11/12 - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 56(2009) HEFT 11/12Hochfeste Werkstoffe aus Gusseisen mit Kugelgraphitfür hochbelastbare Bauteile im Automobilbau*)High Strength Ductile Iron for Automotive ComponentsDr.-Ing. Wolfgang Knothe, Studium und Dr.-Ing. Promotion an der Bergakademie Freiberg1978. Eintritt in die Walter HundhausenGmbH &Co.KG, Schwerte, dort Tätigkeiten alsBetriebsleiter für die Giessereibereiche Gusseisenmit Kugelgraphit und Aluminium; 1995Berufung in die Geschäftsführung der WalterHundhausen GmbH, später Mitglied der GeorgsmarienhütteHolding, Hamburg; Hier zuständigfür Prozess- und Produktentwicklung.Seit 2009 Leiter Technologiezentrum Eisenguss der FrankengussGmbH &Co. KG, Kitzingen.1. ÜbersichtDie Europäische Gesetzgebung zum Schutz der Umwelt diktiertdem Fahrzeug- und Verkehrsbau die konsequente Umsetzungvon Leichtbau.Das hat einerseits zu einer rasanten Entwicklung von Bauteilenaus den klassischen Leichtbau- Werkstoffen Aluminiumund Magnesium geführt, andererseits haben die Gusseisenwerkstoffewie Gusseisen mit Kugelgraphit noch deutliche Reservenzur Erhöhung von Festigkeit und Zähigkeit.Dafür gibt es Beispiele für Entwicklungen von Sonderwerkstoffenauf der Basis von Gusseisen mit Kugelgraphit [1].Die Steigerung der Werkstofffestigkeit ist schon immer einThema für alle metallischen Werkstoffe gewesen. Bei Gusseisenmit Kugelgraphit hat das zur Werkstofffamilie nach DINEN 1563 geführt (Bild 1).Bild 2: Hochfeste Stähle für den Automobilbau2. EntwicklungskonzeptAusgangspunkt zur Entwicklung hochfester und duktiler Gusseisenwerkstoffewar bei Franken Guss Kitzingen Ende der 90erJahre die Neukonstruktion von Lenkgetrieben für das Haus ZF.Aufgabenstellung für die Gießerei war die Entwicklung einesWerkstoffes auf der Basis von GJS 500-7, wobei bei Erhalt derDehnung die Streckgrenze R p deutlich anzuheben war. Erreichtwurde das Ziel durch Legieren perlitbildender Elementein Kombination, sodass eine geeignete ferritisch-perlitischeMatrix gesichert werden kann [2]. Daraus ist ein werksinternesWerkstoffblatt (Bild 3) entstanden.Bild 1: Gusseisen mit Kugelgraphit nach DIN EN 1563Höhere Anforderungen aus gestiegenen Belastungen, wie auchdie Forderung nach höherer Wirtschaftlichkeit, lösen gezielteWeiterentwicklungen der Werkstoffeigenschaften und der Verfahrenstechnikenaus.Schaut man sich unter diesem Aspekt die Entwicklung hochfesterStähle für den Automobilbau (Bild 2) an, sieht mandeutlich, dass sich die Maßnahmen im Wesentlichen aus dreiVerfahrenstechniken rekrutieren, wie● Legieren● Wärmebehandeln● Sondermaßnahmen (Pulvermetallurgie)*) Vorgetragen auf der 53. Österreichischen Gießereitagung am24. April 2009 in Salzburg.Bild 3: Gusseisen mit Kugelgraphit GJS 500-7 mit angehobenerStreckgrenze2.1. Einfluss der BauteilauslegungGerade bei Leichtbaukonstruktionen hat sich gezeigt, dass dasVersagen von Bauteilen nicht allein mit höheren Werkstofffestigkeitenbehoben werden kann.Vielmehr ist es für den dynamischen Lastfall das Zusammenspielvon Bauteilsteifigkeit und Wirkung von Kerbfaktoren mitdem Werkstoffverhalten.Das Werkstoffverhalten der Gusseisenwerkstoffe betrifft hier● die Anisotropie von Zug-/ Druckspannungsverträglichkeit● die gegenüber Stahlwerkstoffen höhere Mittelspannungsempfindlichkeit186