Weißguss (White Cast Iron): Eigenschaften, Gefüge, Anwendungen & Herstellung

Was ist Weißguss?

Weißguss (White Cast Iron) ist ein Eisen-Kohlenstoff-Legierung (2–4 % C, 0,5–2 % Si, 1–2 % Mn), bei dem der Kohlenstoff fast vollständig als Zementit (Fe₃C, Eisenkarbid) vorliegt – nicht als Graphit (wie bei Grauguss). Die bruchweiße, silbrig-weiße Bruchfläche gibt dem Werkstoff seinen Namen. Er entsteht durch rasches Abkühlen (Abschreckung) von Schmelzen mit niedrigem Si-Gehalt (< 1,5 %), wodurch die Graphitbildung unterdrückt und die metastabile Zementit-Bildung begünstigt wird.

Gefüge & Mechanische Eigenschaften

Wichtige Legierungsvarianten

Unlegierter Weißguss

Basis: Fe-C-Si-Mn. Hohe Härte, hohe Sprödigkeit. Verwendung begrenzt (Kugelmühlen-Liner, Mahlkörper).

Legierter Weißguss – Der Standard für Verschleißschutz

• Ni-Hart (Nickel-Chrom-Weißguss): Ni 2–5 %, Cr 1–4 %. Austenitisches oder Martensitisches Grundgefüge + Zementit/Eutektikum. Zähere als unlegiert. Standard für Pumpengehäuse, Laufräder, Mahlwerkzeuge. ASTM A532 Klasse I/II.
• Hochchrom-Weißguss (High Chrome White Iron): Cr 12–30 %, oft + Mo, Ni, Cu. Gefüge: Martensit/Martensit+Austenit + M₇C₃-Karbide (härter als Fe₃C). Höchste Abriebfestigkeit. Wärmebehandlung (Lösungsglühen + Anlassen) zwingend für Zähigkeit. ASTM A532 Klasse III. Einsatz: Zementindustrie (Mahlwalzen), Bergbau (Zerkleinerer), Kraftwerke (Aschenförderung).
• Weißguss mit Sonderkarbiden (NbC, VC, TiC): Für extreme Bedingungen (hohe Temperatur, Korrosion + Abrieb).

Anwendungen: Wo Verschleiß das Limit setzt

• Mahl- & Zerkleinerungstechnik: Kugelmühlen-Laufbuchsen (Liners), Mahlkugeln, Zerkleinererbacken (Jaw Crusher Plates), Prallplatten (Impact Plates), Vertikalmühlen-Walzen.
• Förder- & Pumpentechnik: Schleifpumpen-Laufräder (Slurry Pumps), Gehäuse, Verschleißringe, Schneckenförderer-Außwendungen.
• Erdbewegung & Bergbau: Baggerzähne (Bucket Teeth), Schürfkübel-Bodenplatten, Bohrkroneinsätze.
• Zement- & Mineralindustrie: Rohrmühlen-Auskleidung, Separatorflügel, Zyklone-Auskleidung.
• Landtechnik: Pflugscharen, Eggenzinken (teilweise).
• Spezial: Bremsbacken (historisch), Gegengewichte (hohe Dichte), Strahlenschutz (hohe Dichte).

Herstellung & Gießtechnik

1. Schmelze: Induktionsofen / Lichtbogenofen. Legierungseinstellung (C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo). Entgasung, Entschlackung.
2. Formen: Sandform (Grünsand, Furan, Croning), Kokillenguss (Chill Casting – erzeugt durch rasche Abkühlung Weißgussrandschicht), Lost Foam, Feinguss (selten).
3. Abkühlung / Abschreckung (Chill): Entscheidend! Kühlrippen (Chills) in Form → gerichtete Erstarrung, Weißgussbildung. Dickwandige Bereiche → Graugusskern möglich (Dual Structure).
4. Wärmebehandlung (Essentiell für legierten Weißguss):
   • Lösungsglühen (950–1100 °C) → Austenitisierung, Karbide in Lösung.
   • Abschrecken (Luft, Öl, Salzschmelze) → Martensitbildung.
   • Anlassen (200–400 °C) → Spannungsabbau, Zähigkeitseinstellung (Retained Austenite Kontrolle).
5. Nachbearbeitung: Nur Schleifen (CBN) oder Hartdrehen (CBN/PCD) möglich. Schweißen extrem schwierig (Rissgefahr) → Spezialverfahren (Vorwärmen, Nickel-Bas-Zusatz).

Umwandlung zu Temperguss (Malleable Iron)

Weißguss ist der Rohstoff für Temperguss (Malleable Cast Iron). Durch langzeitiges Glühen (900–950 °C, 20–72 h) zersetzt sich Zementit → Kugelgraphit (Temperkohlenstoff) in Ferrit/Pearlit-Matrix. Ergebnis: Duktiles Gusseisen mit guter Zähigkeit & Zerspanbarkeit. Verfahren: Whiteheart (ferritisch) / Blackheart (perlitisch/ferritisch). ASTM A47.

Umwandlung zu Kugelgraphitguss (Ductile Iron) – Nicht direkt

Kugelgraphitguss (Nodular Iron) wird direkt aus der Schmelze (Mg-Behandlung + Inokulation) gegossen – nicht aus Weißguss. Er hat Kugelgraphit in Ferrit/Pearlit → hohe Duktilität, Zähigkeit, Festigkeit. ASTM A536. Anwendungen: Druckrohre, Kurbelwellen, Getriebegehäuse, Windkraft-Naben.

Wirtschaftlichkeit & Auswahl

• Kosten: Geringer als verschleißfeste Stähle (Hadfield, Werkzeugstahl) oder Keramik. Gießnear-net-shape → wenig Nacharbeit.
• Lebensdauer: 3–10x höher als Stahl in abrasiven Medien.
• Konstruktion: Sprödigkeit beachten! Keine Schlagbelastung, keine scharfen Kerben, großzügige Radien, sichere Befestigung (Schrauben, nicht Schweißen).

Fazit

Weißguss (insb. legierter Ni-Hart & Hochchrom-Weißguss) ist der Werkstoff der Wahl für extreme abrasive Verschleißbeanspruchung bei moderater Schlagbelastung. Seine unvergleichliche Härte und Abriebfestigkeit basieren auf dem metastabilen Zementit-/Karbid-Gefüge, das durch rasches Abkühlen (Chill) und gezielte Legierung (Cr, Ni, Mo) eingestellt wird. Die Sprödigkeit erfordert konstruktive Berücksichtigung. Wärmebehandlung ist bei legierten Sorten zwingend für die Zähigkeit. Weißguss ist zudem der Ausgangswerkstoff für Temperguss (Malleable Iron) durch Graphitisierungsglühen.