Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Erstarrung, Abkühlung, Gefüge und mechanischen Eigenschaften von dünnwandigen GJV-Gussbauteilen

Variierende Werkstoffeigenschaften von Gussbauteilen stellen bei deren Kenntnis und Vorhersagemöglichkeit eine Chance für die Entwicklung von dünnwandigen Zylinderkurbelgehäusen (ZKG) aus Gusseisen mit Vermiculargraphit (GJV) dar. Doch gerade von dünnwandigen komplexen GJV-Gussbauteilen ist heute noch sehr wenig bezüglich deren lokaler Werkstoffeigenschaften bekannt. Existierende Untersuchungen an einfachen Probegeometrien und Probestäben lassen sich nur bedingt auf Bauteile wie ZKGs übertragen. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb eine Probengeometrie (Wabenprobe) entwickelt, die komplexe Erstarrungs- und Abkühlungsbedingungen aufweist, wie sie auch in ZKG zu finden sind. Anhand der Wabenprobe und einem Stufenkeil sind die Zusammenhänge zwischen Erstarrung und Abkühlung und der Gefügeausbildung, sowie zwischen der Gefügeausbildung und den mechanischen Eigenschaften untersucht worden. Diese Zusammenhänge wurden durch empirische Korrelationen beschrieben. Durch die Implementierung der Korrelationsfunktionen in ein Berechnungstool können mittels der Gießsimulation die lokalen Gefügeausbildungen wie Graphit-, Ferrit-, Zementit-, Zwischenphasen- und Perlitanteil, sowie die Graphitausbildung und der Perlitlamellenabstand vorhergesagt werden. Durch entsprechende Korrelationsfunktionen zwischen den Gefügekennwerten und der mechanischen Eigenschaften ist die Vorhersage der lokalen Härte, Dehngrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, des E-Modul und der Wärmeleitfähigkeit möglich. Die mit Hilfe der Probegeometrien aufgestellten Modelle wurden abschließend mittels eines ZKGs validiert.