Die Gusshaut ist die äußere Randzone eines Strangguss-Halbzeugs, die beim Erstarrungsprozess entsteht und sich in ihren Werkstoffeigenschaften deutlich vom Kernmaterial unterscheidet. Sie ist härter, spröder und inhomogener als der Grundwerkstoff und stellt bei der Zerspanung von Grauguss (GJL) und Sphäroguss (GJS) eine besondere Herausforderung dar. Die folgenden Abschnitte beantworten die wichtigsten Fragen rund um die Gusshaut beim Strangguss-Halbzeug.
Wie entsteht eine Gusshaut beim Strangguss?
Die Gusshaut entsteht beim Strangguss durch den direkten Kontakt der Schmelze mit der wassergekühlten Kokille. An der Berührungsfläche erstarrt das flüssige Metall schlagartig, wobei eine feinkörnige, verdichtete Randzone gebildet wird, die sich in Gefügestruktur und Zusammensetzung vom langsamer erstarrenden Kern unterscheidet.
Dieser Abkühlungsgradient ist der entscheidende Faktor: Die Außenschicht kühlt innerhalb von Millisekunden ab, während der Kern der Stange deutlich langsamer erstarrt. Das Ergebnis ist ein zweischichtiger Aufbau, bei dem die Randzone eine andere Gefügemorphologie aufweist als das Innenmaterial. Bei Grauguss zeigt sich dies in einer veränderten Graphitausbildung, bei Sphäroguss in einer abweichenden Verteilung der Graphitkugeln.
Hinzu kommen Oxidationseffekte an der Oberfläche sowie anhaftende Rückstände aus dem Gießprozess, die die Gusshaut zusätzlich von der metallisch blanken Kernzone abgrenzen. Die Dicke der Gusshaut variiert je nach Abmessung, Werkstoff und Gießparametern, liegt aber typischerweise im Bereich weniger Millimeter.
Welche Eigenschaften hat die Gusshaut im Vergleich zum Grundwerkstoff?
Die Gusshaut eines Strangguss-Halbzeugs ist härter und inhomogener als der Grundwerkstoff im Kern. Durch die schnelle Abkühlung entsteht ein feinkörniges, dichtes Gefüge mit erhöhter Oberflächenhärte, das sich in Zerspanbarkeit, Maßhaltigkeit und Werkzeugverschleiß deutlich anders verhält als das homogene Kernmaterial.
Beim Grauguss (GJL) kann die Gusshaut Zonen enthalten, in denen die Graphitausbildung stark abweicht oder in denen weißes Eisen vorliegt, also ein ledeburitisches Gefüge mit hohem Karbidanteil. Diese Bereiche sind extrem hart und für Zerspanwerkzeuge besonders belastend. Der Kernbereich des GJL-Halbzeugs hingegen weist die für Grauguss typische lamellare Graphitstruktur auf, die für gute Zerspanbarkeit und Dämpfungseigenschaften bekannt ist.
Bei Sphäroguss (GJS) fällt der Unterschied zwischen Gusshaut und Kern ebenfalls ins Gewicht, auch wenn weißes Eisen seltener auftritt. Die Randzone zeigt häufig eine ungleichmäßige Verteilung der Graphitkugeln sowie Seigerungen, also lokale Anreicherungen bestimmter Legierungsbestandteile. Der Grundwerkstoff nach DIN EN 16482 hat definierte mechanische Kennwerte, die erst ab einer gewissen Tiefe zuverlässig eingehalten werden.
Warum ist die Gusshaut bei der Zerspanung problematisch?
Die Gusshaut ist bei der Zerspanung problematisch, weil sie deutlich härter als der Grundwerkstoff ist und Werkzeuge überproportional stark beansprucht. Beim ersten Schnitt durch die Randzone steigt der Werkzeugverschleiß sprunghaft an, was zu Maßabweichungen, schlechteren Oberflächen und erhöhten Werkzeugkosten führt.
Konkret bedeutet das für die Praxis: Wer Strangguss-Halbzeug ohne Vorbearbeitung direkt auf der Drehmaschine oder Fräse bearbeitet, muss beim ersten Schnitt mit erhöhtem Schnittdruck und Rattern rechnen. Hartmetallwerkzeuge, die auf den homogenen Grundwerkstoff ausgelegt sind, stoßen in der Gusshaut auf deutlich höhere Widerstandswerte. Das betrifft besonders die Bearbeitung von GJL-Güten wie GJL-250C oder GJL-300C, bei denen die Randzone karbidhaltiges Gefüge aufweisen kann.
Ein weiterer Aspekt ist die Ungleichmäßigkeit der Gusshaut über den Umfang. Beim Strangguss ist die Randzone nicht exakt gleichmäßig dick, sodass der Übergang vom Hartgefüge zum Kernmaterial beim Drehen oder Fräsen nicht in einer definierten Tiefe erfolgt. Das macht eine reproduzierbare Einstellung der Schnitttiefe schwierig und erfordert erfahrene Einrichter sowie geeignete Werkzeugstrategien.
Wie wird die Gusshaut bei der Bearbeitung von Strangguss-Halbzeugen entfernt?
Die Gusshaut wird durch einen ausreichend tiefen ersten Schnitt beim Drehen oder Fräsen entfernt. Die Schnitttiefe muss die gesamte Randzone durchdringen, um in den homogenen Grundwerkstoff zu gelangen. Alternativ kann das Halbzeug bereits vorgedreht oder vorgefräst bezogen werden, sodass die Gusshaut vor der eigentlichen Fertigbearbeitung bereits abgetragen ist.
Beim Drehen empfiehlt sich ein erster Schälschnitt mit ausreichendem Aufmaß, der die Gusshaut vollständig überwindet. Wer das Aufmaß zu gering wählt, riskiert, dass der Schnitt immer wieder in die Randzone gerät und der Werkzeugverschleiß dauerhaft erhöht bleibt. In der Praxis hat sich ein Mindestaufmaß von 2 bis 3 mm bewährt, wobei die genaue Tiefe vom Durchmesser und der Güte des Halbzeugs abhängt.
Beim Fräsen gilt dasselbe Prinzip: Der erste Fräsgang muss tief genug angesetzt werden, um die Gusshaut vollständig abzutragen. Besonders bei großen Flachstangen oder Vierkantprofilen ist darauf zu achten, dass alle Seiten gleichmäßig bearbeitet werden, da die Gusshaut auf allen Außenflächen vorhanden ist.
Eine wirtschaftlich sinnvolle Alternative ist der Bezug von bereits vorgedrehten oder vorgefrästen Strangguss-Halbzeugen, bei denen die Gusshaut bereits im Lieferzustand entfernt wurde. Bearbeitungsservice für Strangguss umfasst genau diese Vorarbeit, sodass die eigene Fertigung direkt mit dem Fertigschnitt beginnen kann.
Welchen Einfluss hat die Gusshaut auf Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität?
Die Gusshaut beeinträchtigt die Maßhaltigkeit, weil sie ungleichmäßig dick ist und beim Zerspanen zu schwankenden Schnittkräften führt. Das verursacht Vibrationen und Maßabweichungen, besonders bei engen Toleranzen. Die Oberflächenqualität leidet, solange der Schnitt nicht vollständig im homogenen Grundwerkstoff liegt.
Für Bauteile mit definierten Passmaßen oder engen Toleranzfeldern ist die Gusshaut daher ein Faktor, der in der Fertigungsplanung berücksichtigt werden muss. Wenn der erste Schnitt nicht tief genug angesetzt wird, arbeitet das Werkzeug in einer Zone mit wechselnder Härte, was zu ungleichmäßigem Materialabtrag und damit zu Rundlaufabweichungen oder Planheitsfehlern führt.
Auf die Oberflächenrauheit wirkt sich die Gusshaut direkt aus: Die Randzone enthält häufig Poren, Oxideinschlüsse und Gefügeinhomogenitäten, die eine gleichmäßige Oberfläche verhindern. Erst wenn der Schnitt vollständig im Grundwerkstoff liegt, lassen sich die für Grauguss und Sphäroguss typischen guten Oberflächenqualitäten reproduzierbar erreichen. Wer das Strangguss-Halbzeug direkt nach dem Lieferprogramm für Gusseisen auswählt, sollte diesen Zusammenhang bei der Festlegung des Aufmaßes einplanen.
Wann sollte man Strangguss-Halbzeug bereits ohne Gusshaut bestellen?
Strangguss-Halbzeug ohne Gusshaut sollte bestellt werden, wenn die eigene Fertigung nicht für den aufwändigen ersten Schnitt durch die Randzone ausgerüstet ist, wenn enge Liefertermine keinen Spielraum für Vorbearbeitung lassen, oder wenn die Werkzeugkosten durch häufige Bearbeitung von Gusshaut-Zonen wirtschaftlich nicht vertretbar sind.
Für Betriebe, die Strangguss-Halbzeuge in größeren Mengen oder regelmäßig verarbeiten, rechnet sich der Bezug vorgedrehter oder vorgefräster Ware in der Regel schnell. Der Wegfall des ersten Bearbeitungsschritts verkürzt die Durchlaufzeit, schont das Werkzeug und reduziert den Ausschuss durch Maßabweichungen in der Anlaufphase.
Besonders relevant ist dies bei großen Durchmessern ab 200 mm aufwärts, wo die Gusshaut durch den längeren Erstarrungsweg ausgeprägt sein kann, und bei Werkstoffen wie GJS-600-3C oder GJS-700-3C, die im Grundwerkstoff bereits hohe Festigkeitswerte aufweisen und damit in der Randzone entsprechend anspruchsvoll zu zerspanen sind.
Auch für Lohnfertiger, die Halbzeuge direkt nach Zeichnung fertigbearbeiten, ist vorbearbeitete Ware eine sinnvolle Option, da die Gusshaut-Entfernung nicht zum eigentlichen Wertschöpfungsauftrag gehört und intern oft unverhältnismäßig viel Maschinenzeit bindet.
So unterstützt MK Strangguss GmbH bei der Bearbeitung der Gusshaut
MK Strangguss GmbH liefert Strangguss-Halbzeuge aus Grauguss und Sphäroguss so, dass die Gusshaut-Problematik für die eigene Fertigung so gering wie möglich ausfällt. Das Lieferprogramm umfasst Abmessungen von 20 mm bis 740 mm nach DIN EN 16482, ab Lager lieferbar, mit einem Bestand von rund 1.000 Tonnen überwiegend aus deutscher Herstellung.
Je nach Bedarf liefert MK Strangguss die Halbzeuge in folgenden Bearbeitungszuständen:
- Als Rohware mit Gusshaut, für Betriebe, die den ersten Schnitt intern kontrollieren möchten
- Vorgedreht mit einem Aufmaß von +1,0 mm, sodass die Gusshaut bereits abgetragen ist und der Fertigschnitt direkt beginnen kann
- Vorgefräst auf vier oder sechs Seiten, für Flach- und Vierkantprofile mit definierten Ausgangsflächen
- Einbaufertig nach Zeichnung, für Betriebe, die eine vollständige Fertigbearbeitung ohne eigenen Bearbeitungsaufwand benötigen
Zertifiziert nach DIN EN ISO 9001:2015 und mit lösungsorientierten Vertriebsmitarbeitern aus dem märkischen Sauerland steht MK Strangguss GmbH als Vollservice-Partner für alle Fragen zu Abmessungen, Werkstoffgüten und Bearbeitungsgrad zur Verfügung. Sprechen Sie uns an: Tel. +49 2391 607744-0 | info@mk-strangguss.de | Mo bis Fr, 07:00 bis 18:00 Uhr.
