SiGuphit-B³ - Bestimmung der Leistungsfähigkeit von hochsiliziumhaltigem Gusseisen mit Kugelgraphit für die sichere Bauteilbemessung nach Betriebfestigkeits- und Bruchmechanikaspekten
In allen Industriezweigen und insbesondere in der Windenergie bildet Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) auf Grund seiner guten Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig guter Bearbeitbarkeit und vergleichsweise hohen Bruchdehnungen eine äußerst wichtige Werkstoffgruppe. Neben den konventionellen Werkstoffsorten mit ferritischer, ferritisch-perlitischer, perlitischer und ausferritischer Matrix kommen seit einigen Jahren vermehrt auch ferritisch-mischkristallverfestigte Sorten zum Einsatz. Dabei wird eine erhöhte Festigkeit nicht durch mehr Perlit in der Werkstoffmatrix erreicht, sondern durch einen erhöhten Anteil an Silizium zum Zwecke der Mischkristallbildung. Hierdurch bleibt die ferritische Matrix erhalten und es stellen sich vergleichsweise gute Bruchdehnungen bei hohen Zugfestigkeiten ein. Jedoch stellen sich in den vergangenen Jahren mehr und mehr Fragen auch zum zyklischen und bruchmechanischen Werkstoffverhalten der neuen hochsiliziumhaltigen Gusswerkstoffe (High-Si) EN-GJS-450-18, EN-GJS-500-14 sowie EN-GJS-600-10 für den Einsatz in dick- wie auch dünnwandigen Bauteilen, wie etwa für die Windenergie, den allgemeinen Maschinenbau sowie Anwendungen im Nutzfahrzeugbereich.
Gesamtziel des Forschungsvorhabens „SiGuphit-B³“ ist daher die Erarbeitung der Einflussgrößen auf die zyklische Beanspruchbarkeit und den Rissfortschritt, die Ableitung eines Bemessungskonzeptes für eine sichere Beanspruchbarkeitsanalyse sowie Lebensdauerbewertung für dick- sowie dünnwandige Bauteile aus hochsiliziumhaltigem GJS.
Ein Teilziel des Projektes beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der Erstarrungssimulation für Gussbauteile aus High-Si-GJS, um die Anwendung dieser Werkstoffe bereits früh im Rahmen der numerischen Prozesssimulation zugänglich zu machen. Dies ermöglicht die Verbindung der mechanisch untersuchten Werkstoffgefüge mit der Erstarrungssimulation, um Berechnungsmodelle zielgerichtet auf die neuen Werkstoffe anzupassen.
Schließlich werden dann die Erkenntnisse aus den experimentellen und numerischen Untersuchungen in einem Bemessungskonzept zusammengefasst und Hinweise für den Umgang mit den High-Si-Werkstoffen gegeben.
Eckdaten des Vorhabens:
Projektlaufzeit: 01.11.2019 - 31.10.2022
Fördergeber: BMWi (PtJ)
Projektpartner: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF (Koordinator), MAGMA Gießereitechnologie GmbH, Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau IWM – RWTH Aachen, Meuselwitz Guss - Eisengiesserei GmbH, Heger Guss, Silbitz Group ZGG – Zeitzer Guss GmbH, WRD GmbH, MAN Truck & Bus, Walter Hundhausen GmbH, ZF Wind Power Technology, Aerodyn Energiesysteme GmbH, Fritz Winter Eisengießerei GmbH & Co. KG, Buchholz & Cie. Giesserei GmbH, Dossmann GmbH, Flender GmbH, WT Solutions AG
Projektträger: PTJ, Jülich
Bildquelle: Fraunhofer LBF
