VON WOLFGANG KNOTHE, KITZINGEN

Neukonstruktionen im Automobilbau werden zunehmend von gegossenen Bauteilen bestimmt, da hier bei der Auslegung nur wenige Einschränkungen für die Geometrie bestehen. So ist aus der Sicht des Konstrukteurs bei Neuentwicklungen auch die Suche nach neuen Gusswerkstoffen, insbesondere den Gusseisen, eine folgerichtige Entwicklung.

Traditionell und aktuell sind Werkstoffkennwerte wie Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung die grundlegenden Kriterien bei der Wahl der Werkstoffe. Entsprechend der gestiegenen Belastungen durch den geforderten Leichtbau wurden Gusseisenwerkstoffe mit höheren Streckgrenzwerten und Dehnungen entwickelt. Mit Vorliegen aktueller Neukonstruktionen sowie von Werkstoffkennwerten aus Bauteiluntersuchungen kann jetzt eine kritische Bewertung, insbesondere der Si-legierten Kugelgrafitwerkstoffe, getroffen werden.

Die Lastfälle im Automobil- und Fahrzeugbau bestehen im Wesentlichen aus:

• statischem Lastfall,
   
• dynamischem Lastfall und
   
• Crash-Verhalten.

Der statische Lastfall besteht aus der Einzelfalllast und wird nach den quasi-statischen Werkstoffkennwerten des klassischen Zugversuchs bewertet. Die dabei gemessene Dehnung gibt jedoch keinen ausreichenden Hinweis auf das Zähigkeitsverhalten des Bauteils. Demgegenüber ist für den dynamischen Lastfall das entscheidende Kriterium zur Auswahl des Werkstoffs die ertragbare Mittelspannungsamplitute. Betriebsfestigkeitsuntersuchungen zur Zeit- oder Dauerfestigkeit belegen, dass der bestimmende Einfluss auf das Werkstoffverhalten aus dem Kerbfaktor resultiert und mit steigender Werkstofffestigkeit die Kerbempfindlichkeit zunimmt.

Spätestens hier wird deutlich, dass hohe Streckgrenz- und Zugfestigkeitswerte noch lange kein Garant für höher tragbare Lastfälle sind. Vielmehr müssen Bauteilauslegung und Werkstoffeigenschaften einander ergänzen. Aus diesem Blickwinkel ist die Bewertung des Bruchverhaltens von legiertem Gusseisen mit Kugelgrafit aktuell von großer Bedeutung. Erste Priorität im Fahrwerksbau hat das Prinzip: Biegung vor Bruch!

Crashversuche belegen, dass Gusseisen mit Kugelgrafit sehr komplex belastbar ist, wenn folgende Anforderungen erfüllt werden:

• Verformungsbruchverhalten,
   
• Energieabsorption,
   
• Vermeidung von Sprödbruch,
   
• Konstanz der Steifigkeit,
   
• geringe Eigenspannung.

Mit den hier vorliegenden Untersuchungen werden die Werkstoffeigenschaften zwischen mischkristallverfestigtem ferritischem Gusseisen und ferritisch-perlitischen Werkstoffen verglichen.

Dr.-Ing. Wolfgang Knothe, Entwicklung Eisenguss, Franken Guss GmbH & Co. KG, Kitzingen.