11/12 - Verein österreichischer Gießereifachleute

HEFT 11/12 GIESSEREI-RUNDSCHAU 58 (2011)
Austempered Ductile Iron –
Steigerung der mechanischen Werkstoffeigenschaften
und Einflüsse auf die Schwingfestigkeit
Austempered Ductile Iron Improving the mechanical Properties and Effects on Fatigue Strength
Dipl.-Ing. Manuel Wohlfahrt,
Jahrgang 1981, studierte Werkstoffwissenschaft
an der Montanuniversität Leoben und diplomierte
im Oktober 2008 zum Thema „Einfluss
von Chunky-Graphit auf die Schwingfestigkeit
dickwandiger Gussbauteile“. Seit November
2008 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am
Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau der
MU-Leoben. Sein Kernforschungsgebiet ist das
Ermüdungsverhalten von ausferritischem Gusseisen
mit Kugelgraphit (ADI).
Dipl.-Ing. Paul Kainzinger,
Jahrgang 1985, studierte Montanmaschinenwesen
an der Montanuniversität Leoben und diplomierte
im Dezember 2009 zum Thema „Simulationsunterstützte
Optimierung.“ Seit Februar
2010 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter
am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau
der Montanuniversität Leoben. Sein Kernforschungsgebiet
ist die Untersuchung der
Schwingfestigkeit von Großgusskomponenten
aus Gusseisen mit Kugelgraphit.
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wilfried
Eichlseder,
Jahrgang 1956, studierte Maschinenbau an der
Technischen Universität Graz. 1981 trat er in
die Steyr-Daimler-Puch AG als Finite Elemente
Berechner ein, hatte dann verschiedene Positionen
im Bereich der Forschung und des Engineerings
inne, zuletzt als Leiter des Engineering
und Technologie Zentrums Steyr. 1999 wurde
er an die Montanuniversität Leoben berufen, wo
er heute Leiter des Lehrstuhls für Allgemeinen
Maschinenbau und seit 1. Oktober d.J. auch
Rektor dieser Universität ist.
2. Austempered Ductile Iron –
Werkstoff, Eigenschaften und Anwendungen
Die aus dem englischsprachigen Raum stammende Bezeichnung
Austempered Ductile Iron (ADI) bezeichnet einen Gusswerkstoff,
der durch eine zusätzliche Wärmebehandlung („Austempern“)
von herkömmlichem Gusseisen mit Kugelgraphit mit ferritischem
und/oder perlitischem Grundgefüge hergestellt wird.
Dabei werden die mechanischen Eigenschaften im Vergleich
zum Ausgangsmaterial erheblich verbessert. Die verschiedenen
Sorten des ADI-Werkstoffs und die mechanischen Anforderungen
sind in ASTM A897M-03 geregelt. Im deutschsprachigen
Raum findet man für diesen Werkstoff die Bezeichnungen austenitisch-ferritisches,
ausferritisches und bainitisches Guss eisen
mit Kugelgraphit, wobei die beiden ersten Bezeichnungen den
Gusswerkstoff hinsichtlich seiner Gefügezusammensetzung eindeutiger
charakterisieren. Mit der Überarbeitung der betreffenden
Norm DIN 1564 wurden nicht nur die Anforderungen an
die verschiedenen Gusseisensorten gegenüber der Vorversion
überarbeitet, sondern auch die Bezeichnung ausferritisches
Gusseisen mit Kugelgraphit anstelle bainitisches Gusseisen
übernommen.
In Abb. 1 sind die Norm-Anforderungen an die mechanischen
Eigenschaften verschiedener Gusswerkstoffe einander gegenübergestellt.
Tab. 1 gibt einen Überblick über die verschiedenen
Sorten von ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit
nach DIN 1564 (2009) und die damit verbunden mechanischen
Werkstoffeigenschaften.
Schlüsselwörter: ADI, Austempered Ductile Iron, Ausferritisches
Gusseisen mit Kugelgraphit, Wärmebehandlung, Festigkeitssteigerung,
Schwingfestigkeit, Festwalzen
1. Einleitung
Hohe Anforderungen an Bauteile hinsichtlich Beanspruchung,
Sicherheit und Lebensdauer erfordern Konstruktionswerkstoffe,
die eine hohe Festigkeit bei ausreichender Zähigkeit
besitzen. Der Werkstoff Austempered Ductile Iron
(kurz ADI) bzw. Ausferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit
bietet mit seiner komplexen Wärmebehandlung die Möglichkeit,
einerseits die mechanischen Eigenschaften gezielt
einzustellen und andererseits sowohl Festigkeit als auch Zähigkeit
gleichzeitig im Vergleich zum Ausgangsmaterial zu
steigern.
Der vorliegende Beitrag soll einen Überblick über das Potential
von ADI als Konstruktionswerkstoff geben und wesent -
liche charakteristische Einflüsse von Wärmebehandlung und
Legierungselementen auf die quasistatischen Werkstoff -
eigenschaften und die Schwingfestigkeit aufzeigen.
Abb. 1: Gegenüberstellung der Mindestanforderungen an die mechanischen
Werkstoffeigenschaften verschiedener Gusswerkstoffe.
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