GGG steht für „Kugelgraphitguss“ (deutsch für Sphäroguss), und 50 bezieht sich auf die Mindestzugfestigkeit von 50 kg/mm² (500 MPa).
Ursprünglich nach der deutschen Norm DIN 1693 benannt, verdankt dieser Werkstoff seine Bezeichnung seiner Mindestzugfestigkeit von 50 kg/mm². Er ist heute unter der europäischen Norm EN-GJS-500-7 bekannt, wobei „500-7“ eine Mindestzugfestigkeit von 500 MPa und eine Mindestdehnung von 7 % angibt.
Das Besondere an GGG-50 ist sein Mikrogefüge. Im Gegensatz zu Grauguss mit Lamellengraphit enthält GGG-50 Graphit in Form von Kugelgraphiten. Dieser Kugelgraphit verleiht dem Werkstoff in Kombination mit einer ferritisch-perlitischen Matrix stahlähnliche mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig hervorragender Gießbarkeit und den für Gusseisen typischen Schwingungsdämpfungseigenschaften.
| Element | Typischer Gehalt (Gew.-%) | Zweck |
|---|---|---|
| Kohlenstoff (C) | 3.3 - 3.7 | Bildet Graphitknötchen; sorgt für Gießbarkeit |
| Silizium (Si) | 2.4 - 3.0 | Fördert die Graphitbildung; stärkt Ferrit |
| Mangan (Mn) | 0.10 - 0.30 | Steuert die Perlitbildung |
| Schwefel (S) | 0.005 - 0.02 | Niedrig gehalten, um Versprödung zu vermeiden |
| Phosphor (P) | 0.015 - 0.08 | Minimiert, um die Duktilität zu erhalten |
| Magnesium (Mg) | 0.04 - 0.07 | Entscheidend für die Bildung von sphäroidischem Graphit |
| Eisen (Fe) | Balance | Basiselement |
| Immobilien | Typischer Wert | Notizen |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (Rm) | ≥ 500 MPa | Minimale Anforderungen |
| Streckgrenze (Rp0.2) | ≥ 320 MPa | 0.2% Offset-Zinspunkt |
| Dehnung (A5) | ≥ 7% | Gemessen an Standard-Prüfstäben |
| Härte | 170 – 230 HB | Höherer Perlitgehalt erhöht die Härte |
| Elastizitätsmodul | ~169 GPa | Etwa 20 % niedriger als Stahl |
| Schlagenergie (Charpy) | 3 – 4J | Bei Raumtemperatur |
| Druckfestigkeit | ~ 900 MPa | Weit höher als die Zugfestigkeit |
| Schiere Stärke | ~ 450 MPa | Wichtig für Getriebeanwendungen |
| Ermüdungsgrenze | 200 - 250 MPa | Bei umgekehrter Biegung |
Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften eignet sich GGG-50 für Anwendungen, die Wärmeableitung und Dimensionsstabilität erfordern. Das Material hat eine Dichte von ca. 7.1 g/cm³ und ist aufgrund seines Graphitgehalts etwas leichter als Stahl.
Die Wärmeleitfähigkeit beträgt bei Raumtemperatur etwa 35 W/(m·K). Obwohl sie niedriger als bei Stahl ist, bietet sie dennoch eine gute Wärmeableitung für Bauteile wie Bremstrommeln und Motorblöcke. Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt zwischen 20 und 400 °C bei 12.0–12.5 × 10⁻⁶/K und ist damit vergleichbar mit dem von Stahl. Dies ermöglicht eine gute thermische Kompatibilität in Materialkombinationen.
GGG-50 kann bis zu einer Temperatur von ca. 450 °C dauerhaft eingesetzt werden. Oberhalb dieser Temperatur beginnt das Ferrit durch Kriechen zu verformen, und die Festigkeit des Materials nimmt deutlich ab. Im Vergleich zu Stahl bietet das Material zudem eine ausgezeichnete Schwingungsdämpfung, wenn auch eine geringere als Grauguss, wodurch es sich zur Geräuschreduzierung in Maschinen eignet.
Bearbeitbarkeit Dies ist einer der größten Vorteile von GGG-50. Das Material lässt sich hervorragend bearbeiten und erreicht im Vergleich zu Automatenstahl eine Zerspanbarkeit von 60–100 %. Die Graphitkugeln wirken als Spanbrecher und sorgen für natürliche Schmierung beim Zerspanen.
Typische Schnittgeschwindigkeiten mit Hartmetallwerkzeugen liegen beim Drehen zwischen 150 und 250 m/min und beim Fräsen zwischen 100 und 180 m/min. Das Material erzeugt kurze, spröde Späne, die sich leicht handhaben lassen, und die mittlere Härte (170–230 HB) ermöglicht eine effiziente Bearbeitung mit Standardwerkzeugen.
SchweißbarkeitGGG-50 erfordert jedoch besondere Aufmerksamkeit. Der hohe Kohlenstoffgehalt (3.3–3.7 %) erschwert das konventionelle Schweißen. Für erfolgreiches Schweißen ist Folgendes erforderlich:
Ohne diese Vorsichtsmaßnahmen können sich in der Wärmeeinflusszone harte, spröde Karbide bilden, die zu Rissen führen. Aus diesem Grund werden Löten oder mechanische Verbindungen oft dem Schweißen vorgezogen.
GGG-50 reagiert gut auf verschiedene Wärmebehandlungen, die seine Eigenschaften für spezifische Anwendungen modifizieren können. Ausglühen Eine Erhitzung bei etwa 900 °C mit anschließender Luftkühlung erhöht die Festigkeit auf 550-600 MPa durch die Bildung einer feineren Perlitstruktur, allerdings kann die Dehnung auf 3-5 % sinken.
Temperm Eine Behandlung bei 900 °C mit langsamer Abkühlung erhöht den Ferritgehalt, verbessert die Duktilität, verringert aber die Festigkeit. Dadurch verschieben sich die Eigenschaften hin zu einer Güteklasse 450-10 (450 MPa Zugfestigkeit, 10 % Dehnung).
Oberflächenhärtung Durch Induktions- oder Flammhärtung lässt sich eine harte, verschleißfeste Oberfläche (bis zu 55 HRC) erzeugen, während der Kern zäh bleibt. Dieses Verfahren wird häufig bei Zahnrädern und Nockenwellen angewendet. Das Material kann zudem nitriert werden, um eine harte Oberflächenschicht für verbesserte Verschleißfestigkeit zu bilden.
Austemperieren kann GGG-50 in ADI (Austempered Ductile Iron) umwandeln und erreicht Zugfestigkeiten von bis zu 1200 MPa bei einer Dehnung von 8-10%, wobei jedoch eine ganz andere Werkstoffgüte entsteht.
GGG-50 ist international unter verschiedenen Bezeichnungen anerkannt, die sich alle auf im Wesentlichen dasselbe Material mit geringfügigen Spezifikationsunterschieden beziehen.
| Standard | Notenbezeichnung | Land / Region |
|---|---|---|
| EN 1563 | DE-GJS-500-7 | Europa |
| ISO 1083 | 500 bis 7 | Internationale |
| DIN 1693 | GGG-50 | Deutschland (historisch) |
| ASTM A536 | 70-50-05 | USA |
| JIS G5502 | FCD500-7 | Japan |
| GB / T 1348 | QT500-7 | China |
| BS 2789 | 500/7 | Vereinigtes Königreich (historisch) |
| UNI 4544 | GS500-7 | Italien |
| NF A32-201 | FGS500-7 | Frankreich |
| GOST 7293 | VCh 50 (ВЧ50) | Russland |
GGG-50 besitzt dank seiner sphäroidischen Graphitstruktur eine wesentlich höhere Zugfestigkeit (500 MPa gegenüber 200-300 MPa) und Duktilität (7 % gegenüber praktisch keiner) als Grauguss.
Nein, GGG-50 erfordert spezielle Nickel-basierte Elektroden, ein Vorheizen auf 250-300°C und eine kontrollierte Abkühlung, um Risse aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts zu vermeiden.
Ja, GGG-50 ist wie die meisten eisenbasierten Werkstoffe ferromagnetisch und eignet sich daher für Anwendungen, die magnetische Eigenschaften erfordern.
GGG-50 ist in der Regel wirtschaftlicher als Guss- oder Schmiedestahl für komplexe Formen, da es niedrigere Schmelztemperaturen und eine bessere Gießbarkeit bei vergleichbarer Festigkeit bietet.
