Fachartikel

Charakterisierung der Porositätsverteilung in Gusseisen mit Kugelgrafit und ihr Einfluss auf die zyklischen mechanischen Eigenschaften
von Sebastian Borges und Wolfram Stets, Düsseldorf

Komplexe Erstarrungsprozesse bei Bauteilen aus Gusseisen mit Kugelgrafit (EN-GJS) führen in der betrieblichen Praxis zu Abweichungen von der optimalen Gefügeausbildung sowie zur Entstehung von Volumendefiziten. Einer der häufigsten Fehlererscheinungen im GJS sind schwindungsbedingte Porositäten bzw. Mikrolunker. Bei ungünstiger Verteilung, Größe und Lage im Bauteil können diese zur Beeinträchtigung der mechanisch-technologischen Eigenschaften führen. Die Charakterisierung von Mikrolunkern im Rahmen der zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfung ist jedoch problematisch.

Korrelation zwischen zyklischen Eigenschaften und 3-D- sowie 2-D-Porositätsverteilungen in GJS.
Bild: Korrelation zwischen zyklischen Eigenschaften und 3-D- sowie 2-D-Porositätsverteilungen in GJS. Foto: IfG, Düsseldorf

Im Rahmen eines von der AiF geförderten Forschungsvorhabens wurde der negative Einfluss von zunehmender Porosität auf die mechanischen Eigenschaften von GJS-Proben quantifiziert. Bei einem charakterisierten Porositätsniveau 1 wurde bei den statischen Kennwerten zunächst die Abnahme der Bruchdehnung beobachtet, wobei die Zugfestigkeit und Dehngrenze gegenüber Referenzproben unverändert blieben. Mit Zunahme der Porosität auf die Porositätsniveaus 2 und 3 wurde auch die Festigkeit negativ beeinflusst und die Bruchdehnung nahm weiter signifikant ab. Des Weiteren war eine Abnahme der Schwingfestigkeit unter Zug-Druck-Belastung von Proben mit einem Porositätsniveau 1 von ca. 8 bis 10 % gegenüber Referenzproben vorhanden. Proben, die die Porositätsniveaus 2 oder 3 aufwiesen, zeigten gegenüber Proben mit Porositätsniveau 1 (und auch gegenüber Referenzproben) deutlich geringere Schwingfestigkeiten.

Die Charakterisierung der im Projekt erzeugten Mikrolunker erfolgte mit den Prüfverfahren 2-D-Röntgenprüfung, Röntgen-Computertomografie und 2-D-Schliffbildanalyse. Das Porositätsniveau 1 war mit der 2-D-Röntgenprüfung nur bedingt detektierbar, wohingegen die Porositätsniveaus 2 und 3 charakterisiert werden konnten. Mit Hilfe der Röntgen-Computertomografie war auch weitestgehend das Porositätsniveau 1 darstellbar. Die Charakterisierung von schwindungsbedingten Porositäten mittels der am IfG - Institut für Gießereitechnik, Düsseldorf, entwickelten bildanalytischen Auswertealgorithmen war quantitativ und qualitativ sicher.

M. Sc. Sebastian Borgs und Dr.-Ing. Wolfram Stets, Institut für Gießereitechnik gGmbH, Düsseldorf


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 12/2014, Seiten 46-59
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