5/6 - VÖG - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 55(2008) HEFT 5/6
3. Einflüsse auf die Schwingfestigkeit
3.1 Kokillenguss
Zur Charakterisierung des Gefüges hinsichtlich der Schwingfestigkeit
eignet sich für Kokillenguss sehr gut der Sekundärdendritenarmabstand
(DAS).
Dendriten wachsen normalerweise ausgehend von einem einzelnen
Keim, der ein Fremdpartikel oder ein Fragment eines anderen Korns
sein kann. Ein Gusskorn kann aus verschiedenen Dendriten des gleichen
Ursprungs aufgebaut sein.Während die Korngröße von der Zahl
der vorhandenen Keime abhängt, wird der DAS nur durch die lokale
Abkühlgeschwindigkeit bzw. Erstarrungszeit beeinflusst. Neben dem
Dendritenarmabstand besitzt auch die Größe und Verteilung der Porosität
einen Einfluss auf die Schwingfestigkeit vonAluminiumgusslegierungen.
Erstarrungs-Simulationsprogramme ermöglichen die Berechnung
des DAS auf Basis der lokalen Abkühlrate. Makroporen, wie sie
durch mangelnde Nachspeisung entstehen, können näherungsweise
durch das Niyama-Kriterium [25, 26] abgeschätzt werden.
Es hat sich in mehreren Untersuchungen bestätigt, dass beim Kokillenguss
Porosität und Dendritenarmabstand in einem bestimmten
Zusammenhang stehen [3,9,10].Diese Tatsache legt nahe,den Einfluss
der Porosität und des DAS auf das Schwingfestigkeitsverhalten
durch einen kombinierten Einflussfaktor zu beschreiben. Abb. 1 zeigt
ein Modell zur Berücksichtigung unterschiedlich feinen Gefüges auf
die Schwingfestigkeit bei 107 Lastwechsel (LW) in Abhängigkeit des
DAS, normiert auf einen DAS von 30µm.
Der annähernd lineare Verlauf des Einflussfaktors wird für DAS unter
20 µm auf einen konstanten Wert begrenzt, da die Schwingfestigkeit
für kleinere DAS versuchstechnisch nicht belegt ist.ImDiagramm sind
zusätzlich die mittleren Zugfestigkeitswerte in normierter Darstellung
eingezeichnet. Es zeigt sich auch für die Zugfestigkeit eine ähnliche
Gefügeabhängigkeit wie bei der Schwingfestigkeit beobachtet.
3.2 Druckguss
Während beim Kokillenguss die Dendritenarmabstände eine sehr
wesentliche Rolle für die Festigkeit spielen, ist bei den Druckgussbauteilen
das Gefüge so fein, dass es im dünnwandigen Bereich mit
1000x Vergrößerung teilweise nicht mehr möglich ist, den DAS zu
bestimmen. Viel wesentlicher für die Schwingfestigkeit ist die Gasporosität,
welche aufgrund der meist stark turbulenten Strömungsverhältnisse
nicht gänzlich verhindert werden kann [10, 11,21].
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Abb. 1: Kombinierter Einflussfaktor für DAS und Porosität auf die
Dauerfestigkeit [9]
3.2.1 Experimentelle Untersuchungen
Um die Einflüsse der Porosität auf die Schwingfestigkeit von Al-
Druckgussbauteilen zu untersuchen, wurde als Bauteil eine Federstütze
aus dem Vorderwagen einer PKW- Karosserie ausgewählt. Der für
dieses Bauteil eingesetzte Werkstoff ist die untereutektische Mehrstofflegierung
Magsimal 59 (AlMg5Si2Mn). Der Werkstoff zeichnet
sich durch hohe Festigkeit und Dehnung sowie gute Fließeigenschaften
aus. Das Anwendungsspektrum reicht daher von dünnwandigen,
geometrisch relativ einfachen Ölwannen, bis hin zu geometrisch wesentlich
komplexeren Federstützen. Um unterschiedliche Porositätszustände
untersuchen zu können, wurden Proben aus verschiedenen
Bereichen der Federstütze und des Federstützenangusses entnommen.
Für drei Versuchsreihen wurden die Proben aus dem Federstützenanguss
ausgeschnitten, für die vierte Serie vom Bauteil selbst und
für die fünfte Wöhlerlinie aus dem bauteilähnlichen H-Profil [1].„Porenfreie“
Druckgussproben sind in der Praxis kaum zu realisieren. Aus
diesem Grund wurden die Stäbe zur Entnahme „porenfreier“ Proben
unter Bewahrung druckgussähnlicher Prozessparameter und einer
speziellen Schmelzereinigung im Kokillenguss hergestellt [1].Die
Abbn.2abis 2c zeigen die Entnahmepositionen der Proben. Insgesamt
konnten sechs Wöhlerlinien mit jeweils unterschiedlichen Porositätszuständen
ermittelt werden.
Abb. 2: Probenentnahmepositionen: a) Federstützeanguss, b) Federstütze, c) H-profil
[1,16], d) Probengeometrie.