Eisenguss Lebensdauer von Gussbauteilen berechnen

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF fanden eine Methode, die Schwingfestigkeit von Bauteilen aus Gusseisen mit Kugel- und Vermikulargraphit bereits in der Entwicklungsphase zu beurteilen.

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Der Gießprozess beeinflusst die Schwingfestigkeit von Eisengussbauteilen. Neben einer tragenden metallischen Matrix enthalten sie Graphitpartikel - mechanisch gesehen sind dies Hohlräume. Deren Anzahl, Form und Lage kann die Lebensdauer eines ansonsten fehlerfreien Gusseisens um den Faktor zehn beeinflussen. Um die Schwankungen der inhomogen verteilten Schwingfestigkeit derartiger Gusseisengefüge bewerten zu können, haben die Darmstädter Wissenschaftler neue Methoden entwickelt.

Hohlräume beeinflussen Lebensdauer von Eisengussbauteilen

Nach dem Stand der Technik wird die Schwingfestigkeit von Bauteilen aus Gusseisen mit Kugel- oder Vermikulargraphit aus Kennwerten des statischen Zugversuchs abgeschätzt. In ihrem Forschungsprojekt unternahmen die LBF-Forscher Versuche an Proben aus Gussprobekörpern sowie aus Bauteilen. An etwa zehn Prozent aller Proben führten sie Gefügeanalysen durch. Anhand der Bildanalysen und Ergebnisse der Schwingfestigkeitsversuche untersuchten sie Korrelationen zwischen ausgewählten Gefügekenngrößen und Parametern von Dehnungs- und Spannungswöhlerlinien. Das Ergebnis: Korrelationen, die den Perlitgehalt, die Kugelzahl und die Nodularität - ein Maß für die Kugelförmigkeit des Graphits in Gusseisen – enthalten, versprechen eine zuverlässige rechnerische Abschätzung der Schwingfestigkeit. Anschließend führten die Darmstädter Wissenschaftler rechnerische Lebensdaueranalysen von Versuchen an LKW-Lagerböcken und an Zylinderkurbelgehäusen unter Zuhilfenahme der erarbeiteten Korrelationsgleichungen durch.

Frühzeitiges Beurteilen der Schwingfestigkeit

Die von den LBF-Forschern erarbeiteten Ergebnisse ermöglichen bereits in der Entwicklungsphase eine Beurteilung der Schwingfestigkeit von Bauteilen aus Gusseisen mit Kugel- und Vermikulargraphit. Zudem kann durch quantitative Metallographie die lokale Qualität des Bauteils zielgerichtet eingeschätzt werden. Prozessbedingte Schwankungen der Schwingfestigkeit, die bisher durch erhöhte Sicherheitsfaktoren Zufallsschwankungen zugeordnet wurden, können systematisch erfasst werden. Dadurch lassen sich Abschätzungen der Eigenschaftsstreuungen identifizieren und der Gießprozess in Hinblick auf die örtlich am Bauteil erforderliche Schwingfestigkeit optimieren. (qui)

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