Graphitform

Metallurgie

Im Gusseisen eutektischer Zusammensetzung scheidet sich bei Grauerstarrung das Graphiteutektikum (Austenit-Graphit) aus. Das eutektische Korn wächst in Form von Kugeln (Bild 1), und der darin ausgeschiedene Graphit verzweigt sich in verschiedenen Formen (Bild 2).

Form und Größe des eutektischen Korns und des Graphitskeletts hängen vom Wachstum des Korns ab. Dieses Wachstum wird hauptsächlich von der Zusammensetzung des Gusseisens, der Schmelzbehandlung, der Zahl der Keime in der Schmelze, der Überhitzung und der Abkühlungsgeschwindigkeit beeinflusst. Entsprechend ändert sich die Graphitform und -anordnung (Bilder 3 und 5).

Im Schliffgefüge von Gusseisen mit Lamellengraphit erscheint das Graphitskelett, wenn es geschnitten wird, in Form von Graphitlamellen, die jedoch keineswegs selbständige, voneinander getrennte Körper sind, sondern eine Verästelung des Skeletts darstellen. Da sich jedes Graphitskelett von einem Kristallkeim oder Kristallisator aus entwickelt, entstehen bei einem großen Angebot von Keimen entsprechend viele eutektische Körner und Graphitskelette, die jedoch im gleichen Zeitraum langsamer wachsen und damit einen relativ groben Graphit entstehen lassen. In besonders beimengungsfreien Gusseisenschmelzen, die aus reinen Komponenten hergestellt, oder solchen, die mit Magnesium entschwefelt worden sind, ist der Graphit kugelförmig (Bilder 3 d und 5 d).

Bei der Abkühlung des Gusseisens eutektischer und untereutektischer Zusammensetzung erfolgt die Kristallisation des Austenit-Graphit-Eutektikums gewöhnlich bei der eutektischen Temperatur des stabilen Systems Fe-C (Eisen-Kohlenstoff-Legierung, Grauerstarrung). Oft kommt es dabei zu einer Unterkühlung, sobald sich die zusätzlichen Keime in der Schmelze aktivieren, welche die Kristallisation des Graphiteutektikums fördern. Übereutektische Schmelzen, bei denen keine Unterkühlung stattgefunden hat, scheidet sich grober Primärgraphit (C-Graphit, Garschaumgraphit) aus. Lamellen- und Rosettengraphit (A- und B- Graphit) entstehen dagegen vorzugsweise aus Schmelzen mit geringer beziehungsweise mäßiger Unterkühlung (Bilder 3 a, 3 b, 5 a und 5 b), während bei starker Unterkühlung interdendritischer Graphit (D- und E-Graphit) auftritt (Bilder 3 c und 5 c). Die Bilder 4, 6, 7 und 8 zeigen einige dieser Graphitformen im Detail.

Mit steigender Überhitzung des Eisens vor dem Gießen nimmt die Zahl der eutektischen Körner ab und die Korngröße zu. Gleichzeitig erhöht sich auch die Neigung zur Unterkühlung und die Gefahr der Weißerstarrung. Außerdem spielt noch die Abkühlungsgeschwindigkeit eine wichtige Rolle. Die Neigung zur Weißerstarrung wird mit zunehmender Abkühlungsgeschwindigkeit bei Gusseisensorten mit geringer Graphitisierungstendenz verstärkt (Graphitisierungsfaktor K < 1), während das umgekehrte Verhalten bei Gusseisensorten mit hoher Graphitisierungstendenz festgestellt wird. In diesem Fall aktivieren sich zum Teil die zusätzlichen Kristallkeime infolge der stärkeren Unterkühlung, und die Zahl der eutektischen Körner nimmt zu, obgleich die Korngröße kleiner ist als bei langsamerer Abkühlung. Die Abkühlungsgeschwindigkeit selbst ist bei gleicher Formstoffbeschaffenheit eine Funktion der Gussstückwanddicke.

Weitere Graphitformen sind der Kugelgraphit, der Vermiculargraphit und der Korallengraphit. Eine besondere Graphitform ist die beim Graphitisierungsglühen von Temperrohguss sich ausscheidende Temperkohle, (Temperguss, Temperkohle, Temperkohle-Richtreihe).

Bild 1: Eutektische Körner im Gusseisengefüge, erkennbar gemacht durch Abschrecken während der Erstarrung (V = 4 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Lamellenförmiges Graphitskelett in einem eutektischen Korn, REM-Aufnahme (V = 700 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 3: Grundtypen der eutektischen Körner und des Graphitskeletts a) Korn mit Lamellengraphit (ungeätzt) b) Korn mit Rosettengraphit (ungeätzt) c) Korn mit Unterkühlungsgraphit (geätzt) d) Korn mit Kugelgraphit (geätzt)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 4: Lamellengraphit (A-Graphit) im Gusseisengefüge, REM-Aufnahme (V = 2500 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 5: Graphitformen nach Bild 3, REM-Aufnahme (V = 500 : 1) a) Lamellengraphit b) Rosettengraphit c) Unterkühlungsgraphit d) Kugelgraphit© GIESSEREI LEXIKON
Bild 6: Schraubenförmig verzweigter Lamellengraphit (A-Graphit) im Gusseisengefüge, REM-Aufnahme (V = 500 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 7: Lamellengraphit (A-Graphit) und interdendritischer Graphit (E-Graphit) im Gusseisengefüge, REM-Aufnahme (V = 600 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 8: Rosettengraphit (B-Graphit) und Unterkühlungsgraphit (D-Graphit) im Gusseisengefüge, REM-Aufnahme (V = 500 : 1)© GIESSEREI LEXIKON

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