Optimierte Lebensdauervorhersage von Gusseisen aufgrund lokaler Gefügekenngrößen

Corinna Thomser, Mathias Bodenburg und Jörg Christian Sturm, Aachen

KURZFASSUNG:

Unterschiede in der Mikrostruktur beeinflussen bei Gusseisen wesentlich die mechanischen Eigenschaften. Gefüge und lokale Fehlstellen im Gussbauteil werden bei konventioneller Auslegung der Lebensdauer nicht berücksichtigt. In der Regel führt die Annahme homogener Eigenschaften unter Verwendung eines einzigen Werkstoffdatensatzes bei der Berechnung der Betriebsfestigkeit zu Fehleinschätzungen in der Beurteilung von lokalen Risiken. Gleichzeitig werden Chancen im Werkstoffpotential nicht genutzt. Sicherheitszuschläge sorgen für ein unnötig hohes Bauteilgewicht und erhöhen die Kosten. Der Konstrukteur kann nur dann in hohem Maße vom Potential des Werkstoffs Gusseisen profitieren, wenn die tatsächliche Bandbreite der lokalen Werkstoffeigenschaften bei der Lastfallberechnung Berücksichtigung findet.

Die Verknüpfung der Gießprozesssimulation mit zyklischen Werkstoffkennwerten wurde im Rahmen des BMBF-Forschungsprojektes MABIFF erstmalig für verschiedene Gusseisenwerkstoffe realisiert. Gefügeabhängige Wöhlerkurven schließen die vorhandene Lücke zwischen Gießprozesssimulation und Lastfallanalyse. Damit gelang die Übertragung der Eigenschaften aus dem Herstellungsprozess in die Betriebsfestigkeitsberechnung.

Diese innovative Vorgehensweise führte sowohl quantitativ als auch qualitativ zu Verbesserungen bei der Lebensdauervorhersage, da sowohl Lastspielzahlen erhöht werden konnten als auch lokale Anrissorte korrekt vorhergesagt wurden, was im Vergleich zur konventionellen Auslegung von Gussbauteilen eine enorme Verbesserung darstellt.

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