Gusseisen vs Stahlguss: Unterschiede, Erkennen, Auswahl
Der einzige Unterschied zwischen Gusseisen und Stahlguss ist der Kohlenstoffgehalt — und dieser eine Unterschied verändert Zähigkeit, Schweißbarkeit und Kosten vollständig. Unterschiede, Erkennungstests und Auswahlhilfe.
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Was ist Gusseisen, was ist Stahlguss?
Beide sind Eisen-Kohlenstoff-Legierungen und beide werden geschmolzen und in Formen gegossen. Der einzige entscheidende Unterschied ist der Kohlenstoffgehalt — und er verändert den Charakter der Werkstoffe grundlegend:
- Gusseisen: Kohlenstoff über 2,1 % (praktisch 2,5–4,0 %). Der überschüssige Kohlenstoff bleibt nicht gelöst und scheidet sich als freier Grafit aus.
- Stahlguss: Kohlenstoff unter 2,1 % (bei Baustahlguss typisch ≤0,30 %). Der gesamte Kohlenstoff bleibt gelöst; es gibt keinen freien Grafit.
Kurz: Freier Grafit = Gusseisen, kein Grafit = Stahlguss. Genau deshalb ist Gusseisen spröde und Stahlguss zäh — die Grafitlamellen wirken wie im Werkstoff verteilte Mikrorisse.
Nicht verwechseln: Roheisen ist das rohe Zwischenprodukt aus dem Hochofen; Gusseisen ist das Fertigprodukt durch Umschmelzen und Vergießen von Roheisen.
Kohlenstoffgehalt und Zusammensetzung
| Element | Grauguss | Sphäroguss (GJS) | Stahlguss (unlegiert) |
|---|---|---|---|
| Kohlenstoff (C) | 2,5–4,0 | 3,2–3,8 | ≤ 0,30 |
| Silizium (Si) | 1,0–3,0 | 1,8–2,8 | ≤ 0,60 |
| Mangan (Mn) | 0,4–1,0 | 0,1–0,5 | 0,5–1,0 |
| Freier Grafit | Lamellar | Kugelig | Keiner |
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Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Grauguss (EN-GJL-250) | Sphäroguss (EN-GJS-400-15) | Stahlguss (≈A216 WCB) |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit (Rm) | 250–350 MPa | ≥ 400 MPa | 485–655 MPa |
| Streckgrenze (Rp0,2) | Keine ausgeprägte Streckgrenze | ≥ 250 MPa | ≥ 250 MPa |
| Bruchdehnung (A) | < 1 % | ≥ 15 % | ≥ 22 % |
| Härte | 180–220 HB | 130–180 HB | 130–190 HB |
| Kerbschlagzähigkeit | Sehr niedrig | Mittel | Hoch |
| Schwingungsdämpfung | Ausgezeichnet | Gut | Schlecht |
| Dichte | ~7,1–7,2 g/cm³ | ~7,1 g/cm³ | ~7,8 g/cm³ |
Die eigentliche Geschichte steht in der Spalte Bruchdehnung: Grauguss dehnt sich unter 1 % — er bricht ohne Vorwarnung. Stahlguss dehnt sich 22 %; er verformt sich vor dem Bruch und verschafft Zeit. Deshalb bestehen sicherheitskritische Teile aus Stahlguss.
Zum Umrechnen der Härte zwischen HB/HRC/Rm nutzen Sie den Härteumrechner.
Gieß- und Fertigungsverhalten
Kohlenstoff bestimmt nicht nur die Festigkeit, sondern auch das Verhalten in der Gießerei:
| Gusseisen | Stahlguss | |
|---|---|---|
| Gießtemperatur | ~1350–1450 °C | ~1550–1650 °C |
| Fließvermögen (dünne Querschnitte) | Sehr gut | Schlecht |
| Erstarrungsschwindung | Gering (Grafit dehnt sich aus) | Hoch — Speiser erforderlich |
| Zerspanbarkeit | Ausgezeichnet (Grafit wirkt wie Schmierstoff) | Mittel |
| Schweißbarkeit | Schlecht | Gut |
| Relative Kosten | Niedrig | Hoch |
Gusseisen ist der Freund der Gießerei: schmilzt kühler, füllt dünne Wände, schwindet wenig und lässt sich leicht zerspanen. Stahlguss ist fester — kostet aber bei jedem Schritt.
Wie erkennt man sie? (in der Werkstatt, in einer Minute)
- Span-Test (am zuverlässigsten): Mit Feile oder Bohrer einen Span nehmen. Gusseisen gibt pulvrige, zerbröckelnde Späne (wegen des Grafits). Stahlguss gibt fortlaufende, gekräuselte Späne.
- Funkentest: An der Schleifscheibe wirft Gusseisen kurze, matt-rötliche Funken mit dichten feinen Verästelungen. Stahlguss wirft längere, hell gelb-weiße und geradere Funken.
- Klangtest: Mit dem Hammer anschlagen. Stahl klingt. Grauguss gibt einen dumpfen, toten „Tock" — direkter Beweis der ausgezeichneten Dämpfung, die ihn zum Werkstoff für Maschinenbetten macht.
- Bruchfläche: Grauguss bricht mattgrau und körnig. Stahl bricht glänzend und faserig/seidig.
- Dichte: Gusseisen ~7,1 g/cm³ vs. Stahl ~7,8 g/cm³ — bei gleichem Volumen ist Stahl spürbar schwerer. Rechnen Sie mit dem Stahldichte-Rechner.
⚠️ Der Magnettest funktioniert NICHT. Sowohl Gusseisen als auch unlegierter Stahlguss sind ferromagnetisch; ein Magnet zieht beide an. Magnetismus ist kein Unterscheidungsmerkmal.
Gusseisen mit Stahl verschweißen
Eine häufige Aufgabe, die oft misslingt. Es ist möglich — aber nicht mit gewöhnlicher Stahlelektrode. Die Schweißzone wird zu hartem, sprödem weißem Gusseisen (Karbid) und reißt.
Die richtige Methode:
- Nickel-Eisen-Elektrode (ENiFe-CI) verwenden; Nickel toleriert Kohlenstoff und verhindert spröde Karbidbildung.
- Vorwärmen auf 200–300 °C und langsam abkühlen (in Asche oder unter Decke).
- Kurze Raupen legen und zwischen den Raupen abkühlen lassen — geringe Wärmeeinbringung ist entscheidend.
- Die Raupe im heißen Zustand hämmern (Peening), um Spannungen abzubauen; die meisten Risse entstehen durch Schrumpfspannung.
Bei kritisch belasteten Verbindungen: eine Schraub-/Mechanikverbindung erwägen. Gusseisenschweißen ist eine Reparatur-, keine Konstruktionslösung.
Wann was wählen?
Gusseisen wählen, wenn:
- Das Teil auf Druck beansprucht wird (Maschinenbetten, Führungen, Motorblöcke)
- Schwingungsdämpfung gefragt ist (Werkzeugmaschinen — was Stahl nicht kann)
- Die Geometrie komplex und dünnwandig ist (Fließvorteil)
- Verschleißfestigkeit und leichte Zerspanung nötig sind
- Kosten die Hauptrestriktion sind
Stahlguss wählen, wenn:
- Das Teil Schlag-, Zug- oder dynamische Lasten erfährt
- Es sicherheitskritisch ist — es muss sich vor dem Bruch verformen (Krane, Bahn, Druckteile)
- Schweißkonstruktion oder spätere Schweißreparatur nötig ist
- Tieftemperaturzähigkeit verlangt wird (Gusseisen wird in Kälte noch spröder)
- Das Teil später wärmebehandelt wird
Sphäroguss (EN-GJS) ist der Mittelweg: Gießbarkeit und Kosten des Gusseisens plus nennenswerte Duktilität (15 % Dehnung). Deshalb dominiert er bei Kurbelwellen, Getriebegehäusen, Druckrohren und Fittings. Aus Lamellen werden Kugeln durch die FeSiMg-Vorbehandlung und Impfmittel, die beim Gießen zugegeben werden.
Anwendungen
| Branche | Gusseisen | Stahlguss |
|---|---|---|
| Maschinenbau | Maschinenbetten, Führungen, Schwungräder | Zahnräder, Kupplungen, Schwerlastteile |
| Automobil | Motorblöcke, Bremsscheiben, Zylinderlaufbuchsen | Fahrwerksteile, Wellen |
| Energie / Armaturen | Gehäuse (Niederdruck) | Armaturengehäuse, Hochdruckteile |
| Infrastruktur | Kanalrohre, Schachtdeckel, Sphärorohre | Bahnfittings, Kranteile |
| Gießereiindustrie | Grau-/Sphärogussreihe | Stahlgussteile, Mahlkugeln |
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