Gießbedingungen und Temperaturwechselbeständigkeit von dünnwändigen Gussstücken aus Gusseisen vom Typ GJS-SiMo

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GP 05/2012
Forschung
Eisengusswerkstoffe

Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, die optimalen Gießbedingungen zur Herstellung von dünnwandigen Gussstücken (2 bis 3 mm) aus Gusseisen mit Kugelgraphit vomTyp GJSSiMo zum Einsatz unter Temperaturwechselbeanspruchung bis 800° C zu ermitteln.  In den Versuchen wurden die Gefügeausbildung sowie die thermische Ermüdungsbeständigkeit anhand eines fest eingespannten Probestabes ermittelt und der Zusammensetzung und den Gießbedingungen von Probeabgüssen gegenübergestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem etwa konstanten Kohlenstoffgehalt von 3 % sowohl die Kugelzahl als auch die Nodularität mit steigendem Siliziumgehalt zunächst zunehmen, bei 3,8 bis 3,9 % Si ein Maximum erreichen und bei weiterer Erhöhung des Siliziumgehalts wieder abfallen. Demgegenüber nimmt der Ferritanteil mit steigendem Siliziumgehalt allmählich zu und erreicht bei 4,6 bis 4,8 % Si (CE = 4,53 bis 4,60 %) einen Höchstwert, um dann mehr oder weniger konstant zu bleiben oder ganz leicht abzufallen. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Eisen mit CE = 4,45 bis 4,55 % eine etwas höhere Kugelzahl und einen etwas höheren Ferritanteil haben als solche mit einem CE = 4,75 bis 4,85 %. Daraus ergibt sich ein Optimum für höchste Temperaturwechselbeständigkeit bei einer leicht übereutektischen Zusammensetzung von z. B. CE = 4,5 bis 4,6 %, bei der der Kohlenstoffgehalt mit 3,0 % C relativ niedrig und der Siliziumgehalt mit 4,6 bis 4,8 % relativ hoch liegt. Die höchste Temperaturwechselbeständigkeit wird bei einem Gefüge mit dem höchstmöglichen Ferritanteil und einer mittleren Kugelzahl erzielt. Zusätzlich kann die Temperaturwechselbeständigkeit durch einen Zusatz von 0,5 % Mo erheblich verbessert werden. Die Entwicklung von Bauteilen mit geringem Gewicht für Straßenfahrzeuge hat in der Automobilindustrie einen hohen Stellenwert bei dem Bestreben, die Abgasemissionen und den Treibstoffbedarf zu senken. Das Ziel, das Gewicht von Straßenfahrzeugen zu reduzieren, treibt die Substitution von Gusseisen oder Stahl durch Aluminium oder Magnesium, die eine niedrigere Dichte als Eisen haben, für viele Bauteile voran. Der Einsatz von Aluminium und Magnesium erhöht aber die Kosten der Fahrzeuge. Da Gusseisen mit Kugelgraphit vergleichsweise kostengünstiger ist, sollten dünnwandige Gussstücke sich in dem harten Konkurrenzkampf zwischen den Werkstoffen bei Straßenfahrzeugen behaupten können. Dünnwandige Gussstücke aus Gusseisen mit Kugelgraphit erfüllen nicht nur die Forderungen nach geringerem Gewicht, sondern bieten dem Konstrukteur gegenüber vielen alternativen Werkstoffen auch höhere Verhältnisse von Festigkeit zu Gewicht und bessere Eigenschaften für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen [1,2]...

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