Fachartikel

Erhöhung der Dauerfestigkeit bei Zylinderkurbelgehäusen aus GJL durch Festigkeitsstrahlen
Von Sebastian Slawik, Peter Leibenguth, Holger Welsch und Herbert Junk, Saarbrücken, Konrad Weiß, Roetgen, Bernhard Bußkamp, Metelen, und Frank Mücklich, Saarbrücken

Zylinderkurbelgehäuse aus Gusseisen mit Lamellengrafit (GJL) werden wegen ihrer guten Werkstoffeigenschaften und aus wirtschaftlichen Gründen in der Entwicklung neuer Motoren nach wie vor sehr geschätzt. Die Anforderungen an die Bauteile hinsichtlich Leistung und Lebensdauer steigen weiterhin stetig. Durch lokale Werkstoffbeeinflussung mittels gezielter Maßnahmen, wie Festigkeitsstrahlen, können potenziell höhere Dauerfestigkeiten für das Bauteil erreicht werden.

Mikrostrukturelle Untersuchungen von im Lagerbereich kugelgestrahlten Zylinderkurbelgehäusen mittels Elektronen-Rückstreubeugung (EBSD) eröffnen neue Perspektiven.
Bild: Mikrostrukturelle Untersuchungen von im Lagerbereich kugelgestrahlten Zylinderkurbelgehäusen mittels Elektronen-Rückstreubeugung (EBSD) eröffnen neue Perspektiven. Foto: Wheelabrator Group

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den zugehörigen Wirkmechanismen sowohl mikroskopisch im Gefüge als auch makroskopisch an der Oberfläche bzw. dem Bauteil. Sie ermöglichen eine lokale Dauerfestigkeitssteigerung der Zylinderkurbelgehäuse auf der Basis speziell abgestimmter Strahlprozesse. Die für eine derartige Behandlung sinnvollen Bereiche am Bauteil können anhand von Finite-Elemente-Berechnungen (FE-Berechnungen) identifiziert werden. Stand der Technik ist die Simulation der Erstarrungs- und Abkühlverläufe und der daraus resultierenden Eigenspannungszustände der Bauteile. Allerdings werden die Einflüsse des Strahlens auf die hierfür benötigten Startrandbedingungen bis dato nicht berücksichtigt.

Zukünftig soll den FE-Berechnungen jedoch der reale Ausgangszustand des Fertigteils unter Berücksichtigung des Gieß- und Abkühlprozesses, des Reinigungs- und Verfestigungsstrahlens und der einzelnen Bearbeitungsschritte zugrunde liegen. Hierzu wird ein Simulationsmodell entwickelt, welches die Auswirkung des Strahlprozesses auf die Oberfläche des Werkstoffes einbindet. Durch geeignete Charakterisierungsmethoden werden die dafür notwendigen Simulationsparameter ermittelt. Als Ergebnis wird eine bauteilspezifische, ortsaufgelöste Strahldosis zur Erhöhung der Dauerfestigkeit anvisiert.

Es ist davon auszugehen, dass in Analogie zu vergleichbaren Behandlungen anderer Standardbauteile eine Erhöhung der Dauerfestigkeit von bis zu 15 % zu erwarten ist. Dies ermöglicht einerseits eine weitere Steigerung der Motorleistung und andererseits eine Reduzierung des Bauteilgewichtes bei gleichbleibender Leistung. Die Grundlagen dieser anvisierten Ziele sollen im Rahmen dieses Beitrages dargestellt werden.

Dipl.-Ing. Sebastian Slawik, Dr.-Ing. Peter Leibenguth, Steinbeis-Forschungszentrum Material Engineering Center Saarland (MECS), Saarbrücken, Dr. Holger Welsch, Dipl.-Ing. Herbert Junk, Neue Halberg-Guss GmbH, Saarbrücken, Dr.-Ing. Konrad Weiß, RWP GmbH, Roetgen, Dipl.-Ing. Bernhard Bußkamp, Wheelabrator Group GmbH, Metelen, Prof. Dr.-Ing. Frank Mücklich, Steinbeis-Forschungszentrum Material Engineering Center Saarland (MECS), Saarbrücken


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 11/2014, Seiten 48-57
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