5/6 - VÖG - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 55(2008) HEFT 5/6
Zusammenfassung
Die Diskussion über umweltschonende Mobilität und die damit verbundene
Reduktion der CO2-Emissionen gewinnt für die Automobilhersteller
zunehmend an Bedeutung. Die Automobilhersteller reagieren
u.a. mit konsequentem Leichtbau. Einen wesentlichen Beitrag
zur Gewichtsreduktion kann der verstärkte Einsatz von Leichtmetallen
in Form von Aluminium- oder Magnesiumgusskonstruktionen
leisten.Voraussetzung für die volle Ausschöpfung des Gewichtpotenzials
sind Auslegungsmethoden, die ebenso die technologischen Ein-
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Fertigungsbedingte Einflüsse auf die
Schwingfestigkeit vonAl-Gussbauteilen –Neue
Erkenntnisse für Druckgusslegierungen
Influences of the Manufacturing Process on the Fatigue Behaviour of Al-Castings –
New Findings for High Pressure Die Castings
Dipl.-Ing. Dawid Pow¸a zka, Jahrgang 1981,
Studium des Allgemeinen Maschinenbaus an
der Wroclaw University of Technology in Polen
und an der Technischen Universität Braunschweig,
seit 2006 als Doktorand bei der
BMW Group in München tätig. Promoviert
derzeit an der Montanuniversität Leoben mit
dem Thema „Einfluss der Porosität auf die
Schwingfestigkeit vonAl-Gussbauteilen“.
Dr.-Ing. Martin Brune,Studium Maschinenbau und
Promotion an der Technischen Universität Clausthal.
1991 Eintritt bei BMW Group, Technische Entwicklung,
München. Heutige Funktion: Leiter Numerische
Simulation Betriebsfestigkeit.
Dr.-Ing. Helge Oppermann studierte an der
Technischen Universität Darmstadt (TUD) Maschinenbau
und war von 1977-1997 wissenschaftlicher
Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit
und Systemzuverlässigkeit, LBF, Darmstadt. Er
promovierte 1997 auf dem Gebiet der „Numerischen
Simulation der Betriebsfestigkeit“ an der Universität
Saarbrücken. Seit 1998 ist er Mitarbeiter der
BMW Group in München. Heutige Funktion: Fachreferent
für die Werkstoffmodellierung für die virtuelle
Festigkeitsauslegung.
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Wilfried
Eichlseder studierte Maschinenbau an der TU
Graz. Seit 1981 hatte er verschiedene Positionen
in der Steyr-Daimler-Puch AG inne,zuletzt als Leiter
des Engineering/Technologie-Zentrums Steyr.
Er promovierte 1989 an der TU Graz mit einer
Arbeit zur rechnerischen Lebensdaueranalyse von
Nutzfahrzeugkomponenten. 1999 wurde er an die
Montanuniversität Leoben berufen, wo er heute
Leiter des Lehrstuhls für Allgemeinen Maschinenbau
sowie des Christian-Doppler-Laboratoriums für Betriebsfestigkeit ist.
Dipl.-Ing. Dr.mont. Heinz Leitner, Absolvent
der Studienrichtung Montanmaschinenwesen an
der Montanuniversität Leoben.1998-2001 Universitätsassistent
am Institut für Allg. Maschinenbau.
2001–2007 Wissenschaftlicher Mitarbeiter im
CD-Labor für Betriebsfestigkeit mit Forschungsschwerpunkt
Ermüdung von Leichtmetallgussbauteilen.
Seit 2007 leitet er die Abteilung Betriebsfestigkeit
–Versuch am Lehrstuhl für Allg. Maschinenbau
der Montanuniversität Leoben.
flüsse des Herstellungsprozesses berücksichtigen. Für die Bemessung
von Aluminiumgussbauteilen, die bzgl. ihrer Schwingfestigkeit sehr
empfindlich auf unterschiedliche Gefüge, Sekundärdendritenarmabstand,
Poren, Lunker usw.reagieren, stehen derartige Auslegungsmethoden
nur sehr eingeschränkt zur Verfügung. In diesem Beitrag wird
aufgezeigt, welche Einflüsse die Schwingfestigkeit von Aluminiumkokillen-
und -druckguss entscheidend bestimmen und wie sie bei der
betriebsfesten Auslegung zu berücksichtigen sind.
1. Einleitung
Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Bauteilgewichts ist die Substitution
von Stahl durch Aluminium unter Berücksichtigung einer werkstoffgerechten
Konstruktion. Aluminiumgusslegierungen finden im Automobilbau
schon seit längerem breiten Einsatz, insbesondere in den
Bereichen Fahrwerk, Antriebsstrang und Karosserie,dasie neben erheblichen
Gewichtsvorteilen auch das Abgießen von komplexen Formen
ermöglichen. Die Schwingfestigkeit von Aluminiumgussbauteilen
wird essentiell vom Gefügeaufbau, den Sekundärdendritenarmabständen
und den Poren bestimmt, wobei diese von den technologischen
Randbedingungen des Gießverfahrens abhängen.
Es ist daher nötig, bei der Bauteilauslegung die für das jeweilige Fertigungsverfahren
wesentlichen Einflussgrößen zu berücksichtigen und
zu bewerten. Im Folgenden werden diese Faktoren für die zwei im
Automobilbau häufigsten Gießverfahren, Kokillenguss und Druckguss,
diskutiert und eine Empfehlung für die Bauteilauslegung abgeleitet.
2.Theoretische Grundlagen
2.1 Kokillenguss
Das Kokillengießen, ebenfalls als Schwerkraftgießen bekannt, ist ein
Dauerformverfahren, bei dem das flüssige Metall in die als Kokille
bezeichnete Gießform gegossen wird. Der Prozess erfolgt lediglich
unter der Wirkung der Schwerkraft, deshalb ist die Einfüllgeschwindigkeit
geringer als 1m/s. Die hohe Wärmeleitfähigkeit der Kokille
beschleunigt die Abkühlung der erstarrenden Schmelze imVergleich
zum Sandguss, deswegen zeichnen sich die Kokillengussteile grundsätzlich
durch ein feinkörniges und dichtes Gefüge mit relativ guten
Festigkeitseigenschaften aus. Die Kokillenformen bestehen normalerweise
aus Stahl, Gusseisen oder warmfesten legierten Stählen. Weil
das Abgießen mit Hilfe der Schwerkraft erfolgt, ist die optimale Konstruktion
der Kokillenform wichtig, um ein Bauteil von guter Qualität
zu erzeugen. Diese Formen sind normalerweise mehrteilig gefertigt.
Sowohl das Gefüge als auch die mechanischen Eigenschaften können
durch den Sekundärdendritenarmabstand (DAS) charakterisiert
werden. Als Vorteile des Kokillengießverfahrens gelten insbesondere
die geringe Oberflächenrauheit, die hohe Maßgenauigkeit, kleine Bearbeitungszugaben,
die relativ große Produktivität und ein hoher
möglicher Automatisierungsgrad. Demgegenüber stehen hier als
Nachteil die hohen Herstellkosten der Kokillen und die Schwierigkeit,
dünnwandige Gussstücke zufertigen. Nach Angabe des Gesamtverbandes
Deutscher Metallgießereien nimmt die Fertigung von
Aluminiumteilen in Kokillen ca. 36% der gesamten Aluminiumproduktion
ein, wogegen 53% als Aluminium-Druckgussteile entstehen
[5, 6, 19, 23].