Automatisierte Klassifikation der Grafitform in Gusseisen mit Kugelgrafit
Die Entwicklung einer automatisierten Klassifikation der Grafitform in Gusseisen mit Kugelgrafit verspricht eine objektive, spezifische Zuordnung und somit verlässliche Qualitätsstandards. FOTO: RWTH AACHEN
VON JESSICA FRIESS, GABRIELA HANSEN, ANDREAS BÜHRIG-POLACZEK, AACHEN, ULRICH SONNTAG, BERLIN UND INGO STELLER, DÜSSELDORF
Die quantitative Bestimmung der Gefügebestandteile von Gusseisen mit Kugelgrafit (EN-GJS) ist eine wesentliche Komponente der Materialentwicklung und Qualitätssicherung. Die aktuellen Analysenstandards erlauben jedoch eine nur begrenzt objektive Auswertung. Ziel des hier beschriebenen Projektes war die Entwicklung eines automatisierten Tools, das anhand objektbasierter Parameter Grafitpartikel klassifiziert und Grafitentartungen erkennt. Aufeinander aufbauende Ringversuche bei Bildanalyseanbietern, Gießereien und Laboren dienten der Validierung des Grafitklassifikators sowie der zugrunde liegenden Algorithmen.
Gefügebestandteile in Gusseisen, wie beispielsweise Grafitpartikel, beeinflussen Werkstoffeigenschaften entscheidend, sodass deren quantitative Beschreibung, bspw. hinsichtlich Größe und Form, von maßgeblicher Bedeutung ist. Das hier vorgestellte Vorhaben zielt auf die systematische Untersuchung der Einflussgrößen bei der Ermittlung des Gefügekennwertes „Nodularität“ von Gusseisen mit Kugelgrafit (EN-GJS). Vor Projektbeginn erfolgte die Grafitformbestimmung durch visuelle Begutachtung nach DIN EN ISO 945-1 sowie durch Bildanalyse (BA) anhand der Vorschläge des technischen Reports ISO/TS 945-2, die jedoch beide aufgrund nicht ausreichender Objektivität keine verlässliche und reproduzierbare Auswertung ermöglichten. Die Implementierung eines anlernbaren Klassifikators anhand objektbasierter Parameter (Rundheit, Streckung, Konturkrümmung etc.) soll es ermöglichen, die Grafitpartikel, insbesondere Sphärolithen, zu identifizieren und Grafitentartungen automatisch zu erkennen. Hierfür wurden die Einflüsse bei der Bildaufnahme und -auswertung von GJS untersucht und die unterschiedlichen Ansätze zur Bestimmung der Nodularität miteinander verglichen und evaluiert. Die entwickelten Algorithmen wurden von BA-Anbietern und -Anwendern (Gießereien, Testlabore) in Ringversuchen getestet und von den Forschungseinrichtungen ausgewertet, um Nodularität mit Zahlenwerten und Parametern zu korrelieren.
Die Einteilung der Grafitformen erfolgt in der Norm DIN EN ISO 945-1 [1] in sechs verschiedene Formklassen (Grafitformklassen I bis VI). Die angestrebte Grafitform bei GJS ist Form VI, die aufgrund von Fertigungsschwankungen nicht immer erreicht wird. Dabei entstehen meist die Grafitformen III und V, wobei der Übergang von vermikularen Partikeln (Form III) über unregelmäßig geformte Sphärolithen (Form IV bzw. V) hin zu Kugeln (Form VI) fließend ist. Daher ist eine scharfe Trennung der Formklassen in dieser Art und Weise schwierig.
Die vorgestellten Ergebnisse stammen aus dem IGF-Vorhaben 19363 N der „Forschungsvereinigung Gießereitechnik e.V.“, das im Rahmen des Verbundprogramms IGF vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wurde. Die Autoren bedanken sich auch bei den Teilnehmern der Ringversuche.
Weitere Informationen
Gießerei-Institut RWTH Aachen
Intzestr. 5
52072 Aachen
Univ. Prof. Dr.-Ing. A. Bührig-Polaczek
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E-Mail: g.hansen(at)gi.rwth-aachen.de
Web: www.gi.rwth-aachen.de
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Dipl.-Math. Ulrich Sonntag
Volmerstraße 3
12489 Berlin
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E-Mail: sonntag(at)gfai.de
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