Fachartikel

Potentiale der Belastbarkeit von Bauteilen aus wärmebehandeltem ADI-Gusseisen mit Kugelgraphit
von André Heinrietz und Marc Wallmichrath, Darmstadt

Die Optimierung von Komponenten, welche im Betrieb Belastungen von unterschiedlicher Höhe ausgesetzt sind, erfordert die Kenntnis der örtlich am Bauteil zu erwartenden Werkstoffqualitäten. Wärmebehandeltes, austenitisch-ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI: Austempered Ductile Iron) eignet sich gut für die Gewichtsoptimierung, da es die Gestaltungsmöglichkeiten von Gusskomponenten mit den hohen erreichbaren Festigkeiten durch Wärmebehandlungen in einem Bauteil vereinen kann. Der Festigkeitsbereich von ADI reicht von  Rm = 800 MPa bei normierten Bruchdehnungen bis A5 = 8 % (ISO 17804) und A5 = 10 % (SAE J 2477) und guter Zähigkeit bis zu Werkstoffen für Bauteile mit hohen Schwingfestigkeiten bei  Zugfestigkeiten bis Rm = 1600 MPa und guter Verschleißbeständigkeit. Wie bei allen Gusseisenwerkstoffen ist die Dichte von ADI um etwa 10 % geringer als beim Stahl, was sich für den Leichtbau mit ADI nutzen lässt.

Wärmebehandeltes, austenitisch-ferritisches ADI-Gusseisen mit Kugelgraphit (im Bild Farbätzung eines typischen ADI-Gefüges) eignet sich  gut für die Gewichtsoptimierung, da es die Gestaltungsmöglichkeiten von Gusskomponenten mit den hohen erreichbare
Bild: Wärmebehandeltes, austenitisch-ferritisches ADI-Gusseisen mit Kugelgraphit (im Bild Farbätzung eines typischen ADI-Gefüges) eignet sich gut für die Gewichtsoptimierung, da es die Gestaltungsmöglichkeiten von Gusskomponenten mit den hohen erreichbaren Festigkeiten durch Wärmebehandlungen in einem Bauteil vereinen kann. (Foto: Fraunhofer LBF)

Im Rahmen des kürzlich abgeschlossenen BMBF-Projekts LEA konnte eine umfangreiche Datenbasis für ADI in Hinblick auf Schwingfestigkeit bereitgestellt werden. Die Simulation der Gefügebildung von ADI im Rahmen einer Gießprozesssimulation ist durch das Projektergebnis wesentlich verbessert worden. Die Entstehung des gewünschten ADI-Gefüges in den Bereichen des Bauteils, in denen ihre hohe Schwingfestigkeit und Zähigkeit benötigt wird, kann jetzt besser kontrolliert werden.

Eine wichtige Voraussetzung für das Erreichen der günstigen Eigenschaften ist die hinreichende Existenz von stabilem Austenit im ADI-Gefüge, zumindest im Bereich hoher Beanspruchungen. Der Austenit wird unter Belastung umgewandelt. Der durch die Kristallstruktur begründete und durch Belastung induzierte Trip-Effekt (Transformation Induced Plasticity) konnte im Rahmen des Projekts nachgewiesen werden. Unabhängig davon wurde eine signifikante Verbesserung der Schwingfestigkeit bereits festgestellt, selbst wenn die Gefügeumwandlung zum ADI metallographisch nicht beobachtbar ist, welches z. B. durch eine nicht optimierte Legierung verursacht sein kann.

André Heinrietz und Marc Wallmichrath, Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt

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