Fachartikel

Bruchmechanik-Kennwerte für Stranggusswerkstoffe aus Kugelgrafit
von Ralf Gorski, Siegen

Zur Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte für Strangguss als Grundlage für die neue Stranggussnorm EN 16482:2014 wurden Werkstofferprobungen an der Bergakademie Freiberg durchgeführt. Diese Werkstoffuntersuchungen zeigen deutlich, dass Gusseisen mit Kugelgrafit auch bei Strangguss sehr gute Materialeigenschaften aufweist. Die Rissausbreitung ist bei den geprüften Temperaturen nicht spröde, sondern es ist von einer duktilen stabilen Rissausbreitung auszugehen. Der Gefügeeinfluss auf die Werkstoffeigenschaften korrespondiert mit dem Abfall an Ferrit zu mehr Perlit. Auch bei dem Werkstoff EN GJS 500-14 mit 100 % Ferrit, ist trotz des hohen Siliziumanteils die Rissausbildung stabil duktil. Die bruchmechanischen Untersuchungen an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg zeigen aber auch, dass es zusätzlichen Bedarf für Untersuchungen mit dem Rastermikroskop an den Bruchflächen gibt, um das Bruchverhalten noch detaillierter zu beschreiben.

Stranggießanlage für ein rundes Strangprofil bei Gontermann-Peipers in Siegen.
Bild: Stranggießanlage für ein rundes Strangprofil bei Gontermann-Peipers in Siegen. Foto: Gontermann-Peipers

Die bisher häufig verfolgte Praxis, an jedem einzelnen Bauteil eine Bruchmechnik-Untersuchung durchzuführen, sollte wegen der verfahrensspezifischen Merkmale für den Strangguss nur bedingt gelten, da für die geometrisch eindeutigen Halbzeuge in Rund- und Vierkantabmessungen sehr konstante Gießbedingungen erzielt werden und daher auch homogene Eigenschaften vorliegen. So sind zum Beispiel die Rissinitiierung und die Rissausbreitung sehr vom Gefüge, der Teilchengröße und damit von den Gießparametern abhängig. Bei Strangguss sind diese weitgehend konstant. Folglich ergibt sich für den Konstrukteur eine gute Basis zur Berechnung mit den standardmäßig ermittelten Werkstoffkennwerten oder mit vereinbarten Mindesteigenschaften.

In einem Kundenprojekt wurde für einen Hydraulikblock bei einer Belastung von 420 bar eine FEM-Berechnung durchgeführt und die Belastungsspitzen ermittelt. Um Bauteilversagen durch Rissbildung zu bewerten, wurde eine bruchmechanische Berechnung auf Rissinitiierung für kritische Positionen bei einem Hydraulikblock durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse werden im Aufsatz vorgestellt. In der Schlussfolgerung wurde festgestellt, dass diese Art von Sicherheitsberechnungen dem Konstrukteur deutliche Hinweise auf die Eignung des eingesetzten Materials und der gewählten Konstruktion geben.
 
Ralf Gorski, Geschäftsführer Gontermann-Peipers GmbH, Siegen


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 4/2014, Seiten 50-55
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