-JS1072	ISO 1083/JS/400-15/S	ISO 1083/JS/400-15/U
EN-GJS-450-18	5.3108	-	-	-	-
EN-GJS-450-10	5.3107	EN-JS1040	EN-JS1132	ISO 1083/JS/450-10/S	ISO 1083/JS/450-10/U
EN-GJS-500-14	5.3109	-	-	-	-
-	-	-	-	ISO 1083/JS/500-10/S	ISO 1083/JS/500-10/U
EN-GJS-500-7	5.3200	EN-JS1050	EN-JS1082	ISO 1083/JS/500-7/S	ISO 1083/JS/500-7/U
-	-	-	-	ISO 1083/JS/550-5/S	ISO 1083/JS/550-5/U
EN-GJS-600-10	5.3110	-	-	-	-
EN-GJS-600-3	5.3201	EN-JS1060	EN-JS1092	ISO 1083/JS/600-3/S	ISO 1083/JS/600-3/U
EN-GJS-700-2	5.3300	EN-JS1070	EN-JS1102	ISO 1083/JS/700-2/S	ISO 1083/JS/700-2/U
EN-GJS-800-2	5.3301	EN-JS1080	EN-JS1112	ISO 1083/JS/800-2/S	ISO 1083/JS/800-2/U
EN-GJS-900-2	5.3302	EN-JS1090	EN-JS1122	ISO 1083/JS/900-2/S	ISO 1083/JS/900-2/U
a LT für tiefe Temperaturen b RT für Raumtemperatur

veraltete Bezeichnungen für Gusseisen mit Kugelgraphit nach DIN 1693-1:1973-10 (zurückgezogen)

Sorte
Kurzzeichen	Werkstoffnummer
Normalsorten
GGG-40	0.7040
GGG-50	0.7050
GGG-60	0.7060
GGG-70	0.7070
GGG-80	0.7080
Sorten mit gewährleisteter Kerbschlagarbeit
GGG-35.3	0.7033
GGG-40.3	0.7043

Temperguss

Eine weitere wichtige Form ist der Temperguss, der nach dem Erstarren als Ledeburit nochmals einer Glühbehandlung über mehrere Tage (Tempern) unterzogen wird:

• Beim weißen Temperguss (GJMW) glüht man in einer Sauerstoff abgebenden Atmosphäre, wodurch den Gussstücken (zumindest im Randbereich) der Kohlenstoff entzogen wird, wodurch sich die Eigenschaften denen des Stahls annähern. Dünnwandige Teile aus weißem Temperguss mit geringem Kohlenstoffgehalt sind schweißbar.
• Schwarzer Temperguss (GJMB) wird in einer sauerstofffreien Atmosphäre geglüht. Dabei bildet sich ein gleichmäßiges Gefüge mit eingelagerten Flocken aus Temperkohle mit geringer Kerbwirkung. Die ohnehin schon höhere Festigkeit lässt sich durch schnelleres Abkühlen gegen Ende der Glühzeit noch steigern. Die mechanischen Eigenschaften sind wanddickenunabhängig.

Diese Sorten vertragen auch geringe plastische Verformungen, ohne zu brechen. Typische Anwendung finden solche Werkstoffe als Tempergussfittings im Rohrleitungsbau bei geschraubten Verbindungen.

Bezeichnungen für Temperguss nach europäischer und internationaler Normung

EN 1562:2019		EN 1562:1997	ISO 5922
Kurzzeichen	Nummer	Nummer	Werkstoffbezeichnung
entkohlend geglühter Termperguss
EN-GJMW-350-4	5.4200	EN-JM1010	ISO 5922/JMW/350-4
EN-GJMW-360-12	5.4201	EN-JM1020	ISO 5922/JMW/360-12
EN-GJMW-450-5	5.4202	EN-JM1030	ISO 5922/JMW/400-5
EN-GJMW-450-7	5.4203	EN-JM1040	ISO 5922/JMW/450-7
EN-GJMW-550-4	5.4204	EN-JM1050	ISO 5922/JMW/550-4
nicht entkohlend geglühter Temperguss
EN-GJMB-300-6	5.4100	EN-JM1110	ISO 5922/JMB/300-6
EN-GJMB-350-10	5.4101	EN-JM1130	ISO 5922/JMB/350-10
EN-GJMB-450-6	5.4205	EN-JM1140	ISO 5922/JMB/450-6
EN-GJMB-500-5	5.4206	EN-JM1150	ISO 5922/JMB/500-5
EN-GJMB-550-4	5.4207	EN-JM1160	ISO 5922/JMB/550-4
EN-GJMB-600-3	5.4208	EN-JM1170	ISO 5922/JMB/600-3
EN-GJMB-650-2	5.4300	EN-JM1180	ISO 5922/JMB/650-2
EN-GJMB-700-2	5.4301	EN-JM1190	ISO 5922/JMB/700-2
EN-GJMB-800-1	5.4302	EN-JM1200	ISO 5922/JMB/800-1

veraltete Bezeichnungen für
Temperguss nach DIN 1692:1982-01
(zurückgezogen)

Sorte, Kurzzeichen		Werkstoffnummer	ISO-Kurzzeichen
neue Bezeichnung	alte Bezeichnung		ISO 5922
nicht entkohlend geglühter Temperguß
GTS-35-10	GTS-35	0.8135	B 35-10
GTS-45-06	GTS-45	0.8145	P 45-06
GTS-55-04	GTS-55	0.8155	P55-04
GTS-65-02	GTS-65	0.8165	P 65-02
GTS-70-02	GTS-70	0.8170	P 70-02
entkohlend geglühter Temperguß
GTW-35-04	GTW-35	0.8035	W 35-04
GTW-40-05	GTW-40	0.8040	W 40-05
GTW-45-07	GTW-45	0.8045	W 45-07
GTW-S 38-12	GTW-S 38	0.8038	W 38-12

GTW-S 38-12: für Konstruktionsschweißungen Güteklasse A ohne thermische Nachbehandlung geeigneter Temperguß

Ausferritisches Gusseisen

Ausferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit nach EN 1564 (früher: Bainitisches Gusseisen) ist eine auf Eisen, Kohlenstoff und Silicium basierende Gusslegierung, wobei der Kohlenstoff vorwiegend in der Form von Kugelgraphit-Partikeln vorliegt. Im Vergleich mit den Gusseisen mit Kugelgraphit, wie in EN 1563 festgelegt, weist dieser Werkstoff als Ergebnis der ausferritischen Gefügegrundmasse höhere Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften auf.

Bezeichnungen für ausferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit nach europäischer und internationaler Normung

EN 1564:2011 - Tabelle 1		ISO 17804:2005 - Tabelle 1
Kurzzeichen	Nummer	Bezeichnung
Klassifizierung nach der Zugfestigkeit
EN-GJS-800-10	5.3400	ISO 17804/JS/800-10
EN-GJS-800-10-RT	5.3401	ISO 17804/JS/800-10-RT
EN-GJS-900-8	5.3402	ISO 17804/JS/900-8
EN-GJS-1050-6	5.3403	ISO 17804/JS/1050-6
EN-GJS-1200-3	5.3404	ISO 17804/JS/1200-3
EN-GJS-1400-1	5.3405	ISO 17804/JS/1400-1
EN 1564:2011 - Tabelle A.1		ISO 17804:2005 - Tabelle A.1
Kurzzeichen	Nummer	Bezeichnung
Klassifizierung nach der Härte
EN-GJS-HB400	5.3406	ISO 17804/JS/HBW400
EN-GJS-HB450	5.3407	ISO 17804/JS/HBW450

Gusseisen mit Vermiculargraphit

Eine neuere Werkstoffentwicklung ist das Gusseisen mit Vermiculargraphit (Bezeichnung GJV nach aktueller EN 16079 und ISO 16112, früher GGV). Bei ihm liegt der Graphit weder in Lamellenform noch in Kugelform vor, sondern als Klumpen, die im Schliffbild wie Würmer aussehen (Vermiculus, lat. für Würmchen). Die mechanischen Eigenschaften dieses Werkstoffes liegen zwischen dem Gusseisen mit Lamellengraphit und denen des Gusseisens mit Kugelgraphit. Seine Herstellung ist jedoch schwieriger und erfordert eine in engen Toleranzen geführte Schmelzbehandlung.

Weitere Sorten

• verschleißbeständiges Gusseisen EN 12513
• austenitisches Gusseisen EN 13835
• niedriglegiertes ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit für Anwendungen bei höheren Temperaturen EN 16124

Schweißen

Hinweise hierzu finden sich in EN 1011-8 Schweißen - Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe - Teil 8: Schweißen von Gusseisen.

Reparatur

Die Reparatur von gerissenen oder gebrochenen Gussteilen ist mit Hilfe spezieller Verfahren möglich. So können quer zum Bruch- oder Rissverlauf in dafür eingebrachte Kettenbohrungen Metallriegel eingepresst und verstemmt werden. Zusätzlich können entlang der Bruchlinie Gewindelöcher in die Tiefe gebohrt und mit Gewindestiften verschraubt werden. Das Ergebnis ist eine kraft- und formschlüssige Verbindung mit hoher Druckdichtigkeit, die Öle und Gase nicht entweichen lässt.^[3][4]

Siehe auch

• Gusseisenarchitektur

Literatur

• Hans Berns, Werner Theisen: Eisenwerkstoffe – Stahl und Gusseisen. 4. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-79955-9.
• Peter Marks: Europäische Gusseisen- und Stahlgusssorten = European Cast Iron and Steel Casting Grades. Hrsg.: DIN, Deutsches Institut für Normung e. V. 2. Auflage. Beuth, Berlin/Wien/Zürich 2009, ISBN 978-3-410-17030-3 (Beuth-Pocket. Werkstoffe; Text deutsch und englisch).
• Franz Neumann: Gußeisen: Schmelztechnik, Metallurgie, Schmelzbehandlung. 2. Auflage. Expert, Renningen-Malmsheim 1999, ISBN 3-8169-1728-3.
• Eugen Piwowarsky: Hochwertiges Gußeisen – seine Eigenschaften und die physikalische Metallurgie seiner Herstellung. 2. Auflage. Springer, Göttingen/Heidelberg 1958.
• Hermann Schmitz: Das Gußeisen in der Baukunst. In: Zentralblatt der Bauverwaltung. Nr. 41, 1923, S. 241–242 (zlb.de).

Weblinks

Commons: Gusseisen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Gusseisen – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Konstruieren und Gießen. Online-Portal des Bundesverbands der Deutschen Gießerei-Industrie.
• Video eines Gießvorganges vom Schmelzen bis zum Guss in Sandformen. (HD) youtube.

Einzelnachweise

1. So ist beispielsweise der Eiserne Mann in einem Waldstück bei Bonn seit langer Zeit der Witterung und der Bodenfeuchte ausgesetzt, ohne dass auffällige Korrosionserscheinungen erkennbar wären.
2. hegi.ch (PDF)
3. Metalock Engineering Germany. In: Hannes Hesse, Florian Langenscheidt, Hartmut Rauen (Hrsg.): Encyclopaedia of German Mechanical Engineering – The Best of German Engineering. VDMA-Verlag, Frankfurt am Main 2013, ISBN 978-3-8163-0628-3, S. 521–523.
4. Patent DE1136163: Druckdichte Verbindung von gerissenen oder gebrochenen Werkstücken aus gegossenen Eisenwerkstoffen, insbesondere Grauguss. Veröffentlicht am 15. Oktober 1957, Erfinder: Rolf Joeres.

Normdaten (Sachbegriff): GND: 4022578-1 (lobid, OGND)