Chunky-Graphit

Metallographie

Unerwünschte Graphitform, die in dickwandigen Gussstücken aus Gusseisen mit Kugelgraphit auftritt.

An Stelle der Graphitkugeln tritt in Bereichen besonders langsamer Abkühlung feindisperser Graphit mit zerklüfteter Oberfläche auf, der die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes erheblich verschlechtert. Kennzeichnend ist die lokale, zellenförmige Anordnung von sehr fein verteiltem Graphit mit kurzen, abgerundeten Lamellen, die aufgrund der sehr hohen Partikelzahl schon wieder als kompakt bezeichnet werden kann. Das übrige Gefüge ist meist grob-sphärolithisch, wobei eine Häufung dieser lokal auftretenden Graphitform stets im thermischen Zentrum der Gussteile gefunden wird. Wie Bild 1 zeigt, werden in der mechanisch bearbeiteten Fläche die Bereiche mit Chunky-Graphit als dunkle Flecken deutlich sichtbar (nicht mit  Dross zu verwechseln), auch im metallographischen Schliff ist dieser Fehler gut erkenn­bar (Bild 2).

Chunky-Graphit ist ebenso wie der Vermiculargraphit in den Übergangsbereich zwischen Lamellen- und Kugelgraphit einzuordnen. Der korallenförmige Verbund, der im Schliffbild nur als isoliert erscheinende einzelne Graphitteilchen erscheint, kann durch Tiefenätzung sichtbar gemacht werden.

Es wird angenommen, dass die Keimbildung für den Chunky-Graphit in ähnlicher Weise wie für Kugelgraphit erfolgen dürfte (Bild  3), doch wächst der Graphit hier unter starker Verzweigung. Die Bildung von Chunky-Graphit wird durch zunehmende Gehalte an Silizium, Kupfer, Nickel, Calcium und Cer gefördert. Entgegengesetzt wirken Blei, Antimon, Arsen, Wismut, Zinn und Bor. Vor allem wenn das Rohmaterial sehr geringe Gehalte an Spurenelementen aufweist und trotzdem mit Cer-Mischmetall gearbeitet wurde, ist in den Zentren dickwandiger Gussteile Chunky-Graphit gefunden worden. Der Einfluss von Nickel ist so groß, dass bei austenitischem Gusseisen mit Kugelgraphit bereits in dünnen Querschnitten Chunky-Graphit auftritt. Ein erhöhtes Kohlenstoffäquivalent, etwa > 4,1 %, scheint die Bildung von Chunky-Graphit zu fördern, auch dann, wenn kein Cer-Mischmetall zugesetzt wird. Liegt der Siliziumgehalt unter 2,0 %, wird generell weniger Chunky-Graphit festgestellt. Calcium fördert die Bildung von Chunky-Graphit, wenn es erst spät im Schmelzprozess durch calciumhaltiges Ferrosilizium in das Eisen gelangt. Siliziumzusätze zur Einstellung des Siliziumgehaltes sollen deshalb schon in der festen Charge vor dem Schmelzen erfolgen. Die Sphärolithendichte in Zonen mit Chunky-Graphit ist stets gering, offensichtlich als Folge der geringen Abkühlungsgeschwindigkeit in dickwandigen Teilen trotz einer effektiven Impfbehandlung.

Maßnahmen zur Vermeidung dieser unerwünschten Graphitausbildung sind vor allem eine Verringerung des Anteils an Seltenerdelementen durch saubere Einsatzmaterialien, Steigerung der Graphitkugelzahl durch optimale Impfung, Einstellung eines niedrigen Kohlenstoffäquivalentes und eines geringeren Siliziumgehaltes sowie Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit beispielsweise durch Kühlkokillen. Die Bilder 4 und 5 zeigen das Aussehen des Chunky-Graphits.

Bild 1: Schattige Partien in der mechanisch bearbeiteten Gussstückfläche durch Chunky-Graphit© GIESSEREI PRAXIS (2015) 10
Bild 2: Chunky-Graphit im Nahbereich einer Graphitkugel in einem langsam abgekühlten, dickwandigen Gussquerschnitt aus Gusseisen mit Kugelgraphit (V = 300 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 3: Schematische Darstellung eines Modells für den Wachstumsverlauf beim Chunky-Graphit, bei Graphit-Zwischenformen und beim Kugelgraphit© GIESSEREI LEXIKON
Bild 4: Chunky-Graphit, ungeätzt (V = 100 : 1)© GIESSEREI PRAXIS (2015) 10
Bild 4: Chunky-Graphit, ungeätzt (V = 100 : 1)© GIESSEREI PRAXIS (2015) 10