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Die Gefüge und damit die mechanischen Eigenschaften von Gusseisenlegierungen sind im Wesentlichen abhängig von

• der chemischen Zusammensetzung
• dem Keimhaushalt
• den lokalen Abkühlgeschwindigkeiten

Diese drei Einflussgrößen müssen in Simulationsmodellen berücksichtigt werden, um verlässliche Vorhersagen treffen zu können.

Der Anteil an eutektischer Phase, die im Gleichgewicht für eine Zusammensetzung bei der Erstarrung auftritt, kann über den berichtigten Sättigungsgrad S_R nach E. Piwowarsky beschrieben werden (Anteil eutektischer Erstarrung/Gesamterstarrung)  →  (C-C_E)/(C_C-C_E).

Im folgenden Beispiel einer Legierung mit einem Kohlenstoffäquivalent (CE) von 3,9 %, ergibt sich ein eutektischer Anteil von 83 %, siehe Abbildung 1.

Der Anteil an Primärphase (Primäraustenit) beträgt demnach 17 %.

Die lokal unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten im Bauteil verursachen allerdings Unterschiede im Primäraustenitanteil, wie die Simulation zeigt, Abbildung 2. Der theoretische Wert von 17 % wird lediglich im thermischen Zentrum erreicht.

Der Grund dieses Verhaltens ist das unterschiedliche Einsetzen der eutektischen Erstarrung. In schneller abkühlenden Bereichen (dünne Wände, Oberflächen) ist die Unterkühlung unterhalb der eutektischen Temperatur größer als in langsamer abkühlenden Bereichen (thermisches Zentrum, dicke Bereiche). Dies äußert sich auch in den entsprechenden Abkühlkurven, Abbildung 3.

Durch das verzögerte Einsetzen der eutektischen Erstarrung verlängert sich somit die Ausscheidungszeit der Primärphase und damit des Primäraustenits, was im Zustandsdiagramm (Abbildung 4) veranschaulicht wird.