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