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Bauteilnahe und beanspruchungsgerechte Untersuchung des Schädigungsverhaltens von Gusseisen mit Kugelgraphit im Schlagzugversuch

Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) ist einer der wichtigsten Werkstoffe für höherbeanspruchte Gussbauteile. Die Qualifizierung für zähigkeitsbeanspruchte Anwendungen erfolgt gewöhnlich im Kerbschlagbiegeversuch, welcher einen für reale Bauteile besonders konservativen Spannungszustand abbildet. Mischkristallverfestigte GJS-Werkstoffe können hier die in Auslegungsrichtlinien geforderten Mindestwerte für die Kerbschlagarbeit bei tiefen Temperaturen nicht erfüllen. Erste Forschungsergebnisse zeigen, dass die vorliegende Problemstellung mit Hilfe des aus der Kunststoffprüfung stammenden Schlagzugversuchs gelöst werden kann, da dieser einen weniger kritischen Spannungszustand mit geringerer Spannungsmehrachsigkeit abbildet. Durch eine Auswahl der Probengeometrie, welche auf dem im…

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Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) ist einer der wichtigsten Werkstoffe für höherbeanspruchte Gussbauteile. Die Qualifizierung für zähigkeitsbeanspruchte Anwendungen erfolgt gewöhnlich im Kerbschlagbiegeversuch, welcher einen für reale Bauteile besonders konservativen Spannungszustand abbildet. Mischkristallverfestigte GJS-Werkstoffe können hier die in Auslegungsrichtlinien geforderten Mindestwerte für die Kerbschlagarbeit bei tiefen Temperaturen nicht erfüllen. Erste Forschungsergebnisse zeigen, dass die vorliegende Problemstellung mit Hilfe des aus der Kunststoffprüfung stammenden Schlagzugversuchs gelöst werden kann, da dieser einen weniger kritischen Spannungszustand mit geringerer Spannungsmehrachsigkeit abbildet. Durch eine Auswahl der Probengeometrie, welche auf dem im realen Bauteil vorliegenden Spannungszustand basiert, wird zudem eine anwendungsnahe Charakterisierung der Zähigkeit sichergestellt. Ziel dieses Beitrags ist es, die beschriebene Versuchsmethodik an einer noch nicht untersuchten, mischkristallverfestigten GJS-Legierung zu prüfen. Bei der Prüfung im Schlagzugversuch wird hier neben der Standardgeometrie ebenfalls eine bauteilnah abgeleitete Probengeometrie verwendet. Dazu wird im Vorfeld ein Bauteil sowie ein zugehöriger, kritischer Lastfall festgelegt, welcher simuliert wird. Der für die Entwicklung der Probengeometrie benötigte Spannungszustand wird hier mit Hilfe eines schädigungsmechanischen Simulationsmodells abgeleitet. Nach der Versuchsdurchführung werden die ermittelten Übergangskurven hinsichtlich der Übergangstemperatur miteinander verglichen, wodurch ein Beitrag zur Weiterentwicklung des Verständnisses und der Anwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit geleistet wird, um das Leichtbaupotenzial dieser Werkstoffklasse auszuschöpfen.

Reference
BR-2024-370

Title
Bauteilnahe und beanspruchungsgerechte Untersuchung des Schädigungsverhaltens von Gusseisen mit Kugelgraphit im Schlagzugversuch
Author(s)
M. Dumitru, M. Könemann, D. Lenz, J. Schüssler, S. Münstermann, A. Bührig-Polaczek
DOI
10.48447/BR-2024-370
Event
56. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit – Tagung 2024
Year of publication
2024
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Bauteilsicherheit,Schlagzugversuch,Gusseisen mit Kugelgraphit,Sphäroguss