Forschung und Innovation

Beurteilung der Schwingfestigkeit von lunkerbehaftetem Gusseisen mit Kugelgrafit aus Röntgenbildern
von Christoph Bleicher, Darmstadt

Drei mit Lunkern behaftete Gusseisenwerkstoffe, EN-GJS-400-18U-LT, EN-GJS-450-18 und
EN-GJS-700-2, werden hinsichtlich ihrer zulässigen zyklischen Beanspruchbarkeit auf der Basis von Wöhlerlinien unter Zuhilfenahme von Röntgenbildern bewertet. Dabei zeigt sich, dass die Kerbwirkung der Lunker eine werkstoffübergreifende Auswertung der Wöhlerlinien über die drei untersuchten lunkerbehafteten Werkstoffe ermöglicht. Insbesondere führt die Berücksichtigung der Orientierung des Lunkers relativ zur Belastungsrichtung weiterhin zu einer verbesserten Beurteilung der Schwingfestigkeit und zu einer reduzierten Streuung.

Versuchsaufbau auf einer elektromagnetischen Resonanzprüfmaschine

Die Nutzung von Gusseisen mit Kugelgrafit und anderen Gusswerkstoffen für dickwandige Anwendungen im Bereich der Windenergie und im Großmaschinenbau führt regelmäßig zu Herausforderungen bei der Beurteilung von Lunkern, die sich in Wanddicken von bis zu 1000 mm immer wieder einstellen können. Möglichkeiten der Lunkerdetektion sind durch die Anwendung der Ultraschalltechnik und der Durchstrahlungsprüfung gegeben. Insbesondere die Beurteilung der Lunker und deren Auswirkungen auf die zyklische Beanspruchbarkeit führen jedoch immer wieder zu Schwierigkeiten durch die rein visuelle Beurteilung der Lunker und deren Vergleich mit Röntgenbildkatalogen [1, 2]. Ansätze der Beurteilung nach diesen Fehlervergleichskatalogen für den GGG-40 [3] (Bezeichnung nach DIN-EN: EN-GJS-400-15) haben bereits gezeigt, dass eine Ableitung von Wöhlerlinien für jede detektierte Lunkerklasse möglich ist. Auf der Basis von Untersuchungen werden diese Erkenntnisse nun auf drei weitere Kugelgrafitgusswerkstoffe erweitert und präzisiert [4, 5]. Es wird zusätzlich gezeigt, dass die Einteilung aus [3] am GGG-40 weitestgehend auch auf die Werkstoffe EN-GJS-400-18U-LT, EN-GJS-450-18 und EN-GJS-700-2 übertragbar ist und sich, bei vorhandenen Lunkern, außerdem werkstoffübergreifende Wöhlerlinien ableiten lassen. Ziel ist es, Wöhlerlinien für die fünf in [1] definierten Lunkerklassen abzuleiten, die für eine Abschätzung der zulässigen Beanspruchbarkeit dienen können.

Die Schwingfestigkeitsuntersuchungen wurden an den ferritischen Werkstoffen EN-GJS-400-18U-LT sowie EN-GJS-450-18 und dem höherfesten, perlitischen EN-GJS-700-2 an Rundproben durchgeführt, die aus Gussplatten mit Wanddicken zwischen 120 mm und 230 mm entnommen wurden. Die chemische Zusammensetzung der Werkstoffe zeigt Tabelle 1 sowie deren mechanische Kennwerte Tabelle 2 (Tabellen sh. Gesamtbeitrag unten) Dabei wurden die mechanischen Kennwerte an Zugproben ermittelt, die aus den Bereichen entnommen wurden, die durch eine der Probenentnahme vorangegangene Ultraschall- und Durchstrahlungsprüfung als ungänzenfrei detektiert wurden. Weiterhin wurden Schwingproben ohne Lunker sowohl aus dem Plattenrand- als auch dem Plattenmittenbereich entnommen, die im Rahmen der folgenden Untersuchungen als Referenz zu den Schwingfestigkeitsergebnissen an den Schwingproben mit Lunkern dienten. Die Schwingproben mit Lunker wurden aus Bereichen der Gussplatten entnommen, die durch die Ultraschall- und Durchstrahlungsprüfung als mit Lunkern behaftet
erkannt wurden.

Dr.-Ing. Christoph Bleicher, Gruppe Bauteilgebundenes Werkstoffverhalten, Abteilung Werkstoffe und Bauteile Bereich Betriebsfestigkeit, Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt.



Download des Gesamtbeitrages

pdf-Datei aus "GIESSEREI SPECIAL" Heft 1/2017 Seiten 44-53
© Giesserei-Verlag GmbH Düsseldorf
Die Datei ist ausschließlich zur persönlichen Nutzung bestimmt, das Einstellen ins Internet und jegliche andere Art der Verbreitung, insbesondere eine Nutzung zu Werbezwecken, ist nicht gestattet.

 

Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie, Redaktion kug.bdguss.de 2017 ®