GGG-50 und GGG-40 sind zwei Sorten duktilen Gusseisens, die sich hauptsächlich in ihrem Verhältnis von Festigkeit und Duktilität unterscheiden. GGG-50 bietet eine um 25 % höhere Zugfestigkeit (500 MPa gegenüber 400 MPa) und eine bessere Verschleißfestigkeit, während GGG-40 die doppelte Bruchdehnung (15 % gegenüber 7 %) und eine höhere Schlagzähigkeit aufweist. Dieser grundlegende Zielkonflikt – Festigkeit versus Duktilität – bestimmt, welche Sorte Ingenieure für bestimmte Anwendungen wählen.
| Immobilien | GGG-40 (EN-GJS-400-15) | GGG-50 (EN-GJS-500-7) |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 400 MPa (mindestens) | 500 MPa (mindestens) |
| Streckgrenze | ~ 250 MPa | ~ 320 MPa |
| Bruchdehnung | 15 % (Minimum) | 7 % (Minimum) |
| Härte (Brinell) | 130-180 HB | 170-230 HB |
| Schlagfestigkeit | Ausgezeichnet | Moderat |
| Ermüdungsfestigkeit | Höher | Senken |
Die höhere Streckgrenze von GGG-50 (320 MPa) ermöglicht es, höhere statische Belastungen ohne bleibende Verformung aufzunehmen. Es ist diesbezüglich etwa 28 % fester als GGG-40.
Der Unterschied in der Dehnung ist sogar noch deutlicher. GGG-40 lässt sich um 15 % dehnen, bevor es bricht – etwa doppelt so viel wie GGG-50. Diese höhere Dehnbarkeit führt direkt zu einer besseren Stoßdämpfung und Widerstandsfähigkeit gegen plötzliche Stöße.
| Element | GGG-40 (typischer %) | GGG-50 (typischer %) |
|---|---|---|
| Kohlenstoff (C) | 3.50 bis 3.60 | 3.60 bis 3.80 |
| Silizium (Si) | 3.00 bis 3.20 | 2.50 bis 2.90 |
| Mangan (Mn) | ~ 0.5 | ~ 0.6 |
| Phosphor (P) | 0.07 max | 0.08 max |
| Schwefel (S) | 0.02 max | 0.025 max |
| Magnesium (Mg) | ~ 0.04 | 0.03 bis 0.05 |
| Nodulizer (Ce, RE) | ~ 0.02 | 0.03 bis 0.05 |
Der entscheidende Unterschied liegt im Siliziumgehalt. Der höhere Siliziumgehalt (3.00–3.20 %) von GGG-40 begünstigt eine ferritische Matrixstruktur, die weicher und duktiler ist. Der niedrigere Siliziumgehalt (2.50–2.90 %) von GGG-50 in Kombination mit einem etwas höheren Kohlenstoffgehalt führt zu einem höheren Perlitanteil im Mikrogefüge.
Dieses Perlit-Ferrit-Verhältnis ist entscheidend. GGG-40 besteht überwiegend aus Ferrit mit etwas Perlit, was ihm Flexibilität verleiht. GGG-50 enthält deutlich mehr Perlit, das wie winzige harte Partikel im gesamten Material wirkt und so die Festigkeit erhöht, aber die Duktilität verringert.
GGG-50 bietet dank seiner höheren Härte (170–230 HB) und seines Perlitanteils eine überlegene Verschleißfestigkeit. Die härtere Oberfläche widersteht Abrieb unter Gleit- oder Wälzkontaktbedingungen besser.
GGG-40 bietet nach wie vor gute Verschleißeigenschaften für Anwendungen mit mittlerer Beanspruchung. Seine Graphitknötchen sorgen für natürliche Schmierung, und das Material eignet sich gut für Zahnräder oder Kurbelwellen, bei denen ein gewisser Verschleiß akzeptabel ist. Die weichere Matrix ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen, bei denen sich die Teile während der ersten Betriebsphase einlaufen oder leicht anpassen müssen.
Für maximale Verschleißfestigkeit unter extremen Bedingungen ist GGG-50 die optimale Wahl. Sind die Verschleißanforderungen jedoch moderat und spielen andere Faktoren wie die Schlagfestigkeit eine größere Rolle, schneidet GGG-40 oft insgesamt besser ab.
GGG-40 ist GGG-50 in Zähigkeit und Schlagfestigkeit deutlich überlegen. Dank seiner Dehnung von 15 % kann es Stoßbelastungen absorbieren und sich plastisch verformen, ohne zu reißen.
Dank seiner überlegenen Zähigkeit eignet sich GGG-40 ideal für Bauteile, die dynamischen Belastungen, Vibrationen oder Temperaturschocks ausgesetzt sind. Es lässt sich vor dem Bruch erheblich biegen, während GGG-50 bei Überlastung zu Sprödbruch neigt.
GGG-40 weist auch bei niedrigen Temperaturen eine bessere Zähigkeit auf. Wenn Bauteile Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ausgesetzt sein könnten, bietet die Duktilität von GGG-40 eine entscheidende Sicherheitsreserve gegen Sprödbruch.
Beide Sorten lassen sich im Vergleich zu anderen Gusseisensorten gut bearbeiten, da ihre Graphitknötchen die Späne brechen und beim Schneiden für Schmierung sorgen.
GGG-40 lässt sich aufgrund seiner geringeren Härte (130–180 HB) etwas leichter bearbeiten. Es verhält sich ähnlich wie mittelgekohlter Stahl, und die Werkzeuge stehen länger. Bohr- und Gewindeschneidvorgänge verlaufen mit Standardwerkzeugen reibungslos.
GGG-50 lässt sich trotz seiner höheren Festigkeit gut bearbeiten. Seine Härte (170–230 HB) erhöht zwar den Werkzeugverschleiß geringfügig, beeinträchtigt aber nicht die Erzielung feiner Oberflächen und enger Toleranzen. Die meisten Betriebe können GGG-50 mit ihren Standardgeräten und -verfahren bearbeiten.
Der Unterschied in der Bearbeitbarkeit wird bei der Serienfertigung deutlich. Bei der Herstellung von Tausenden von Teilen führt der geringere Werkzeugverschleiß von GGG-40 zu spürbaren Kosteneinsparungen. Für kleinere Losgrößen eignen sich beide Werkstoffe gleichermaßen gut.
GGG-40-Anwendungen:
GGG-50-Anwendungen:
Die Wahl hängt oft von der Belastungsart ab. Sind Bauteile hauptsächlich statischen Belastungen mit minimalen Stößen ausgesetzt, ermöglicht die höhere Festigkeit von GGG-50 dünnere und leichtere Konstruktionen. Müssen Bauteile hingegen Stößen, Vibrationen oder Temperaturschwankungen standhalten, bietet die Zähigkeit von GGG-40 eine höhere Zuverlässigkeit.
Ja, GGG-40 verträgt dynamischen Druck tatsächlich besser als GGG-50, da die deutschen Normen bis zu 100 bar zulassen, im Vergleich zu 63 bar bei GGG-50.
GGG-50 bietet aufgrund seiner höheren Härte (170-230 HB gegenüber 130-180 HB) eine bessere Verschleißfestigkeit.
Die Materialkosten sind ähnlich, aber GGG-40 kann die Bearbeitungskosten aufgrund des geringeren Werkzeugverschleißes in der Serienfertigung senken.
Beide Werkstoffe lassen sich bei Anwendung geeigneter Verfahren schweißen, GGG-40 ist jedoch aufgrund seines niedrigeren Kohlenstoffäquivalents und seiner ferritischen Struktur zuverlässiger zu schweißen.
