Thermische Eigenschaften von Gusseisen: Wärmeleitfähigkeit und Ausdehnung

Alexander Wosinski · 15 Juni 2026

Gusseisen leitet Wärme deutlich besser als viele andere Konstruktionswerkstoffe und zeigt dabei werkstoffabhängige Unterschiede, die für thermisch belastete Bauteile entscheidend sein können. Grauguss (GJL) erreicht Wärmeleitfähigkeitswerte von etwa 40 bis 55 W/(m·K), während Sphäroguss (GJS) mit rund 25 bis 36 W/(m·K) etwas darunter liegt. Die nachfolgenden Abschnitte beleuchten, welche Faktoren diese Werte beeinflussen, wie groß die thermische Ausdehnung ausfällt und welche Legierung sich für welche Anwendung eignet.

Wie gut leitet Gusseisen Wärme im Vergleich zu anderen Metallen?

Gusseisen ist im Vergleich zu vielen technischen Werkstoffen ein guter Wärmeleiter. Grauguss (GJL) erreicht Wärmeleitfähigkeitswerte von etwa 40 bis 55 W/(m·K), Sphäroguss (GJS) liegt bei etwa 25 bis 36 W/(m·K). Damit übertrifft Gusseisen Werkstoffe wie Stahl (ca. 15 bis 50 W/(m·K), je nach Legierung) und liegt deutlich über Titanlegierungen (ca. 7 bis 22 W/(m·K)).

Aluminium und Kupfer leiten Wärme mit Werten von etwa 200 bzw. 380 W/(m·K) zwar deutlich besser, sind aber in vielen Anwendungen wegen ihrer geringeren Festigkeit, höheren Kosten oder schlechteren Dämpfungseigenschaften keine Alternative. Für Maschinenbauteile, bei denen Wärmeabfuhr, Schwingungsdämpfung und Druckfestigkeit gemeinsam gefordert werden, bietet Gusseisen ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil, das andere Metalle selten in dieser Kombination erreichen.

Besonders relevant ist die Wärmeleitfähigkeit von Gusseisen in Anwendungen wie Zylinderköpfen, Bremsscheiben, Hydraulikgehäusen und Werkzeugmaschinengestellen, wo eine gleichmäßige Wärmeverteilung thermische Spannungen reduziert und die Formstabilität unter Betriebstemperatur sicherstellt.

Was beeinflusst die Wärmeleitfähigkeit von Grauguss und Sphäroguss?

Die Wärmeleitfähigkeit von Gusseisen wird maßgeblich durch die Form und Verteilung des enthaltenen Graphits bestimmt. In Grauguss (GJL) liegt der Graphit als zusammenhängende Lamellen vor, die als effektive Wärmeleiter wirken und die hohe Wärmeleitfähigkeit von 40 bis 55 W/(m·K) erklären. In Sphäroguss (GJS) ist der Graphit in kugelförmige Nodule umgewandelt, was die Wärmeleitpfade unterbricht und die niedrigeren Werte von 25 bis 36 W/(m·K) bedingt.

Weitere Einflussfaktoren sind die chemische Zusammensetzung der Grundmatrix, insbesondere der Siliziumgehalt, sowie die Gefügestruktur (perlitisch, ferritisch oder gemischt). Ein höherer Ferritanteil verbessert die Wärmeleitfähigkeit geringfügig, während ein perlitisches Gefüge sie leicht senkt. Auch die Betriebstemperatur selbst spielt eine Rolle: Mit steigender Temperatur nimmt die Wärmeleitfähigkeit von Gusseisen tendenziell ab, was bei der Auslegung thermisch belasteter Bauteile berücksichtigt werden sollte.

Für Konstrukteure bedeutet das: Wenn maximale Wärmeabfuhr gefordert ist, liefert Grauguss GJL die besseren Kennwerte. Wo mechanische Zähigkeit und Duktilität im Vordergrund stehen, wird dieser Vorteil durch den Einsatz von Sphäroguss GJS bewusst in Kauf genommen.

Wie groß ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von Gusseisen?

Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Gusseisen liegt typischerweise zwischen 10 und 12 × 10⁻⁶ K⁻¹ für Grauguss (GJL) und zwischen 11 und 13 × 10⁻⁶ K⁻¹ für Sphäroguss (GJS). Diese Werte gelten für den Temperaturbereich von etwa 20 bis 200 °C und sind damit vergleichbar mit unlegiertem Stahl (ca. 11 bis 12 × 10⁻⁶ K⁻¹).

Die thermische Ausdehnung von Gusseisen ist damit deutlich geringer als die von Aluminium (ca. 23 × 10⁻⁶ K⁻¹) oder Kupfer (ca. 17 × 10⁻⁶ K⁻¹). Das ist ein praktischer Vorteil in Baugruppen, die Gusseisen mit Stahlkomponenten kombinieren: Unterschiedliche Ausdehnungsraten erzeugen thermische Spannungen an Fügestellen und Passflächen. Die Ähnlichkeit der Ausdehnungskoeffizienten von Gusseisen und Stahl vereinfacht die konstruktive Auslegung solcher Verbindungen erheblich.

Bei Anwendungen mit großen Temperaturschwankungen, etwa in Hydraulikblöcken oder Getriebegehäusen, ist die Kenntnis des Ausdehnungskoeffizienten Voraussetzung für die korrekte Berechnung von Passungen und Toleranzen. Hier zahlt sich die Werkstoffbeständigkeit von Gusseisen über einen weiten Temperaturbereich aus.

Welche Gusseisenlegierung eignet sich besser für thermisch belastete Bauteile?

Für Bauteile, bei denen Wärmeabfuhr die primäre Anforderung ist, eignet sich Grauguss (GJL) besser als Sphäroguss (GJS). Die lamellare Graphitstruktur von GJL ermöglicht höhere Wärmeleitfähigkeitswerte und damit eine effektivere Ableitung von Prozesswärme. Für Anwendungen, die neben thermischer Belastbarkeit auch Schlagzähigkeit und höhere Zugfestigkeit erfordern, ist Sphäroguss (GJS) die geeignetere Wahl.

In der Praxis bedeutet das: Zylinderköpfe, Bremskomponenten und Wärmetauscher-Gehäuse werden häufig aus Grauguss GJL gefertigt, weil die Wärmeleitfähigkeit hier direkt die Funktion bestimmt. Hydraulikzylinder, Getriebegehäuse und druckbelastete Armaturen werden dagegen bevorzugt aus Sphäroguss GJS-400-15C bis GJS-700-3C realisiert, weil die höhere Duktilität Druckspitzen und dynamische Lasten besser aufnimmt.

Beide Werkstoffgruppen sind nach DIN EN 16482 genormt und decken damit ein breites Anforderungsspektrum ab. Die Wahl zwischen GJL und GJS ist keine Frage des „besser oder schlechter“, sondern eine Abwägung zwischen Wärmeleitfähigkeit, mechanischer Zähigkeit und dem spezifischen Belastungsprofil der Anwendung.

Wie wirkt sich Temperatur auf die mechanischen Eigenschaften von Gusseisen aus?

Bis zu Temperaturen von etwa 300 bis 350 °C bleiben die mechanischen Eigenschaften von Gusseisen weitgehend stabil. Oberhalb dieses Bereichs nimmt die Zugfestigkeit ab, und bei Temperaturen über 400 °C beginnt das Gefüge sich zu verändern, was zu einem merklichen Abfall der Festigkeit und Härte führt. Für die meisten industriellen Anwendungen liegt die Betriebstemperatur weit unterhalb dieser Grenze.

Grauguss (GJL) zeigt bei erhöhten Temperaturen eine geringere Kerbschlagzähigkeit als Sphäroguss (GJS), was bei zyklisch-thermischen Belastungen relevant ist. Thermische Ermüdung, also die Schädigung durch wiederholte Aufheiz- und Abkühlzyklen, tritt bei GJL früher auf als bei GJS, weil die lamellaren Graphiteinschlüsse als Kerbstellen wirken können.

Bei Temperaturen unter null Grad ist Sphäroguss (GJS) dem Grauguss (GJL) ebenfalls überlegen: Die Duktilität von GJS bleibt auch bei tiefen Temperaturen erhalten, während GJL zur Versprödung neigt. Für Bauteile in Außenanwendungen oder Kälteanlagen ist dieser Aspekt der Gusseisen-Temperaturbeständigkeit bei der Werkstoffauswahl zu berücksichtigen.

Welche Normwerte gelten für thermische Eigenschaften nach DIN EN 16482?

DIN EN 16482 ist die maßgebliche Norm für Strangguss-Halbzeuge aus Gusseisen und definiert mechanische Mindestkennwerte sowie Werkstoffbezeichnungen für Grauguss (GJL) und Sphäroguss (GJS). Thermische Kennwerte wie Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizient sind in DIN EN 16482 nicht als Prüf- oder Abnahmewerte festgelegt, sondern gelten als werkstoffspezifische Richtwerte, die aus der Gefügestruktur und chemischen Zusammensetzung resultieren.

Die Norm definiert die Werkstoffgüten GJL-HB150C, GJL-250C und GJL-300C für Grauguss sowie GJS-400-15C bis GJS-700-3C für Sphäroguss. Diese Bezeichnungen enthalten Angaben zu Mindestzugfestigkeit und Mindestbruchdehnung, nicht zu thermischen Kennwerten. Für die Auslegung thermisch belasteter Bauteile werden die thermischen Eigenschaften aus Werkstoffdatenblättern der Hersteller oder aus anerkannten Werkstoffhandbüchern entnommen.

Für die Beschaffung bedeutet das: Die Normkonformität nach DIN EN 16482 sichert die mechanischen Mindesteigenschaften und die Rückverfolgbarkeit der Werkstoffgüte. Die thermischen Eigenschaften sind werkstoffklassenspezifisch und innerhalb einer Güte (z. B. GJL-250C) als stabil anzusehen, solange die Charge den Normanforderungen entspricht. Eine Zertifizierung nach DIN EN ISO 9001:2015 beim Lieferanten stellt sicher, dass diese Konformität dokumentiert und auditierbar ist.

Wie MK Strangguss GmbH bei thermisch belasteten Bauteilen unterstützt

Als spezialisierter Händler und Vollservice-Partner für Strangguss-Halbzeuge aus Gusseisen liefert MK Strangguss GmbH Werkstoffe nach DIN EN 16482 ab Lager, mit denen sich thermisch belastete Bauteile zuverlässig realisieren lassen. Das Lieferprogramm umfasst:

Grauguss GJL-HB150C, GJL-250C und GJL-300C für Anwendungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit
Sphäroguss GJS-400-15C bis GJS-700-3C für Bauteile mit kombinierten thermischen und dynamischen Belastungen
Abmessungen von 20 mm bis 740 mm, ab einem Stück ab Lager lieferbar
Bearbeitung als Rohware, Sägezuschnitt, vorgedreht mit einem Aufmaß von +1,0 mm oder einbaufertig nach Zeichnung

Mit rund 1.000 Tonnen Lagerbestand, überwiegend aus deutscher Herstellung, und der Zertifizierung nach DIN EN ISO 9001:2015 gewährleistet MK Strangguss GmbH gleichbleibende Materialqualität und kurze Reaktionszeiten. Die eigene Fertigung im märkischen Sauerland ermöglicht es, Zuschnitte und Vorbearbeitungen direkt auf Ihre Anforderungen abzustimmen.

Sprechen Sie unser Vertriebsteam an, das Sie zu Werkstoffauswahl, Abmessungen und Lieferzeiten berät: Tel. +49 2391 607744-0 | info@mk-strangguss.de | Mo bis Fr, 07:00 bis 18:00 Uhr. Oder nehmen Sie direkt Kontakt zu Ihrem Ansprechpartner auf.