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Metallkunde und Werkstoffauswahl – Gusseisen richtig einordnen

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Metallkunde und Werkstoffauswahl – Gusseisen richtig einordnen

Einleitung

Kurzbeschreibung: In diesem Lernkurs ordnest Du graphitische Gusseisenwerkstoffe über ihre Graphitform ein. Du verknüpfst Gefüge, Bearbeitbarkeit und typische Einsatzgrenzen und triffst eine begründete Vorauswahl für einen Ausbildungsfall.

Zielgruppe: Ausbildung in Metalltechnik, Zerspanung, Instandhaltung, Gießereitechnik und verwandten Berufen.

Sicherheit: Dieser Kurs erteilt keine Arbeitsfreigabe. Praktische Werkstattarbeiten, Probenpräparation, Härteprüfungen, Zerspanversuche oder Arbeiten an Maschinen dürfen nur nach betrieblicher Unterweisung, Gefährdungsbeurteilung, Freigabe der zuständigen Stelle und unter der vorgesehenen Aufsicht durchgeführt werden.

Merksatz: Die Form des Graphits beeinflusst, wie stark der Graphit als innere Kerbe wirkt. Daraus ergeben sich deutliche Unterschiede bei Festigkeit, Duktilität, Dämpfung und Zerspanbarkeit.

Abgrenzung: Dieser Kurs konzentriert sich auf Gusseisen mit Lamellen-, Vermicular- und Kugelgraphit. Weißes Gusseisen mit überwiegend carbidisch gebundenem Kohlenstoff ist werkstoffkundlich anders einzuordnen.

Lernziele

Nach dem Kurs kannst Du GJL, GJV und GJS anhand von Gefügebildern unterscheiden, typische Eigenschaftstrends erklären, Messwerte aus Datenblättern vorsichtig interpretieren und eine Werkstoffvorauswahl mit Einsatzgrenzen begründen.

Stufe	Du kannst ...
Basis	Graphitformen erkennen und Kurzzeichen zuordnen.
Anwendung	Bearbeitbarkeit, Dämpfung und mechanische Beanspruchung in eine Auswahl einbeziehen.
Transfer	Eine geänderte Bauteilanforderung erkennen und die Werkstoffvorauswahl neu begründen.

Lerneinheit 1: Drei Graphitformen erkennen

GJL – Lamellengraphit

Bei Gusseisen mit Lamellengraphit liegen dunkle Graphitlamellen in der metallischen Matrix. Die Lamellen erzeugen eine ausgeprägte Kerbwirkung. GJL ist deshalb bei Zug- und Stoßbeanspruchung begrenzt, bietet aber sehr gute Dämpfung und ist häufig sehr gut zerspanbar.

Kurzzeichen: EN-GJL.

GJV – Vermiculargraphit

Bei Gusseisen mit Vermiculargraphit erscheint der Graphit würmchen- oder kompaktförmig. GJV liegt bei vielen Eigenschaften zwischen GJL und GJS. Es verbindet vergleichsweise hohe Festigkeit mit günstigen thermischen Eigenschaften, ist bei der Zerspanung aber häufig anspruchsvoller als GJL.

Kurzzeichen: EN-GJV.

GJS – Kugelgraphit

Bei Gusseisen mit Kugelgraphit ist der Graphit weitgehend kugelförmig. Dadurch ist die Kerbwirkung deutlich geringer als bei Lamellengraphit. Viele GJS-Sorten erreichen höhere Festigkeit und deutlich höhere Bruchdehnung als GJL. Die genaue Eigenschaft hängt von Sorte, Matrix, Wanddicke und Herstellzustand ab.

Kurzzeichen: EN-GJS.

Schnellvergleich

Merkmal	GJL	GJV	GJS
Graphitform	Lamellen	vermicular	Kugeln
Kerbwirkung durch Graphit	hoch	mittel	geringer
Dämpfung	sehr günstig	günstig	meist geringer als GJL
Duktilität	sehr gering	höher als GJL	sortenabhängig deutlich höher
Zerspanbarkeit	meist sehr gut	häufig anspruchsvoller	stark von Matrix und Festigkeit abhängig
typische Rolle	Gehäuse, Maschinenbetten, Bremsscheiben	thermisch und mechanisch kombinierte Beanspruchung	dynamisch stärker belastete Bauteile, Rohre, Naben, Gehäuse

Lerneinheit 2: Vom Gefüge zur Eigenschaft

Denkweg: Graphitform → Kerbwirkung → lokale Spannung → Verformungs- und Bruchverhalten.

Bei Lamellen entstehen an den scharfen Enden stärkere Spannungsspitzen. Kugeln unterbrechen die metallische Matrix weniger ungünstig. Vermiculargraphit bildet eine Zwischenform.

Wichtig: Aus einem Gefügebild allein folgt noch keine vollständige Werkstofffreigabe. Matrix, Wanddicke, Wärmebehandlung, Gussqualität, Fehlstellen und reale Lasten müssen zusätzlich bewertet werden.

Vertiefungsbild: Graphit und Erstarrung

Das Diagramm zeigt als Vertiefung die stabile Graphit- und die metastabile Cementitbetrachtung im Eisen-Kohlenstoff-System. Für die Werkstoffauswahl im Ausbildungsfall genügt zunächst die Frage: In welcher Form liegt der freie Graphit vor?

Das NPTEL-Video „Cast Irons and Steels“ stammt aus einer Vorlesungsreihe des IIT Roorkee und eignet sich zur Wiederholung der Einordnung von Gusseisen.

Lerneinheit 3: Bearbeitbarkeit richtig einordnen

Beim Zerspanen ist nicht nur die Härte wichtig. Graphitform, Matrix und Gusshaut beeinflussen Spanbildung, Schnittkräfte und Werkzeugverschleiß.

Beobachtung	Einordnung
kurze, bröckelige Späne und niedrige Schnittkräfte	typisch günstig bei vielen GJL-Sorten
höhere Festigkeit und zusammenhängendere Matrix	kann Zerspanung bei GJV und höherfestem GJS erschweren
ferritische Matrix	meist günstiger zu bearbeiten als stark perlitische oder hochfeste Zustände
harte Randzonen oder Gusshaut	können Werkzeugverschleiß deutlich erhöhen

Praxisgrenze: Schnittwerte werden nicht aus diesem Kurs übernommen. Verwende betriebliche Arbeitsunterlagen, Werkzeugherstellerdaten, Werkstoffzeugnisse und freigegebene Bearbeitungspläne.

Lerneinheit 4: Messwerte lesen – nicht überinterpretieren

Brinell-Härte als Messwertansicht

Bei der Brinell-Härteprüfung wird eine Hartmetallkugel mit definierter Prüfkraft eingedrückt. Aus dem Eindruck wird ein Härtewert bestimmt.

Das Video „Brinell Hardness Test“ wird von Prof. Dr.-Ing. Rainer Schwab, Hochschule Karlsruhe, verantwortet und zeigt Prinzip und Ablauf der Prüfung.

Zwei veröffentlichte Datenansichten

Die folgenden Werte sind Beispiele aus veröffentlichten Datenblättern. Sie sind keine allgemeine Freigabe für ein Bauteil und ersetzen weder die aktuelle Norm noch ein Werkstoffzeugnis.

Datenansicht	Zugfestigkeit	Dehngrenze	Bruchdehnung	Brinellhärte	Lernhinweis
EN-GJL-250, Datenblatt KIPP	250–350 N/mm²	keine klassische Rp0,2-Angabe	etwa 0,3–0,8 %	etwa 190–230 HB	hohe Festigkeit bedeutet hier nicht hohe Duktilität
EN-GJS-400-18, Übersicht Fonderie Schlumberger	mindestens etwa 400 MPa	etwa 240 MPa	etwa 18 %	etwa 130–175 HB	deutlich höhere Dehnung ist ein wichtiges Auswahlmerkmal

Prüffrage: Ein Werkstoff kann härter sein und trotzdem für eine dynamische Zugbeanspruchung ungünstiger sein. Deshalb werden Härte, Festigkeit, Dehnung, Gefüge und reale Belastung gemeinsam bewertet.

Lerneinheit 5: Typische Einsatzgrenzen

Werkstofffamilie	Gut passend, wenn ...	Kritisch prüfen, wenn ...
GJL	Dämpfung, Formsteifigkeit, Gießbarkeit und gute Bearbeitbarkeit wichtig sind	hohe Zugwechsel-, Stoß- oder Kerbbeanspruchung auftritt
GJV	mechanische und thermische Anforderungen kombiniert auftreten	sehr gute Zerspanbarkeit oder sehr hohe Duktilität gefordert ist
GJS	höhere Festigkeit und Duktilität benötigt werden	Temperaturbereich, Kerbschlagverhalten oder sehr hohe Härte besondere Anforderungen stellen

Schweißen als Grenze: Schweißarbeiten an Gusseisen sind kein Standard-Reparaturschritt. Für Gusseisen bestehen eigene Empfehlungen und qualifizierte Verfahren. Eine Reparaturentscheidung gehört in die zuständige Fach- und Freigabekette.

Ausbildungsfall: Gehäuse für einen Prüfstand

Ein Ausbildungsbetrieb plant ein gegossenes Lager- und Getriebegehäuse. Es soll Schwingungen gut dämpfen, viele Bohr- und Fräsflächen erhalten und im normalen Betrieb überwiegend statisch belastet werden. Stoßbelastungen sind konstruktiv nicht vorgesehen.

Kandidaten: EN-GJL-250, EN-GJV und EN-GJS.

Anforderung	Gewichtung	Beobachtung
Schwingungsdämpfung	hoch	spricht stark für GJL
gute Zerspanbarkeit	hoch	spricht häufig für GJL
hohe Bruchdehnung	niedrig	im Ausgangsfall nicht führend
starke Stoß- und Zugwechselbeanspruchung	niedrig	im Ausgangsfall nicht vorgesehen

Didaktische Vorauswahl: GJL ist für diesen Ausgangsfall ein plausibler Kandidat. Das ist noch keine Bauteilfreigabe. Konstruktion, Wanddicke, Lastkollektiv, Gussqualität, Normanforderungen und Werkstoffzeugnis müssen geprüft werden.

Das Bild zeigt eine Bremsscheibe aus Gusseisen als anschauliches Beispiel für eine reale Gussanwendung. Die konkrete Werkstoffsorte eines Bauteils darf aus einem Foto allein nicht abgeleitet werden.

Änderung des Falls

Nun soll derselbe Gehäusebereich eine Lasche tragen, die regelmäßig wechselnd auf Zug beansprucht wird und gelegentliche Stoßlasten aufnehmen muss.

Neue Bewertung: Die ursprüngliche Begründung für GJL reicht nicht mehr aus. Eine GJS-Sorte wird als Werkstofffamilie deutlich interessanter, weil geringere Graphit-Kerbwirkung und höhere Duktilität zur geänderten Beanspruchung passen. Die konkrete Sorte muss erneut aus Norm, Konstruktion und Nachweisen gewählt werden.

Gestufte Hilfen

Hilfe 1 – Gefüge: Suche zuerst die Graphitform. Lamelle, Wurm oder Kugel?

Hilfe 2 – Anforderung: Übersetze „Schwingung“, „Stoß“, „Zugwechsel“ und „viel Zerspanung“ in Werkstoffeigenschaften.

Hilfe 3 – Vorauswahl: Wähle zuerst eine Werkstofffamilie. Die genaue Sorte folgt erst nach Daten- und Normprüfung.

Hilfe 4 – Freigabegrenze: Eine gute Lernlösung ist noch keine technische Freigabe. Werkstoffzeugnis, Zeichnung, Norm, Belastung und betriebliche Freigabe bleiben notwendig.

Basis-, Anwendungs- und Transferaufgaben

Basis

Graphitform erkennen: Ordne die drei Schliffbilder GJL, GJV und GJS zu und nenne jeweils das sichtbare Formmerkmal.
Kurzzeichen entschlüsseln: Erkläre, wofür L, V und S in den Kurzzeichen GJL, GJV und GJS stehen.

Begründetes Feedback: GJL erkennst Du an Lamellen, GJV an vermicularen oder wurmähnlichen Graphitformen und GJS an kugeligen Graphitausscheidungen. Die Form ist wichtig, weil sie die Kerbwirkung und damit das mechanische Verhalten beeinflusst.

Anwendung

Werkstoffauswahl Gehäuse: Wähle für den Ausgangsfall eine Werkstofffamilie und begründe sie mit zwei Anforderungen.
Messwerte vergleichen: Begründe anhand der beiden Datenansichten, welcher Werkstoff bei höherer geforderter plastischer Verformbarkeit günstiger erscheint.

Begründetes Feedback: Für das schwingungsdämpfende, stark zu bearbeitende Gehäuse ohne relevante Stoßlast ist GJL plausibel. Für höhere Verformbarkeit spricht GJS, weil die veröffentlichte Beispielansicht eine deutlich höhere Bruchdehnung zeigt. Ein einzelner Kennwert reicht trotzdem nicht zur Freigabe.

Transfer

Anforderungsänderung: Entscheide neu, wenn die Gehäuselasche wechselnd auf Zug und zusätzlich stoßartig belastet wird.
Grenzfall GJV: Formuliere einen Fall, in dem GJV als Kompromiss zwischen GJL und GJS interessant sein könnte.

Begründetes Feedback: Bei dynamischer Zug- und Stoßbeanspruchung wird GJS als Familie attraktiver, weil kugeliger Graphit die Kerbwirkung reduziert. GJV kann interessant sein, wenn höhere Festigkeit als bei GJL mit günstigen thermischen Eigenschaften kombiniert werden soll. Die konkrete Sorte bleibt eine Prüfaufgabe.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Graphitform kennzeichnet GJL? (Lamellengraphit) (!Kugelgraphit) (!Vermiculargraphit) (!Cementitkugeln)

Welche Graphitform kennzeichnet GJS? (Kugelgraphit) (!Lamellengraphit) (!Vermiculargraphit) (!Nadelgraphit)

Welche Graphitform kennzeichnet GJV? (Vermiculargraphit) (!Kugelgraphit) (!Lamellengraphit) (!Fasergrafit)

Warum ist GJL bei Zugbeanspruchung vergleichsweise kritisch? (Graphitlamellen erzeugen eine starke Kerbwirkung) (!Graphitlamellen machen den Werkstoff immer weich) (!GJL enthält grundsätzlich keinen Kohlenstoff) (!GJL kann grundsätzlich nicht gegossen werden)

Welche Eigenschaft spricht bei einem schwingungsdämpfenden Maschinengehäuse oft für GJL? (Gute Schwingungsdämpfung) (!Sehr hohe Bruchdehnung) (!Sehr hohe Kerbschlagzähigkeit) (!Sehr hohe plastische Umformbarkeit)

Welche Werkstofffamilie bietet typischerweise die höhere Duktilität? (GJS) (!GJL) (!Weißes Gusseisen) (!Gehärteter Hartguss)

Was wird bei der Brinell-Härteprüfung ausgewertet? (Der Eindruck einer Prüfkugel) (!Die Farbe der Bruchfläche) (!Die elektrische Leitfähigkeit) (!Die Länge eines Spans)

Welche Norm behandelt Gusseisen mit Lamellengraphit? (DIN EN 1561) (!DIN EN 16079) (!DIN EN 1563) (!DIN EN 1011 Teil 8)

Was ist vor einer praktischen Werkstattprüfung zwingend zu klären? (Unterweisung Gefährdungsbeurteilung und zuständige Aufsicht) (!Nur die gewünschte Messzahl) (!Nur die Werkzeugfarbe) (!Nur die Werkstoffbezeichnung)

Welche Reihenfolge beschreibt eine saubere Werkstoffvorauswahl am besten? (Anforderung Eigenschaft Werkstofffamilie Nachweis) (!Werkstoffname Preis Farbe Freigabe) (!Härte Foto Schätzung Freigabe) (!Werkzeug Werkstoff Zufall Serienstart)

Memory

Lamellengraphit	GJL
Kugelgraphit	GJS
Vermiculargraphit	GJV
Kerbwirkung	Spannungsspitze
Brinellprüfung	Eindruckdurchmesser
Schwingungsdämpfung	Maschinenbett
Duktilität	Bruchdehnung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Lamellengraphit	gute Dämpfung
Kugelgraphit	höhere Duktilität
Vermiculargraphit	Zwischenstellung
Brinellhärte	Kugel-Eindruck
Bearbeitbarkeit	Spanbildung und Werkzeugverschleiß

Kreuzworträtsel

Graphit	Welcher Kohlenstoffbestandteil erscheint in GJL GJV und GJS in unterschiedlicher Form?
Lamelle	Welche Form hat der Graphit bei GJL?
Kugelgraphit	Welche Graphitform vermindert die Kerbwirkung gegenüber Lamellen deutlich?
Vermiculargraphit	Welche wurmähnliche Graphitform kennzeichnet GJV?
Brinell	Welche Härteprüfung arbeitet mit einem kugelförmigen Eindringkörper?
Dämpfung	Welche Eigenschaft ist bei Maschinenbetten häufig besonders wichtig?

LearningApps

Lückentext

Bei GJL liegt der Graphit überwiegend

vor.

Bei GJS ist der Graphit überwiegend

ausgebildet.

Bei GJV ist die Graphitform

.

Die Enden von Graphitlamellen verstärken die

.

GJL ist bei Maschinengehäusen oft wegen seiner guten

interessant.

Eine verbreitete Härteprüfung für Gusswerkstoffe ist die Prüfung nach

.

Bei höherer dynamischer Zug- und Stoßbeanspruchung ist häufig

günstiger als GJL.

Vor einer realen Freigabe muss die aktuelle

zusammen mit Zeichnung und Nachweisen geprüft werden.

Offene Aufgaben

Sicherheitsrahmen für alle Aufgaben: Beobachten, Auswerten, Planen und Dokumentieren ist ohne Maschinenarbeit möglich. Jede tatsächliche Werkstattdurchführung erfolgt nur nach Unterweisung, Gefährdungsbeurteilung, betrieblicher Freigabe und mit zuständiger Aufsicht.

Leicht

Gefügebild beschriften: Erstelle zu den drei Schliffbildern je eine Bildlegende mit Graphitform und Kurzzeichen.
Eigenschaftskarten: Formuliere je eine Karte zu Dämpfung, Duktilität, Kerbwirkung und Bearbeitbarkeit.
Werkstoffsteckbrief: Erstelle einen kompakten Steckbrief für GJL, GJV oder GJS.
Medienprüfung: Öffne eine verwendete Commons-Dateiseite und notiere Urheber, Lizenz und Lernzweck des Bildes.

Standard

Auswahlmatrix: Bewerte GJL, GJV und GJS für ein Gehäuse mit den Kriterien Dämpfung, Bearbeitbarkeit und dynamische Beanspruchung.
Messwertanalyse: Erkläre, warum ein Härtewert allein keine Aussage über Duktilität und Stoßeignung erlaubt.
Zerspanvergleich: Recherchiere in freigegebenen Fachunterlagen, wie sich Werkzeugbelastung bei GJL, GJV und GJS unterscheiden kann.
Erklärvideo planen: Entwirf ein einminütiges Storyboard zum Zusammenhang von Graphitform und Kerbwirkung.

Schwer

Konstruktionsänderung bewerten: Ändere im Ausbildungsfall eine Lastanforderung und begründe, ob die Werkstofffamilie gewechselt werden sollte.
Schadenshypothese: Entwickle für einen hypothetischen Riss an einer GJL-Lasche drei mögliche Ursachen und nenne die Informationen, die zur Prüfung fehlen.
Normenvergleich: Vergleiche den Anwendungsbereich von DIN EN 1561, DIN EN 1563 und DIN EN 16079 anhand aktueller Norminformationen.
Prüfplan entwerfen: Erstelle auf Papier einen Prüfplan aus Gefügebeurteilung, Härtewert, Werkstoffzeugnis und Lastanforderung. Eine reale Durchführung ist nur nach betrieblicher Freigabe zulässig.

Lernkontrolle

Werkstofffamilie begründen: Ein Maschinenbett soll stark dämpfen und gut bearbeitbar sein. Begründe eine Vorauswahl und nenne zwei Grenzen dieser Entscheidung.
Anforderungskonflikt lösen: Ein Bauteil benötigt hohe Dämpfung und zugleich hohe Duktilität. Erkläre, warum eine einfache Rangliste der Gusseisenarten nicht genügt.
Messdaten bewerten: Zwei Werkstoffdatenblätter zeigen ähnliche Härtewerte, aber stark unterschiedliche Bruchdehnungen. Leite daraus ab, welche zusätzliche Information für eine dynamische Belastung wichtig ist.
Gefügebild übertragen: Du erhältst ein unbekanntes Schliffbild mit überwiegend kugeligem Graphit. Formuliere eine begründete Hypothese zur Werkstofffamilie und nenne zwei Punkte, die Du noch prüfen musst.
Bearbeitungsgrenze erklären: Begründe, warum die Aussage „Gusseisen ist immer gut zerspanbar“ fachlich zu pauschal ist.
Freigabe unterscheiden: Erkläre den Unterschied zwischen einer didaktischen Werkstoffvorauswahl und einer technischen Arbeits- oder Bauteilfreigabe.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis ist wichtig, dass Du nicht nur Kurzzeichen auswendig kennst, sondern Zusammenhänge begründen kannst.

Graphitformen: GJL, GJV und GJS anhand der Graphitform sicher unterscheiden.
Gefüge-Eigenschaft-Beziehung: Kerbwirkung, Dämpfung und Duktilität aus der Graphitform qualitativ ableiten.
Bearbeitbarkeit: erklären, warum Graphitform und Matrix die Zerspanung beeinflussen.
Messwerte: Brinellhärte, Zugfestigkeit, Dehngrenze und Bruchdehnung in ihrer Aussage unterscheiden.
Werkstoffauswahl: Anforderungen in eine begründete Werkstoffvorauswahl übersetzen.
Einsatzgrenzen: erkennen, wann eine ursprüngliche Werkstoffentscheidung neu bewertet werden muss.
Sicherheitsgrenze: erklären, warum dieser Kurs keine Arbeitsfreigabe ersetzt.

Fachliche Quellen und Medienrechte

Normstatus bei Kurserstellung geprüft: 04.10.2026. Für reale Entscheidungen ist immer der im Betrieb gültige aktuelle Stand zu verwenden.

Quelle	Verwendung im Kurs	Prüfhinweis
DIN EN 1561:2024-03	Gusseisen mit Lamellengraphit	bei DIN Media als aktuell geführt
DIN EN 1563:2019-04	Gusseisen mit Kugelgraphit	bei DIN Media als aktuell geführt
DIN EN 16079:2024-03	Gusseisen mit Vermiculargraphit	bei DIN Media als aktuell geführt
Procedia CIRP: Machinability of graphitic cast iron grades	Vergleich von GJL GJV und GJS bei der Zerspanung	Open-Access-Fachartikel
Metallographic Atlas der Universidad Complutense de Madrid	Gefügeeinordnung	Hochschulquelle
KIPP Datenblatt EN-GJL-250	Beispielwerte für Messdaten	Datenblattwerte nicht als allgemeine Abnahmewerte verwenden
Fonderie Schlumberger Werkstoffübersicht	Beispielwerte EN-GJS-400-18	Werte mit Norm und Zeugnis abgleichen
Wikipedia Gusseisen	OER-Orientierung und Begriffe	Sekundärquelle
Wikipedia Zerspanbarkeit von Gusseisen	Überblick zur Zerspanbarkeit	Sekundärquelle mit Fachliteratur

Geprüfte Wikimedia-Commons-Medien

Datei	Lernzweck	Lizenz laut Commons-Dateiseite
GGV-GGG.jpg	direkter Vergleich GJL GJV GJS	Public Domain
Gusseisen mit Lamellengraphit.jpg	Schliffbild GJL	CC BY-SA 4.0, Urheber Hb tuw
Gusseisen mit Kugelgraphit.jpg	Schliffbild GJS	CC BY-SA 4.0, Urheber Hb tuw
GJV 50e 01 ies.jpg	Schliffbild GJV	CC BY-SA 3.0 und GFDL, Urheber Frank Vincentz
Diag FeC fonte grise.svg	Diagramm zu Graphit und Cementit	CC BY-SA und GFDL, Urheber Cdang
BrinellHardness.svg	Prüfprinzip Brinell	CC BY-SA und GFDL
Brinell calibration block.jpg	reale Messwert- und Prüfansicht	CC BY 4.0, Urheber GarfieldJAustin
Disc break wheel.jpg	Anwendungsbild Bremsscheibe	CC BY-SA 3.0, Urheber Majorcaptain

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