Gusseisen mit Lamellengraphit und Kugelgraphit im Vergleich
GJL und GJS sind auf den ersten Blick verwandte Werkstoffe – im Gefüge und im Bauteilverhalten unterscheiden sie sich jedoch erheblich. Dieser Überblick zeigt, worauf die Unterschiede zurückgehen, welche Kennwerte Sie bei der Auslegung erwarten können und welcher Werkstoff für welche Anwendung die bessere Wahl ist.
Woher der Unterschied kommt: die Form des Graphits
Beide Werkstoffe sind Eisen-Kohlenstoff-Gusslegierungen mit einem Kohlenstoffanteil von etwa 3 bis 4 %. Der überschüssige Kohlenstoff, der sich beim Erstarren nicht im Eisengitter löst, scheidet sich als Graphit aus. Wie dieser Graphit im Gefüge angeordnet ist, entscheidet über nahezu alle mechanischen Eigenschaften des fertigen Bauteils.
Bei Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL, umgangssprachlich Grauguss) erstarrt der Kohlenstoff in Form feiner, unregelmäßig verzweigter Lamellen. Diese wirken im Gefüge wie eingebaute Kerben und innere Trennflächen. Das macht den Werkstoff spröde, verleiht ihm aber auch seine typischen Vorzüge: hohe Schwingungsdämpfung, gute Wärmeleitfähigkeit und eine sehr gute Gieß- und Zerspanbarkeit.
Bei Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS, auch Sphäroguss oder duktiles Gusseisen genannt) wird die Schmelze vor dem Guss mit Magnesium oder Cer behandelt (Impfbehandlung). Dadurch erstarrt der Kohlenstoff nicht als Lamelle, sondern als nahezu kugelförmiger Einschluss. Diese Kugelform unterbricht das Metallgefüge deutlich weniger als eine Lamelle, wodurch GJS eine erheblich höhere Zähigkeit, Zugfestigkeit und Bruchdehnung erreicht – bei mechanischen Eigenschaften, die sich in vielen Anwendungen dem Stahlguss annähern.
Graphit in Form feiner, verzweigter Lamellen. Spröder Bruch, dafür hohe Dämpfung, gute Wärmeleitung, sehr gute Spanbarkeit und günstige Gießeigenschaften auch bei komplexen Geometrien.
Graphit als nahezu kugelförmige Einschlüsse durch Magnesiumbehandlung der Schmelze. Deutlich zäher und fester als GJL, mit nennenswerter Bruchdehnung – geeignet für dynamisch und schlagartig belastete Bauteile.
Die Werte im direkten Vergleich
Die folgenden Werte stammen direkt aus unserem Lieferprogramm (technische Arbeitshilfe auf Grundlage DIN EN 16482) und sind nach Strangdurchmesser D gestaffelt: Mit zunehmendem Querschnitt kühlt der Guss langsamer ab, das Gefüge wird gröber, und die Festigkeit sinkt entsprechend.
Gusseisen mit Lamellengraphit (GJL)
| Werkstoff | Ø-Bereich D | Zugfestigkeit Rm min. | Brinellhärte HBW |
|---|---|---|---|
| EN-GJL-HB150 GG15 · 5.1102 | 20 – 50 mm | 110 MPa | 110 – 180 |
| 50 – 100 mm | 100 MPa | ||
| 100 – 200 mm | 90 MPa | ||
| 200 – 400 mm | 80 MPa | ||
| EN-GJL-250 GG25 · 5.1203 | 20 – 50 mm | 195 MPa | 170 – 240 |
| 50 – 100 mm | 180 MPa | ||
| 100 – 200 mm | 165 MPa | ||
| 200 – 400 mm | 155 MPa | ||
| EN-GJL-300 GG30 · 5.1308 | 20 – 50 mm | 220 MPa | 200 – 290 |
| 50 – 100 mm | 205 MPa | ||
| 100 – 200 mm | 195 MPa | ||
| 200 – 400 mm | 185 MPa |
Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS)
| Werkstoff | Ø-Bereich D | Dehngrenze Rp0,2 min. | Zugfestigkeit Rm min. | Bruchdehnung A min. | Brinellhärte HBW |
|---|---|---|---|---|---|
| EN-GJS-400-15C GGG40 · 5.3126 | 20 – 60 mm | 250 MPa | 400 MPa | 15 % | 130 – 180 |
| 60 – 120 mm | 250 MPa | 390 MPa | 14 % | ||
| 120 – 400 mm | 240 MPa | 370 MPa | 11 % | ||
| EN-GJS-500-7C GGG50 · 5.3203 | 20 – 60 mm | 320 MPa | 500 MPa | 7 % | 150 – 240 |
| 60 – 120 mm | 300 MPa | 450 MPa | 7 % | ||
| 120 – 400 mm | 290 MPa | 420 MPa | 5 % | ||
| EN-GJS-600-3C GGG60 · 5.3204 | 20 – 60 mm | 370 MPa | 600 MPa | 3 % | 200 – 290 |
| 60 – 120 mm | 360 MPa | 600 MPa | 2 % | ||
| 120 – 400 mm | 340 MPa | 440 MPa | 1 % |
Quelle: MK Strangguss Lieferprogramm, technische Arbeitshilfe auf Grundlage DIN EN 16482, Seite 17 (GJL) und Seite 19 (GJS). Weitere Sorten aus dem Lieferprogramm (u. a. EN-GJS-400-18C, EN-GJS-500-14C, EN-GJS-700-2C) sind auf Anfrage verfügbar.
Was die Zahlen für die Praxis bedeuten
Jenseits der reinen Kennwerte unterscheiden sich GJL und GJS in Eigenschaften, die für die Bauteilauswahl oft entscheidender sind als die Zugfestigkeit allein.
Die Lamellenstruktur des GJL wirkt wie ein inneres Reibsystem und wandelt Schwingungsenergie effektiv in Wärme um – ein zentraler Grund, warum Maschinenbetten und Gehäuse traditionell aus GJL gefertigt werden. GJS dämpft aufgrund der geschlosseneren Kugelstruktur deutlich schwächer.
GJS erreicht durch die Kugelform des Graphits eine Bruchdehnung, die bei GJL praktisch nicht vorhanden ist. Für schlagartig oder wechselnd belastete Bauteile, bei denen ein sprödes Versagen kritisch wäre, ist GJS deshalb die deutlich sicherere Wahl.
Auch hier profitiert GJL von der Lamellenform: Die zusammenhängenden Graphitlamellen leiten Wärme besser weiter als die isolierten Graphitkugeln im GJS. Deshalb bleibt GJL erste Wahl für Bauteile mit hohem Wärmeabfuhrbedarf, etwa Bremsscheiben oder Zylinderblöcke.
Die Graphitlamellen wirken beim Zerspanen wie eingebaute Sollbruchstellen und erzeugen kurzbrechende Späne – GJL lässt sich deshalb besonders wirtschaftlich bearbeiten. GJS erfordert wegen seiner höheren Zähigkeit angepasste Schnittwerte und ist insgesamt etwas anspruchsvoller in der Bearbeitung, bleibt aber gut zerspanbar.
GJL fließt aufgrund seines Erstarrungsverhaltens sehr gut in dünnwandige, komplexe Formen und neigt weniger zu Lunkerbildung. GJS erfordert wegen der Magnesiumbehandlung und der andersartigen Erstarrung eine sorgfältigere Gießtechnik, insbesondere bei größeren Wanddicken.
Wo GJL und GJS typischerweise zum Einsatz kommen
Bauteile mit Fokus auf Dämpfung und Wärmeabfuhr
- Maschinenbetten und -gestelle, bei denen Schwingungsdämpfung die Bearbeitungsgenauigkeit sichert
- Gehäuse für Getriebe, Pumpen und Armaturen
- Bremsscheiben und -trommeln, bei denen Wärme schnell abgeführt werden muss
- Zylinderblöcke und -köpfe im Motorenbau
- Bauteile mit hohem Zerspanungsanteil, bei denen kurze Späne die Bearbeitungskosten senken
Bauteile mit Fokus auf Festigkeit und Zähigkeit
- Kurbelwellen, Nockenwellen und andere hochbelastete Antriebsbauteile
- Zahnräder und Getriebeteile mit wechselnden Lastspitzen
- Achsen, Radnaben und Fahrwerkskomponenten
- Rohrleitungssysteme und Armaturen mit Innendruck (z. B. Trinkwasser- und Gasleitungen)
- Bauteile, die als Stahlgussersatz mit geringerem Gießaufwand konstruiert werden
Welcher Werkstoff passt zu Ihrem Bauteil?
Als Faustregel gilt: Überall dort, wo Dämpfung, Wärmeleitung und ein günstiger Zerspanungsprozess im Vordergrund stehen und keine hohe Zähigkeit gefordert ist, ist GJL meist die wirtschaftlichere Wahl. Sobald Zugfestigkeit, Duktilität oder Sicherheit gegen sprödes Versagen entscheidend sind, führt der Weg in der Regel zu GJS.
… das Bauteil überwiegend statisch oder schwingend belastet wird, eine gute Wärmeableitung braucht und wirtschaftlich in großen Stückzahlen zerspant werden soll.
… das Bauteil schlagartigen oder wechselnden Lasten standhalten muss, eine nennenswerte Bruchdehnung sicherheitsrelevant ist oder Innendruck aufgenommen werden muss.
