Gusseisen vs. Stahlguss: Chemische Zusammensetzung und wesentliche Unterschiede erklärt

Die Wahl zwischen Gusseisen und Stahlguss ist eine grundlegende Entscheidung im Maschinenbau und in der Fertigung. Obwohl beide ferrosen Legierungen durch Gießen hergestellt werden, führen ihre unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen – vor allem der Kohlenstoffgehalt – zu stark voneinander abweichenden Eigenschaften und Anwendungen.

Chemische Zusammensetzung & Mikrostruktur
Der Kernunterschied liegt im Kohlenstoffgehalt. Gusseisen enthält typischerweise 2 % bis 4 % Kohlenstoff sowie 1 % bis 3 % Silizium. Dieser hohe Kohlenstoffgehalt führt dazu, dass überschüssiger Kohlenstoff als Graphitflocken (im Grauguss) oder als Kügelchen (im Stahlguss) in einer Eisenmatrix ausgeschieden wird. Gussstahl , umgekehrt, weist einen deutlich niedrigeren Kohlenstoffgehalt auf, im Allgemeinen unter 0,5 %, wodurch der Kohlenstoff in Lösung oder als Eisenkarbid verbleibt und eine überwiegend perlitische oder martensitische Mikrostruktur ergibt.

Mechanische und Leistungseigenschaften
Diese strukturelle Abweichung bestimmt ihre Leistung:

• Festigkeit & Duktilität:  Gussstahl bietet überlegene Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit und Duktilität. Es kann erhebliche Verformungen verkraften, bevor es versagt, und eignet sich daher ideal für dynamische Belastungen. Gusseisen , insbesondere Grauguss, ist druckfest, jedoch relativ spröde unter Zugbelastung mit geringer Schlagzähigkeit.

• Härte und Verschleiß: Einige Gusseisensorten, wie beispielsweise weißes Gusseisen, weisen eine außergewöhnliche Härte und Abriebfestigkeit auf. Obwohl Gusstahl oberflächengehärtet werden kann, bietet Gusseisen in bestimmten Anwendungen häufig eine bessere Verschleißfestigkeit.

• Schwingungsdämpfung und Bearbeitbarkeit:  Gusseisen hat aufgrund der Graphitflocken eine hervorragende Schwingungsdämpfungsfähigkeit und ist im Allgemeinen leichter zu bearbeiten. Gussstahl dämpft Vibrationen weniger effektiv, bietet jedoch eine bessere Schweißbarkeit und höhere Schweißnahtfestigkeit.

Anwendung und Kostenaspekte

• Typische Anwendungen:

  • Gusseisen: Wird für Motorblöcke, Bremsscheiben, Maschinenbettgestelle, Rohre und Kochgeschirr verwendet, wo Steifigkeit, Dämpfung oder Verschleißfestigkeit entscheidend sind.

  • Gusstahl: Eingesetzt bei Bauteilen, Getrieben, schweren Maschinenteilen, Druckbehältern und Fahrzeugfederungen, bei denen hohe Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit erforderlich sind.

• Kosten: Im Allgemeinen sind die Rohstoff- und Produktionskosten für einfachen Gusseisen niedriger als für Stahlguss. Der Stahlerzeugungsprozess ist energieintensiver, und das Gießen von Stahl erfordert oft anspruchsvollere Formtechnologien sowie eine Wärmebehandlung nach dem Gießen, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

Zusammenfassend: gusseisen ist die Wahl für kostengünstige Bauteile, die Steifigkeit, Dämpfungseigenschaften und Verschleißfestigkeit benötigen. Gussstahl wird für Hochleistungsbauteile ausgewählt, die Stoß-, Spannungs- und dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, bei denen Zähigkeit entscheidend ist. Die Entscheidung hängt letztlich von einer genauen Bewertung der mechanischen Anforderungen, Einsatzbedingungen und Gesamtkosten ab.