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 Messungen Ultraschallmessungen Besondere Eigenschaften von ADI-Guss: Hohe Festigkeit und Duktilität, gute Werkstoffdämpfung und Verschleißbeständigkeit G. Mook, F. Michel, J. Simonin Ergebnisse Temperatur 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 Mechanische Eigenschaften 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 das Ausgangsmaterial und komplexe Wärmebehandlung erfordern die zerstörungsfreie Charakterisierung am Bauteil Herstellungsnorm: DIN EN 1564 Festlegung der ADI-Sorte nach der Festigkeit und der 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/mm 2 ] Koerzitivfeldstärke Hco [A/cm] 35 40 45 50 55 60 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 Bruchdehnung A5 [%] Koerzitivfeldstärke Hco [A/cm] 35 40 45 50 55 60 200 250 300 350 400 450 500 550 Härte HB 5 Koerzitivfeldstärke Hco [A/cm] Koerzitivfeldstärke H CO vs. Zugfestigkeit R m Koerzitivfeldstärke H CO vs. Bruchdehnung A 5 Koerzitivfeldstärke H CO vs. Härte HB 5 Koerzitivfeldstärke H CO vs. Kerbschlagarbeit MikroMach-Geber in federnder Positioniereinrichtung Für die Anwendung sind jeweils fallspezifische, auf die Legierung abgestimmte, Kalibrierreihen erforderlich! Ausgangswerkstoff: Kugelgraphitgusseisen Ferritisch/perlitische Matrix, Graphitkugeln. Hohe Sättigungsmagnetisierung, geringe Ummagnetisierungsverluste, kleine Koerzitivfeldstärke, hohe Permeabilität. ADI-Guss: Matrix bestehend aus Ferrit und Austenit, Graphitkugeln Sättigungsmagnetisierung nimmt ab, da nur Ferrit ferromagnetisch, Austenit paramagnetisch, Ummagnetisierungsverluste und Koerzitivfeldstärke nehmen zu, während die Permeabilität abnimmt. Wahrscheinliche Ursache: Innere Spannungen im Gefüge durch im Austenit zwangsgelösten 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-Schallgeschwindigkeit [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 der US-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/sek 3 Stahl t c l . 10 m/sek 3 Kugelgraphit Lamellengraphit Transversalwellengeschwindigkeit Longitudinalwellengeschwindigkeit Kompaktprobe: Stufenkeil 260 x 190 mm mit 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] Koerzitivfeldstärke Hco [A/cm] -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 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 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