Ansprechpartner

Weiß, Philipp M.Sc.
Wiss. Mitarbeiter, Gusseisen
Lehrstuhl für Gießereiwesen

Tel.: +49 (0) 241 80 - 95886
p.weiss@gi.rwth-aachen.de

Mischkristallverfestigtes Gusseisen mit Kugelgraphit

Am Gießerei-Institut der RWTH Aachen hat sich mit Beginn des Jahres 2015 eine derzeit vier Mitarbeiter starke Arbeitsgruppe mit dem Schwerpunkt mischkristallverfestigtes Gusseisen mit Kugelgraphit etabliert. Für diesen innovativen Werkstoff werden weitere mischkristallverfestigende Elemente ermittelt, der Einfluss und die Grenzen karbidbildender Elemente untersucht, das morphologieabhängige Versagenspotential ermittelt und in einem neu bewilligten Projekt soll eine Bemessungskonzept für gezielt einzustellende Gusshautrandzonen erarbeitet werden.

Optimierung der Mischkristallverfestigung

Im Rahmen des Projektes „Metallurgische Optimierung von hochsiliziumhaltigem mischkristallverfestigtem Gusseisen mit Kugelgraphit hinsichtlich der Sicherstellung der Zähigkeit und Prozessierbarkeit“ sollen die seit 2012 in der DIN 1563 enthaltenen Sorten metallurgisch optimiert werden. Dabei zielt das Projekt primär auf eine verbesserte Zähigkeit und Prozesssicherheit dieser äußerst attraktiven Konstruktionswerkstoffe ab. Der wissenschaftliche Ansatz sieht dazu ein gezieltes Legieren mit weiteren mischkristallverfestigenden Elementen vor, welche die Wirkung des Siliziums unterstützen und dieses teilweise substituieren. Während in umfassenden Legierungsversuchen Einzel- und Wechselwirkungen dieser Elemente herausgefahren werden, liegt der Fokus weiterer Arbeitspakete auf einer gemeinsam mit den Partnern des projektbegleitenden Ausschusses schon frühzeitig sichergestellten Übertragbarkeit in die industrielle Praxis, auf einer für die entwickelten Legierungen optimierten Impftechnik sowie auf der Anwendung neuer analytischer Methoden zur Auswertung sich einstellender Seigerungsprofile.

[Löb12] H. Löblich, „AIF Final report – Basic knowledge concerning materials and processing for the production and application of silicon solution strengthened ductile iron“, 2012 (German)

Quantitative Karbidvorhersage

Das Projekt „Quantitative Vorhersage und experimentelle Analyse von Karbiden in hochsiliziumhaltigem Gusseisen mit Kugelgraphit“ hat zum Ziel, das Prozessfenster der GJS-Herstellung bezüglich des Einsatzes legierten Stahlschrotts als Ausgangsmaterial zu erweitern. Hierzu werden die Toleranzgrenzen an Störelemente ermittelt, die zur Bildung von Karbiden führen. Die kombinierte Wirkung der Störelemente Cu, Mn, Cr, Mo, Nb und V wird im Rahmen dieses Projekts einerseits experimentell mit minimalen und maximalen Gehalten untersucht und durch thermodynamisch-kinetische Werkstoffsimulation der Karbidgehaltsverlauf berechnet. Aus den Ergebnissen wird eine Datenbank erstellt, die Daten zur Karbidbildung in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung und der Abkühlbedingungen enthält. Diese wird in Form einer Anwenderdatenbank und –software in die Gießereien zur Planung der Gattierung transferiert, um Kosten bei der Auswahl der Rohmaterialien zu sparen und gleichzeitig die Qualität des Endprodukts zu gewährleisten.

Versagenspotential

Das Ziel des Projektes „Simulationsgestützte Ermittlung des Versagenspotentials von siliziumlegierten Gusseisen mit Kugelgraphit bei schwingender Beanspruchung“ ist es, zyklische Werkstoffkennwerte für Konstrukteure als Bemessungsgrundlage für siliziumlegierte Gusseisenwerkstoffe bereitzustellen. Dabei werden die zwei Werkstoffe GJS 500-14 und GJS 600-10 sowohl axial- als auch torsionsbeansprucht bei variierende Spannungsverhältnisse und Kerbfaktoren geprüft. Neben der kugelförmigen Ausprägung des Graphits (Formen VI und V) wird ebenfalls der Einfluss von Graphitentartungen auf die zyklisch mechanischen Eigenschaften untersucht. Dazu werden definierte Werkstoffzustände mit verringerter Rundheit der Graphitpartikel sowie Chunky-Graphit, der in Bauteilen mit dicken Wandstärken zu einer starken Reduktion der statischen Eigenschaften führt, eingestellt und getestet. Anhand der Korrelation der Gefügeparameter wie Größe, Form und Verteilung der Graphitpartikel mit Schwingfestigkeiten wird ein Grenzmusterkatalog für Graphitentartungen erstellt. Darüber hinaus dienen metallografische Bildanalysen als Grundlage um ein Modell zu entwickeln, mit dem anhand von repräsentativen Volumenelementen die zyklisch mechanischen Eigenschaften realer Gefüge simuliert werden können.