11/12 - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 58 (2011) HEFT 11/12
Legierungselement Wirkungsweise bei der Wärmebehandlung und Gefügeausbildung Literaturverweise
Kupfer • Verzögerung der Umwandlung und Senkung der Umwandlungstemperatur [11-13, 15]
• austenitstabilisierend
• stark perlitisierende Wirkung
• keine Karbidbildung
Nickel • Verzögerung der Austentitumwandlung [11, 12, 15, 16]
• stark austenitstabilisierend
• Senkung der Umwandlungstemperatur
• Senkung der kritischen Umwandlungstemperatur für Martensitbildung
• Keine Karbidbildung
Molybdän • Karbidbildner [11, 15, 17]
• starke Neigung zur Seigerung
• Verzögerung der Austenitumwandlung
• Erweiterung der Zeitspanne für vollständige Martensitbildung
• Erweiterung der Zeitspanne für die Bainitbildung
• Verzögerung der Perlitumwandlung
• Senkung der Martensitstarttemperatur
Mangan • Verzögerung der Austenitumwandlung [11, 15, 16]
• Erhöhung der Härtbarkeit
• positiv seigernd
• Karbidbildner an Korngrenzen
• steigender Gehalt beeinflusst Anzahl und Form der Sphärolithen negativ
Tab. 2: Übersicht über die Wirkungsweise von Legierungselementen zur Verbesserung der Ergebnisse bei der ADI-Wärmebehandlung.
lungsfähigkeit wird bei ADI hauptsächlich durch die Zugabe der
Legierungselemente Nickel, Kupfer, Molybdän und Mangan erreicht.
Diese Metalle beeinflussen den Prozess der Wärmebehandlung
durch eine Verschiebung der Umwandlungsbereiche
(Perlitnase) und ermöglichen so eine zufriedenstellende Gefügeausbildung.
Dieser Einfluss ist abhängig vom Anteil der Legierungselemente
und verzögert die Bildung von unerwünschtem
Perlit [11-13].
Empfehlungen für Grenzgehalte an Legierungselementen können
folgenden Literaturstellen entnommen werden und sind an
die Bauteilgröße anzupassen [11, 14]. Bei der Auswahl von Legierungselementen
ist darauf zu achten, dass die Ausbildung
der Sphärolithen nicht beeinflusst wird und keine unerwünschten
Ausscheidungen (Karbide) auftreten. Weiters ist zu
berücksichtigen, dass Legierungselemente zum Seigern neigen
(Molybdän) und dadurch eine ungleichmäßige Gefügeausbildung
zur Folge haben könnten. Eine Übersicht über die Wirkungsweise
der typischen Legierungselemente ist in Tab. 2 gegeben.
5. Einflüsse auf die Schwingfestigkeit von ADI
5.1 Wärmebehandlungsparameter
Die Steigerung der mechanischen Eigenschaften durch die
ADI-Wärmebehandlung bedingt auch eine Verbesserung der
Schwingfestigkeit. In Abb. 6 sind die Ergebnisse von Umlaufbiegeschwingversuchen
an perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit
und ausferritischem Gusseisen (ADI 1000) aus selbigem
Gussmaterial gegenübergestellt. Die dazugehörigen Kennwerte
des Zugversuches sind in Abb. 7 dargestellt und die Gefügeaufnahmen
vor und nach der ADI-Wärmebehandlung sind in
Abb. 4a und Abb. 4c zu finden. Die Umlaufbiegewechselfestigkeit
wurde durch die ADI-Wärmebehandlung um 35 % gesteigert.
Diese beträchtliche Anhebung ist auf die vollständige Umwandlung
der Grundmatrix in den Ausferrit zu erklären.
Eine Korrelation der Schwingfestigkeit von ausferritischem
Gusseisen mit Kugelgraphit ist nur bedingt mit den Kennwerten
des Zugversuches möglich, da höchste Zugfestigkeit bzw. Dehngrenze
nicht mit der maximalen Schwingfestigkeit zusammenfallen.
In Abb. 8 sind Ergebnisse des Zugversuchs und des Ermüdungsversuchs
für zwei verschiedene Legierungen in Abhängigkeit
der Auslagerungstemperatur nach [18, 19] gegenübergestellt.
Die maximale Schwingfestigkeit liegt hier bei einer
Umwandlungstemperatur um 360 °C. Dies kann damit erklärt
werden, dass bei niedrigen Umwandlungstemperaturen (hohe
Festigkeiten) Eisenkarbide mit negativer Wirkung auf die Ermüdungsfestigkeit
auftreten. Bei hohen Auslagerungstemperaturen
liegt ein hoher Gehalt an unstabilisiertem Restaustenit vor, der
die Schwingfestigkeit ebenfalls negativ beeinflusst. Für eine
möglichst hohe Schwingfestigkeit ist der Gehalt an Restaustenit
mit guter Stabilität verantwortlich, da dieser auch unter Beanspruchung
nicht umwandelt und die Ermüdungsfestigkeit vermindert
[18, 20]. Die Bestimmung des Restaustenitanteiles und
seines Kohlenstoffgehaltes ist sehr aufwendig und erfordert
röntgenographische Analysemethoden, da lichtmikroskopische
Untersuchungen nur bedingt bzw. nicht geeignet sind.
Das Einstellen von ausreichend stabilisiertem Restaustenit
wird stark von den Wärmebehandlungsparametern beeinflusst,
die wiederum vom Legierungsgehalt abhängen. Für eine Optimierung
des Ermüdungsverhaltens ist zu beachten, dass hohe
Schwingfestigkeiten bei ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit
in einem Bereich der Zugfestigkeit zwischen 1.000 und
1.200 MPa erreicht werden. Weiters ist eine möglichst hohe
Bruchdehnung in diesen Bereichen anzustreben, da diese auf
eine gute Prozessführung bei der Auslagerung schließen lässt.
Abb. 6: Gegenüberstellung der Schwingversuche an ADI 1000 und perlitischem
Ausgangsgusseisen.
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