Eutektische Erstarrung des Gusseisens unter Ausscheidung von Graphit. Die Bruchfläche des Gusses (Gießkeil) hat ein graues Aussehen; es enthält keinen Zementit beziehungsweise Ledeburit, der auf die Weißeinstrahlung (Weißerstarrung) zurückzuführen ist, (Eisen-Kohlenstoff-Legierung).
Die grundlegenden Zusammenhänge sind im Eisen-Kohlenstoff-Zustandsschaubild gemäß der Differenzierung zwischen dem stabilen System Fe-C (Eisen-Graphit) und dem metastabilen System Fe-Fe3C (Eisen-Zementit) enthalten. Der Abstand zwischen der stabilen und der metastabilen eutektischen Gleichgewichtstemperatur beträgt bei reinen Eisen-Kohlenstoff-Legierungen nur 7 K. Da in der Regel bei der Erstarrung des Gusseisens eine gewisse Unterkühlung stattfindet, besteht die Gefahr einer ledeburitischen Weißerstarrung, wenn infolge hoher Abkühlungsgeschwindigkeit oder eines Mangels an Kristallisationskeimen die Unterkühlung groß genug wird, um auch die tiefer liegende eutektische Temperatur des metastabilen Systems zu unterschreiten. Durch Begleitelemente, wie Silizium, Kupfer und Nickel, wird der Abstand zwischen beiden eutektischen Temperaturen erweitert, so dass dann eine schon sehr starke Unterkühlung notwendig wäre, um an Stelle der graphitischen Grauerstarrung, die im Bereich zwischen der stabilen und der metastabilen eutektischen Gleichgewichtstemperatur stattfindet, eine ledeburitische Weißerstarrung zu erreichen.
Zum Durchlaufen dieser Temperaturdifferenz ist entsprechend der Abkühlungsgeschwindigkeit eine gewisse Zeit erforderlich. Während dieser Zeitspanne befindet sich die Schmelze in einem Gebiet, in dem eine Graphitbildung sehr leicht möglich ist, aber kein Ledeburit entstehen kann. Nimmt man an, dass das Gusseisen eine bestimmte Verweilzeit in diesem Bereich benötigt, damit eine Grauerstarrung gewährleistet ist, so folgt daraus, dass es um so rascher abgekühlt werden kann, je größer das Intervall zwischen der stabilen und der metastabilen eutektischen Gleichgewichtstemperatur ist. Wenn sich das Graphiteutektikum in genügender Menge gebildet hat, verhindert die frei werdende Schmelzwärme bei der Erstarrung jede weitere Unterkühlung, (Eisen-Kohlenstoff-Legierung).
Die bei der Herstellung von Grauguss erforderliche Grauerstarrung lässt sich durch eine zweckmäßige Eisenzusammensetzung erreichen, wobei vor allem der Siliziumgehalt so gewählt werden muss, dass ein ausreichend großes Intervall zwischen den eutektischen Gleichgewichtstemperaturen besteht. Die Graphitisierungstendenz ist dann entsprechend hoch. Außerdem ist eine gute Keimbildung zur Vermeidung einer allzu starken Unterkühlbarkeit, einer Ausscheidung unerwünschter Graphitanordnungen (insbesondere D- und E-Graphit) und einer ledeburitischen Weißerstarrung anzustreben. Zur Erfüllung dieser Bedingungen dient vor allem das Impfen des flüssigen Eisens unmittelbar vor oder während des Gießens.