Fachartikel

Die Schwingfestigkeit von Gusseisen mit Kugelgrafit bei Tieftemperaturen
Festigkeitspotenziale für die Windenergie?
von Christoph Bleicher, Rainer Wagener, Heinz Kaufmann und Tobias Melz, Darmstadt

Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit werden die drei Gusseisenwerkstoffe EN-GJS-400-18U-LT, EN-GJS-450-18 und EN-GJS-700-2 mit Blick auf ihre Einsatzeignung bei Tieftemperaturen am Beispiel von zyklischen und zügigen Festigkeitsuntersuchungen bei Raumtemperatur und bei einer Temperatur von ϑ = -40 °C betrachtet. Als Ergebnis konnte ein Schwingfestigkeitszuwachs von 4 bis 7 % bei den beiden ferritischen Sorten und ein Abfall der zyklischen Festigkeit von 6 % beim perlitischen EN-GJS-700-2 beim Übergang von Raumtemperatur zu ϑ= -40 °C festgestellt werden.

Windenergieanlagen sollen zunehmend auch in Tieftemperaturgebieten zum Einsatz kommen, womit sich besondere Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe ergeben.
Bild: Windenergieanlagen sollen zunehmend auch in Tieftemperaturgebieten zum Einsatz kommen, womit sich besondere Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe ergeben. (Foto: Kaspan160567 – Fotolia)

Im Rahmen der Untersuchungen an Probenmaterial aus dickwandigen Abgüssen der Werkstoffe EN-GJS-400-18U-LT, EN-GJS-450-18 und EN-GJS-700-2 wurde deren Schwingfestigkeitsverhalten bei axialer Wechselbelastung unter Raumtemperatur und bei ϑ = -40 °C untersucht. Für die beiden ferritischen Gusssorten fand ein Anstieg der Schwingfestigkeit beim Übergang von Raumtemperatur auf Tieftemperatur statt. Dieses Verhalten stimmte mit der Erhöhung der Zugfestigkeit Rm, und der 0,2-%-Dehngrenze RP0,2 von Raumtemperatur zu ϑ = -40 °C bis auf den EN-GJS-700-2 überein. Bei letzterem reduzierte sich die Schwingfestigkeit trotz einer Verbesserung der statischen Kennwerte, blieb aber dennoch weit über den Ergebnissen der ferritischen Gusssorten. Es zeigte sich, dass die Tendenz zur Erhöhung der Schwingfestigkeit mit der temperaturbedingten Erhöhung der Zugfestigkeit für den EN-GJS-700-2 nicht zutrifft. Ein Vergleich stellte die gewonnenen Ergebnisse den Kennwerten nach dem synthetischen Konzept gegenüber. Die errechnete Schwingfestigkeit auf Basis der statischen Werkstoffkennwerte lag bis auf die Ergebnisse beim EN-GJS-700-2 bei ϑ = -40 °C auf der konservativen Seite.

Im Rahmen der durchgeführten metallografischen Untersuchungen konnten bei den Proben, die ein vergleichsweise frühes Ausfallen zeigten, größere Lunker identifiziert werden. Diese Proben wurden entsprechend im Diagramm gekennzeichnet und nicht in die statistische Auswertung der Wählerlinien einbezogen. Ein Bruchflächenvergleich zeigte sowohl beim kaltzähen EN-GJS-400-18U-LT als auch beim EN-GJS-700-2 Ausbrüche von Einschlüssen bei ϑ = -40 °C. Eine zusätzliche Versprödung der Werkstoffe bei ϑ = -40 °C ließ sich anhand der metallografischen Untersuchungen nicht dokumentieren.

Mit den hier durchgeführten Untersuchungen soll ein Beitrag zur Diskussion über den Umgang mit Gusseisenwerkstoffen für Tieftemperaturanwendungen geleistet werden.

Dipl.-Ing. Christoph Bleicher, Dr.-Ing. Rainer Wagener, Dr.-Ing. Heinz Kaufmann und Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz, Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 10/2014, Seiten 38-47
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