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Von der individuellen Grafitzuordnung zur verbesserten digitalen Bildanalyse von Gusseisen mit Kugelgrafit

Die visuelle Grafitklassifizierung weist große Schwankungen auf, sodass ein integratives Konzept der Grafitformklassifizierung erforderlich ist, um die Zusammenhänge von Prozess, Gefüge und Eigenschaften zu beurteilen und die Anforderungen der Kunden zu erfüllen. Die automatische, digitale Bildanalyse basiert teilweise auf der visuellen Analyse, jedoch ist sie für die Grafitformklassifizierung noch nicht vollständig definiert. Für Gusseisen mit Kugelgrafit werden Grafitkugeln und damit die Nodularität nur durch den Formparameter Rundheit beschrieben, obwohl mehrere Studien weiterentwickelte Ansätze nahelegen.

Im ersten von drei aufeinanderfolgenden Ringversuchen wurde eine Vielzahl von Grafitpartikeln visuell den Formklassen nach DIN EN ISO 945-1 zugeordnet, um einen vereinheitlichten, digitalen Datensatz von klassifizierten Grafitpartikeln zu erhalten. Das Klassifikationsschema der DIN EN ISO 945-1 wurde hierfür um einige bisher nicht klassifizierbare Grafitformen erweitert und die zugeordneten Partikel hinsichtlich verschiedener Formparameter analysiert. Dabei reichen der Parameter Rundheit und der Mindestwert von 0,6 für die Grafitformen V und VI (nach ISO 945-4 (Entwurf)) offenbar nicht aus, um Grafitkugeln von weniger idealen Partikelformen zu unterscheiden. Darüber hinaus wurde deutlich, dass das aktuelle Klassifikationsschema nicht das gesamte Spektrum der Grafitmorphologien darstellt und daher erweitert werden sollte. Die Entwicklung eines universellen, hierarchischen Klassifikators für Grafitkugeln und andere Grafitformen wurde im Rahmen eines IGF-Forschungsvorhabens in Angriff genommen. Die Ergebnisse werden zu einem verbesserten Bildanalysestandard für Gusseisen mit Kugelgrafit, insbesondere der ISO 945-4, beitragen.

Steigende Anforderungen an Gussprodukte gehen meist mit steigendem Anspruch an die Werkstoffeigenschaften einher. Die quantitative Beschreibung des im Produkt erreichten Gefüges ist von großer Bedeutung, z. B. zur Begrenzung von Gefügeabweichungen oder der Größe und Morphologie einzelner Phasen. Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung der Gefügeanalyse wird jedoch deutlich, dass die Bewertung geometrisch komplexer Strukturen, wie z. B. verschiedener Grafitformen in Gusseisen, eine Herausforderung darstellt.

Die Grafitanalyse von Gusseisen mit Kugelgrafit (GJS) umfasst insbesondere die Bestimmung des Grafitanteils, der Kugelzahl, der Partikelgröße, der Formklassifizierung und der Nodularität. Letztere beschreibt den Anteil der Partikel, die in angemessener Kugelform vorliegen. Nodularitätswerte von 80 % bis 85 % werden als angemessen angesehen, weshalb diese Werte bei der Qualitätskontrolle eine entscheidende Rolle spielen.

Da die visuelle Grafitanalyse von Gusseisen aufgrund ihres subjektiven Charakters große Schwankungen aufweist, gilt die digitale Bildanalyse als geeignetes, objektives und reproduzierbares Messinstrument. Bisher haben aber verschiedene Studien gezeigt, dass die digitale Bildanalyse keine konsistenten Ergebnisse liefert und daher zuverlässige Standards nötig sind, wie beispielsweise die in Entwicklung befindliche Norm ISO 945-4.

Ziel des hier vorgestellten Ringversuchs war, eine einheitliche und objektive, visuelle Zuordnung von Grafitpartikeln zu erreichen, die nicht auf der subjektiven Beurteilung eines Einzelnen beruht, sondern auf der kollektiven Bewertung durch eine repräsentative Expertengruppe. Mit diesem einheitlichen Set von zugeordneten Grafitpartikeln sollten Klassifikationsschemata überprüft und bewertet werden.


Jessica Frieß, M.Sc., und Univ.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek, Gießerei-Institut der RWTH Aachen, Aachen, Dipl.-Math. Ulrich Sonntag, GFaI – Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik, Berlin, Dr. Ingo Steller, BDG, Fachbereiche Eisen- und Stahlguss / Fertigungstechnik / Normung, Düsseldorf


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pdf-Datei aus "GIESSEREI SPECIAL" Heft 2/2018 Seite 24-37
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Hierarchischer Klassifikationsansatz

Bild: RWTH Aachen