Eigenschaftsvoraussage für die rechnergestützte Entwicklung gegossener Bauteile
VON DR. ING. GÖTZ HARTMANN, AACHEN
Praktisch alle Gussteile weisen lokal unterschiedliche mechanische Eigenschaften und Eigenspannungen auf. Auf Grund lokal differenzierter Erstarrungs- und Abkühlbedingungen können zum Beispiel in einem Zylinderkurbelgehäuse aus EN-GJL-250 die Zugfestigkeiten zwischen 220 und 340 MPa liegen. Gleichzeitig können in einem solchen Kurbelgehäuse lokale Eigenspannungen zwischen 100 MPa Druckspannungen und 130 MPa Zugspannungen auftreten. Solche Werte sind auch in Aluminium-Zylinderköpfen anzutreffen, wo sie oft die unerwartete Ursache für Risse im Betrieb sind [1]. Die Eigenspannungen verschieben die Mittelspannung bei zyklischer Beanspruchung und beeinflussen so in teilweise dramatischer Weise die Gussteillebensdauer.
Bild 1a : GJL-Zylinderkurbelgehäuse
Bild 1 b : Im abgebildeten GJL-Zylinderkurbelgehäuse finden sich maximale Druckspannungen von 100 MPa (links) und maximale Zugspannungen von 130 MPa (rechts) (Berechnungen mit MAGMAstress)
Auch durch die ungleichmäßige Verteilung von Eigenschaften wird das Verhalten von Gussbauteilen unter Last sowie deren Lebensdauer teilweise dramatisch beeinflusst. Durch Berücksichtigung berechneter lokaler Gussteileigenschaften wie zum Beispiel des Dendritenarmabstandes in Aluminiumfahrwerksteilen in der FE-Analyse und bei Lebensdauerberechnungen lassen sich die Risiken des Fertigungsprozesses lange vor dem Serienstart erkennen und vermindern.
Mit Hilfe der Gießsimulation lassen sich nun solche ungleichmäßig verteilten Bauteileigenschaften wie Festigkeiten und Eigenspannungen ermitteln und in Lastfallanalysen und Betriebsfestigkeitsberechnungen berücksichtigen.
Dr.-Ing. Götz Hartmann, MAGMA GmbH, Aachen