Graphitflotation

Allgemein
Aufschwimmen von Graphit, der sich aus Gusseisenschmelzen ausscheidet. Am metallographischen Schliff ist Flotationsgraphit bereits bei kleiner Vergrößerung sehr gut zu sehen. Am Bruch oder an bearbeiteten Bereichen sind die ausgeschiedenen und aufgeschwommenen Sphärolithen mit freiem Auge als dunkle Flecken zu erkennen. Der Vorgang wird bei übereutektischer Eisenzusammensetzung beobachtet wie zum Beispiel bei Gusseisen mit Kugelgraphit, das häufig schwach übereutektisch eingestellt wird. Durch das Aufschwimmen reichert sich der Graphit in den oberen Bereichen der Gussstücke (Bild 1) oder auch unter Kernen an. Das Aufschwimmen des Graphits wirkt sich auf die Expansion und Kontraktion des Gusseisens während der eutektischen Erstarrung aus und stört damit auch die Dichtspeisung. Durch die ungleichmäßige Graphitverteilung ergeben sich ungleichmäßige Eigenschaften im Gussstück.

Die Dichte des festen Eisens unterscheidet sich von der Dichte der Schmelze kaum. Daher verändern die Eisendendriten ihre Lage in der erstarrenden Schmelze wenig, das heißt, sie verbleiben in der Nachbarschaft ihres Bildungsortes. Die Dichtedifferenz zwischen flüssigem Eisen und Graphit beträgt jedoch rund 4,8 g/cm³. Das bedeutet, dass die in übereutektischem Eisen üblichen großen Sphärolithen einem merklichen Auftrieb ausgesetzt sind, der nach dem Stokeschen Gesetz zu berechnen ist. Dazu kommt, dass übereutektisch ausgeschiedene Primärgraphitkugeln eine große zerfurchte Oberfläche (Bild  3) besitzen und somit den Auftrieb unterstützen. Die Flotationsgeschwindigkeit ist von der Kugelgröße abhängig, der Flotationsweg von der Geschwindigkeit und von der zur Flotation verfügbaren Zeit, und diese wiederum ist eine Funktion der Wanddicke.

Somit hängt das Auftreten der Graphitflotation maßgeblich von der Gussstückwanddicke beziehungsweise vom Gussstückmodul (Volumen/Oberflächen-Verhältnis) ab. In dickwandigen Teilen besteht schon bei schwach übereutektischer Zusammensetzung die Gefahr der Graphitflotation kurz vor der Erstarrung. Abhilfe ist möglich durch Senkung des Kohlenstoffäquivalents (Bild 2) und durch Maßnahmen, die eine schnellere Erstarrung bewirken.

Bild 1: Graphitflotation, Kohlenstoffäquivalent 4,41, Wanddicke 150 mm (V = 1,5 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Grenzen der Kohlenstoff- und Siliziumgehalte in Abhängigkeit des Gussstückmoduls zur Verminderung von Graphitflotation© GIESSEREI LEXIKON
Bild 3: Graphitflotation aus Bild 1, deutlich ist die große, zerfurchte Oberfläche zu erkennen (V = 100 : 1)© GIESSEREI LEXIKON

Taschenbuch der Gießerei-Praxis

Jährlich aktualisierte Ausgabe des Nachschlagewerks für das Gießereiwesen.