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Institut für Werkstoff- und Fügetechnik
ADI-Guss zerstörungsfrei charakterisieren
Die Arbeit wurde gefördert durch das BMBF im Rahmen des Regionalen Innovativen Wachstumskerns Precision Cast.
Von GJS zu ADI
Temperaturführung zur Herstellung von ADI-Guss
Magnetische Eigenschaften
US-Longitudinal- und -Transversalwellengeschwindigkeit in Grauguss verschiedener Graphitmengen und -formen nach Patterson und Bodmer
Magnetische MessungenUltraschallmessungen
Besondere Eigenschaftenvon ADI-Guss:
Hohe Festigkeit und Duktilität,gute WerkstoffdämpfungundVerschleißbeständigkeit
G. Mook, F. Michel, J. Simonin
Ergebnisse
Tem
pera
tur
Perlit
Austenit
Martensit
Ausferrit
Zeit
abweich. Graphit-ausbildung
Kugelgraphit- gusseisen ADI-Guss
Austenitisierungs- temperatur und -haltezeit
Abkühlungs-geschwindigkeit
Austemperungs- temperatur und -haltezeit
Kunden-Anforderungen
Bauteil-geometrie
MechanischeEigenschaften
Wärme-behandlung
abweich.Legierungs-zusammen- setzung
abweich.Austenitisierungs- temperatur
abweich.Austenitisierungs- dauer
abweich.Austemperungs- dauer
abweich.Austemperungs- temperatur
abweich. Abkühl-geschwindigkeit
Störgrößen
Hohe Anforderungen an dasAusgangsmaterial und komplexeWärmebehandlung erforderndie zerstörungsfreieCharakterisierung am Bauteil
Herstellungsnorm: DIN EN 1564Festlegung der ADI-Sortenach der Festigkeit undder Härte
Ausgangswerkstoff: Qualitativ hochwertiges Kugelgraphitgusseisen
In engem Prozessfenster ablaufende Wärmebehandlung
Einflussfaktoren bei der Herstellung von ADI-Guss
35
40
45
50
55
60
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Zugfestigkeit Rm [N/mm2]
Koe
rziti
vfel
dstä
rke
Hco
[A/c
m]
35
40
45
50
55
60
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0
Bruchdehnung A5 [%]
Koe
rziti
vfel
dstä
rke
Hco
[A/c
m]
35
40
45
50
55
60
200 250 300 350 400 450 500 550
Härte HB 5
Koe
rziti
vfel
dstä
rke
Hco
[A/c
m]
Koerzitivfeldstärke HCO vs. Zugfestigkeit Rm Koerzitivfeldstärke HCO vs. Bruchdehnung A5
Koerzitivfeldstärke HCO vs. Härte HB 5 Koerzitivfeldstärke HCO vs. Kerbschlagarbeit
MikroMach-Geber in federnder Positioniereinrichtung
Für die Anwendung sind jeweils fallspezifische, auf die Legierung abgestimmte, Kalibrierreihen erforderlich!
Ausgangswerkstoff: KugelgraphitgusseisenFerritisch/perlitische Matrix, Graphitkugeln.Hohe Sättigungsmagnetisierung, geringe Ummagnetisierungsverluste, kleine Koerzitivfeldstärke, hohe Permeabilität.
ADI-Guss: Matrix bestehend aus Ferrit und Austenit, GraphitkugelnSättigungsmagnetisierung nimmt ab, da nur Ferrit ferromagnetisch, Austenit paramagnetisch, Ummagnetisierungsverluste und Koerzitivfeldstärke nehmen zu, während die Permeabilitätabnimmt. Wahrscheinliche Ursache: Innere Spannungen im Gefüge durch im Austenitzwangsgelösten Kohlenstoff.Höherfeste ADI-Werkstoffe haben höhere Ferritanteile: Folge höhere Sättigungsmagnetisierung, höhere Ummagnetisierungsverluste, größere Koerzitivfeldstäke und Permeabilität.
5200
5300
5400
5500
5600
5700
5800
5900
6000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
ftl. Proben-Nr.
US-S
chal
lges
chw
indi
gkei
t [m
/s]
MikroMach ermöglicht die Bestimmung verschiedener magnetischer Kennwerte an Proben sowie an Bauteilen bis in eine Tiefe von ca. 6 mm.
Die Kugelgestalt des Graphits ist entscheidend für Dauerfestigkeit des ADI-Gusses.
Anzahl, Größe und Verteilung der Graphit-kugeln sind entscheidend für die Kohlen-stoffdiffusion während der Austenitisierung und bestimmen die Menge des zwangs-gelösten Kohlenstoffs im Austenit in ADI-Guss.
Entsprechend der festgestellten Graphit-ausbildung kann die Wärmebehandlung modifiziert werden (DIN EN 1564).
Aussagen über den Einfluss der Matrix auf die Schallgeschwindigkeit sind uneinheitlich, müssen am konkreten Fall verifiziert werden.
Nachweis von Einschlüssen, Poren und Mikrolunkern im Ausgangswerkstoff.
Charakterisierung der Kugelgraphitausbildung im Ausgangswerkstoff. Einziges geeignetes ZfP-Verfahren ist die US-Geschwindigkeitsmessung.
Nach der Wärmebehandlung wurde keine merkliche Änderung der Schallgeschwindigkeit festgestellt. Versuche, den Nodularitätskennwert im ausferritischen Zustand derUS-Geschwindigkeit gegenüberzustellen, waren nicht erfolversprechend.
6,0
5,6
5,2
4,8
4,4
4,0
2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 10 m/sek3
Stahl
ct
cl
.
10 m/sek3
Kugelgraphit
Lamellengraphit
Transversalwellengeschwindigkeit
Long
itudi
nalw
elle
nges
chw
indi
gkei
t
Kompaktprobe: Stufenkeil 260 x 190 mmmit Messstellen
Ultraschall-Geschwindigkeit an prismatischen Proben, entnommen aus Stufenkeil, Stufenhöhe 15 mm, Impuls-Echo-Verfahren, 10 MHz
Messstellen
Aufbau des Gefügeprüfers MikroMach des IZFP Saarbrücken
Prüfteil
Magnetisierungsspule
Jochkern
Hallsensor zur Messung des Tangentialfeldes
Messspule für Barkhausenrauschen
Wirbelstromerregerspule
Magnetischer Fluss
35
40
45
50
55
60
5 6 7 8 9 10 11
Kerbschlagarbeit [J]
Koe
rziti
vfel
dstä
rke
Hco
[A/c
m]
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600
H [A/cm]
B [T
]
EN GJS-600-3
Statische Hystereseschschleifen von Kugelgraphitguss und ADI-Guss mit zugehörigen Gefügebildern
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600
H [A/cm]
B [T
]
ADI800
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600
H [A/cm]
B [T
]
ADI1400