Graphitanomalien

Metallographie

Besondere, meist unerwünschte Ausbildungsformen des Graphits in Gusseisenlegierungen.

Bei ungünstiger Legierungszusammensetzung, insbesondere bei unzulässig hohen Gehalten an schädlichen Spurenelementen, können Graphitanomalien entstehen. Beispiele hierfür sind der Widmannstättenscher Graphit (Bild 1), der Korngrenzengraphit (Bild 2) und netzförmiger oder der Maschengraphit (Bild 3).

Erhöhte Blei- und Bismutgehalte im Gusseisen fördern Abweichungen in der Graphitform. Außerdem können hohe Stickstoffgehalte im Gusseisen die Bildung von anormalem Lamellengraphit begünstigen. Dabei entstehen vor allem gebrochene Graphitteilchen, die die Kerbwirkung und Rissneigung im Gusswerkstoff erhöhen (Bild 4).

Auch beim Kugelgraphit kann es zu unerwünschten Abweichungen von der Kugelform kommen. Hierzu gehören zum Beispiel der Chunky-Graphit, der explodierte Graphit und der Knötchengraphit. Das Auftreten der anormalen Graphitformen kann minimiert werden, wenn die Graphitkugelzahl größer als 60/mm2 ist. Um hohe Kugelzahlen zu erzielen, werden ein Kohlenstoffäquivalent von 4,2 bis 4,3, ein Restmagnesiumgehalt von 0,04 bis 0,05 % (Bild 5), die Verwendung von Kühlkokillen bei dickwandigen Gussteilen und eine Impfung zum Beispiel mit Ferrosilizium empfohlen.

Spurenelemente, wie Bismut, Titan, Blei, Antimon, Arsen und Tellur verursachen bereits in sehr geringen Gehalten die Bildung von anormalem Graphit (Bild 6). Geringe Anteile an Seltenerdmetallen und vor allem an Cer sind hingegen positiv zu bewerten, da sie in Gegenwart der oben genannten Störelemente den Kugelgraphit wieder herstellen. Jedoch können Cer und andere Seltenerdelemente die Bildung von anormalem Graphit auslösen, wenn die Gehalte zu hoch sind oder keine weiteren Spurenelemente im Gusseisen vorhanden sind. Deshalb müssen die Gehalte an Cer und anderen Seltenerdmetallen sorgfältig überwacht werden. Außerdem sollte cerhaltiges Eisen nicht zu Chargen hinzugesetzt werden, die keine Spurenelemente enthalten. Geringe Antimonzusätze helfen bei zu hohen Seltenerdmetallgehalten, die Nodularität wieder herzustellen.

Calcium fördert die Bildung von Chunky- und Vermiculargraphit, wenn es erst spät im Schmelzprozess durch calciumhaltiges Impfmittel in das Eisen gelangt.

Wenn Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt werden soll, sind Lamellengraphit und Vermiculargraphit gleichfalls als unerwünschte Graphitformen zu werten, obwohl sie an sich keine Anomalien sind.

Bild 1: Widmannstättenscher Graphit in bleihaltigem Gusseisen (V = 600 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Korngrenzengraphit in bleihaltigem Gusseisen (V = 1000 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 3: Maschengraphit in bleihaltigem Gusseisen (V = 100 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 4: Gebrochener Lamellengraphit (V = 500 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 5: Beziehung zwischen Restmagnesiumgehalt und Graphitkugelzahl (nach C. R. Loper)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 6: Graphitanomalie durch 0,024 % Ti, Wanddicke 50 mm (V = 100 : 1)© GIESSEREI LEXIKON