Wissenschaftliche Veröffentlichungen über Gusseisen/h1>

Wissenschaftliche Arbeiten über Gusseisen

Mikromechanische Modellierung der ADI-Konstitutivkurve bei hoher Verformungsgeschwindigkeit

Autoren: G. Iannitti, A. Ruggiero, N. Bonora, S. Masaggia, F. Veneri

Università di Cassino e del Lazio Meridionale
Zanardi Fonderie SPA

JOURNAL: Science Direct – Elviser

9. Mai 2017

In dieser Arbeit wurde die einachsige Zugreaktion von ausferritischem Sphäroguss bei hoher Dehnungsgeschwindigkeit untersucht. Zugversuche wurden bei niedrigen (0,001/s) und hohen (740/s und 1200/s) Verformungsgeschwindigkeiten, bei Raumtemperatur und niedriger Temperatur durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Verformungsgeschwindigkeit einen erheblichen Einfluss auf die Kaltverfestigung und Duktilität hat. Die Kaltverfestigung scheint das Ergebnis der Konkurrenz zwischen dem Verhalten von Ferrit und Restaustenit bei unterschiedlichen Kombinationen von Temperatur und Verformungsgeschwindigkeit zu sein. Es zeigte sich der Einfluss der Verformungsgeschwindigkeit auf den Anstieg der Verformung beim Versagen des Materials. Numerische Simulationen, die mit dem Modell der „Unit Cell“ durchgeführt wurden, deuteten darauf hin, dass dieser Effekt auf die durch thermische Weichglühung unterstützte Lokalisierung der Verformung entlang der Verbindungen zwischen den Knoten zurückzuführen sein könnte.

Einfluss der Dicke auf die Ermüdungsgrenze gekerbter zylinderförmiger Proben aus gegossenem oder wärmebehandeltem Gusseisen mit Kugelgraphit

Autoren: Franco Zanardi, Stefano Masaggia

Zanardi Fonderie SPA

25. November 2020

Die Präsentation veranschaulicht die Anwendung eines Ermüdungsentwurfsverfahrens bei Vorhandensein von Kerbeffekten, das eine unkonventionelle Erweiterung der linearen elastischen Bruchmechanik auf U- und V-förmige Kerben mit beliebigem Öffnungswinkel, Abmessungen und Kerbbodenradius (kurz LENM oder lineare elastische Kerbmechanik) darstellt.

Mechanische Eigenschaften von duktilem Gusseisen nach längerer Einwirkung hoher Temperaturen

Autoren: Alessandro Morri, Lorella Ceschini, Stefania Toschi, Stefano Masaggia

  • Department of Industrial Engineering, University of Bologna
  • Department of Civil, Chemical, Environmental, and Material Engineering, University of Bologna
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

JOURNAL: Journal of materials engineering and performance

4. März 2019

Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) wird häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt. Ihre Verwendung ist jedoch häufig auf Komponenten beschränkt, die bei Raumtemperatur betrieben werden, da eine längere Einwirkung hoher Temperaturen zur Zersetzung von Ausferrit und Perlit und damit zu einer Verringerung der Festigkeit führen kann. In diesem Artikel wurden die Auswirkungen einer längeren Einwirkung hoher Temperaturen auf die Mikrostruktur und die Restfestigkeit von Gusseisen mit Kugelgraphit mit unterschiedlicher Matrix nach isothermer Dauerhaftigkeit bei Temperaturen zwischen 200 und 600 °C untersucht. Mikrostrukturanalysen haben gezeigt, dass eine langfristige Einwirkung von Temperaturen über 500 °C zur vollständigen Zersetzung der Mikrostrukturen der ausferritischen und perlitischen Matrix führt, während Härtetests gezeigt haben, dass die Härte für den perlitisches Gusseisen mit Kugelgraphit bis zu 500 °C, bis 450–500 °C für ausferritischen Sphäroguss und bis zu 400–450 °C für perferritisches Gusseisen stabil ist. Eine 240-stündige Einwirkung von 500 °C führt zu einer Verringerung der Zugfestigkeit von IDI und ADI um 10 bzw. 25 % (für beide Zugversuche bei Raumtemperatur und bei 500 °C), während es keine signifikanten Auswirkungen auf perlitisches Gusseisen hat.

Vergleich des Ermüdungsverhaltens bei niedrigen und mittleren Lastzyklen zwischen ferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit, perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit, perferritsches Gusseisen und zwischenstufenvergütetes Gusseisen mit Kugelgraphit

Autoren: G. Meneghetti, M. Ricotta, S. Masaggia, B. Atzori

  • University of Padova Department of Industrial Engineering
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

JOURNAL: Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures – FFEMS

18. März 2013

In dieser Arbeit wird das Ermüdungsverhalten einiger Gusseisen mit Kugelgraphit für strukturelle Anwendungen unter Bezugnahme auf die Ermüdungslebensdauer beschrieben, ausgedrückt in Form von Verformung im Vergleich zu Zyklen, Spannung im Vergleich zu Zyklen und stabilisierten zyklischen Kurven. Es wurden verformungskontrollierte axiale Ermüdungsversuche an ferritischen, perlitischen, perferritischem und zwischenstufenvergüteten Gusseisen mit Kugelgraphit durchgeführt. Zu Vergleichszwecken wurden die gleichen Tests an Baustahl durchgeführt. Die experimentellen Daten wurden sowohl nach herkömmlichen Praktiken als auch nach einem kürzlich von den Autoren vorgeschlagenen Verfahren verarbeitet, um die Kompatibilitätsbedingungen zu gewährleisten. Im Gegenteil: Bei Anwendung der herkömmlichen Praktiken sind die Kompatibilitätsbedingungen nur annähernd erfüllt. Abschließend werden die Ergebnisse experimenteller Ermüdungsversuche an unterschiedlichen Werkstoffen verglichen und im Hinblick auf die Anwendung auf Strukturbauteile diskutiert.

Ermüdungsbeständigkeit unterschiedlicher Lichtbogenschweißverbindungen in zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit und Stahl

Autoren: G. Meneghetti, A. Campagnolo, D. Berto, E. Pullin, S. Masaggia

  • Department of Industrial Engineering, University of Padova
  • Zanardi Fonderie Spa

JOURNAL: Welding in the World

22. Februar 2021

Heutzutage werden zunehmend verschiedene Materialklassen in derselben zusammengesetzten Struktur verwendet, um mit der Innovation und der erforderlichen hohen strukturellen Leistung Schritt zu halten. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, Strukturbauteile aus unterschiedlichen Materialien zu verbinden. Eine mögliche Lösung ist das Lichtbogenschweißen. Ungleichartige Schweißverbindungen müssen häufig Ermüdungsbelastungen standhalten; Konstruktionsnormen sehen jedoch Ermüdungsfestigkeitsklassen nur für homogene Schweißverbindungen vor. Der Zweck dieses Artikels besteht darin, das Ermüdungsverhalten unterschiedlicher Verbindungen aus zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit EN-GJS-1050 und S355J2-Stahl mit den Kategorien entsprechender homogener Schweißverbindungen aus Stahl zu vergleichen, wie in internationalen Normen und Empfehlungen empfohlen. Zu diesem Zweck wurden experimentelle Ermüdungsversuche an einer Auswahl unterschiedlicher Schweißverbindungen durchgeführt. Zunächst wurde die Mikrostruktur durch metallografische Analyse identifiziert; Es werden Mikrohärtemessungen durchgeführt und Eigenspannungsprofile mithilfe der Röntgenbeugungstechnik an einer Auswahl unterschiedlicher Schweißverbindungen ermittelt. Fehlausrichtungen wurden für alle Proben quantifiziert. Anschließend wurden experimentelle Ermüdungstests an einer ausreichenden Anzahl geschweißter Geometrien durchgeführt, die axialen oder Biegebelastungen im Schweißzustand ausgesetzt waren. Die Bruchflächen der Verbindungen wurden analysiert, um die Entstehungspunkte von Ermüdungsrissen zu identifizieren.

Die Rolle der Mikrostruktur auf das plastische Verhalten von Gusseisen mit Kugelgraphit GJS 400, hergestellt durch unterschiedliche Abkühlraten – Teil I: Mikrostruktur

Autoren: Giuliano Angella, Dario Ripamonti, Marcin Górny, Stefano Masaggia and Franco Zanardi

  • National Research Council of Italy (CNR)
  • Institute of Condensed Matter Chemistry and Technologies for Energy (ICMATE)
  • Faculty of Foundry Engineering, Department of Cast Alloys and Composites -Engineering, AGH University of Science and Technology
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

JOURNAL: MDPI

29. November 2019

Eine Reihe von Proben aus Gusseisen mit Kugelgraphit GJS 400 wurde unter Bedingungen unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeiten gegossen, um ihre mikrostrukturellen Eigenschaften zu untersuchen. Zur Beschreibung der Graphitknoten und ferritischen Körner wurden quantitative metallografische Analysen gemäß den Standards ASTM E2567-16a und ASTM E112-13 durchgeführt. Das Vorhandensein von Perlit war mit Seigerungen verbunden, die durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) beschrieben wurden. Die Ergebnisse wurden mit den Abkühlraten korreliert, die mit der MAGMASOFT-Software simuliert wurden. Diese mikrostrukturelle Charakterisierung, die die Grundlage für die Beschreibung und Modellierung der mechanischen Eigenschaften von Gusseisen mit Kugelgraphit GJS 400 bildet und Gegenstand eines zweiten Teils dieser Untersuchung ist, verdeutlicht, dass höhere Abkühlgeschwindigkeiten eine Verfeinerung der mikrostrukturellen Eigenschaften ermöglichen, wie z. B. die Anzahl der Graphitknoten und die durchschnittliche Größe der ferritischen Körner.

Die Rolle der Mikrostruktur auf das plastische Verhalten von Gusseisen mit Kugelgraphit GJS 400, hergestellt durch unterschiedliche Abkühlraten – II: Modellierung der Zugfließkurve

Autoren: Giuliano Angella, Riccardo Donnini, Dario Ripamonti, Marcin Górny, Franco Zanardi

  • National Research Council of Italy (CNR), Institute of Condensed Matter Chemistry and Technologies for Energy (ICMATE)
  • Faculty of Foundry Engineering, Department of Cast Alloys and Composites -Engineering, AGH University of Science and Technology
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

JOURNAL: MDPI

29. November 2019

Zugversuche an Gusseisen mit Kugelgraphit GJS 400 mit unterschiedlichen Mikrostrukturen, die durch vier verschiedene Abkühlraten erzeugt wurden, wurden durchgeführt, um die Relevanz der Mikrostrukturparameter für sein plastisches Verhalten zu untersuchen. Die Modellierung der Zugfließkurve erfolgte mit dem Follansbee- und Estrin-Kocks-Mecking-Ansatz, der eine explizite Korrelation zwischen dem plastischen Verhalten und einigen Mikrostrukturparametern ermöglichte. Im Modell wurden im ersten Teil der Untersuchung die ferritische Korngröße und der Volumenanteil von Perlit und Graphit als Inputs verwendet, während andere Parameter, wie die Knotenzahl und der Abstand der Perlitlamellen, vernachlässigt wurden. Das Modell stimmte bei hohen Verformungen sehr gut mit den experimentellen plastischen Fließkurven überein, während bei kleinen Verformungen eine gewisse Diskrepanz festgestellt wurde, die auf die unmittelbar nach dem Fließen auftretende Dekohäsion zwischen den Graphitknoten und der ferritischen Matrix zurückzuführen war. Daraus lässt sich schließen, dass das plastische Verhalten eines Gusseisens mit Kugelgraphit GJS 400 hauptsächlich von der ferritischen Korngröße und dem Perlitvolumenanteil abhängt, während die anderen Mikrostrukturparameter vernachlässigt werden können.

Kontaktermüdung an verzahnten Bauteilen aus zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit

Autoren: Fabian Goergen, Dieter Mevissen, Stefano Masaggia, Enrico Veneri, Jens Brimmers, Christian Brecher

  • Laboratory for Machine Tools and Production Engineering (WZL) of RWTH Aachen University
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

JOPURNAL: MDPI

20. August 2020

Zwischenstufenvergütetes Gusseisen mit (ADI) wird häufig eingesetzt, um leichte und optimierte Komponenten in Kraftübertragungen (z. B. innenliegenden Zahnrädern von Planetenträgern) zu erhalten und Stahlgussteile oder zusammengesetzte Strukturen aus Kombinationen von Gusseisen mit Kugelgraphit und Stahl zu ersetzen. In dieser Arbeit wird die Kontaktermüdung zweier ADI-Typen (ADI J/S900-8; ADI J/S1200-3) durch Disk-on-Disk-Tests untersucht. Der Kontakt von Scheibe zu Scheibe ist ein analoges Modell des Zahnkontakts und stellt die tribologischen Bedingungen an einem bestimmten Punkt der Kontaktbahn dar. Die experimentellen Ergebnisse umfassen die Lebensdauergrenze sowie das Kurzzeitermüdungsverhalten für beide ADI-Typen. Darüber hinaus werden der Lochfraßwiderstand und mikrostrukturelle Veränderungen analysiert, um das Ermüdungsverhalten von ADI tiefgreifend zu verstehen.

Phasenübergangs- und Mikrostrukturanalyse von perferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit (IDI)

Autoren: Martin Landesberger, Robert Koos, Maximilian Erber, Matteo Pernumian, Stefano Masaggia, Markus Hoelzel, Wolfram Volk

  • Technische Universität München
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

JOURNAL: International Journal of Cast Metals Research

21. Oktober 2020

Optische Analyse, Dilatometrie und Neutronendifraktrometrie werden verwendet, um Phasenübergänge in Gusseisen mit Kugelgraphit sowohl an Ort und Stelle als auch nach der Wärmebehandlung zur Herstellung von perferritischem Gusseisen (IDI) zu untersuchen. Die geeignete Glühtemperatur (Zwischenvergütung) wird anhand des Phasendiagramms und für einen bestimmten Legierungstyp ermittelt. Der Phasenübergang, der knapp oberhalb der oberen interkritischen Temperatur auftritt, wird durch Neutronenbeugung verfolgt, während Dilatometrie die Entwicklung der IDI-Mikrostruktur für Abkühlgeschwindigkeiten von 40 bis 0,125 K/s verdeutlicht. Die Ergebnisse der Dilatometrie werden im CCT-Diagramm dargestellt und durch metallografische Untersuchungen weiter analysiert. Ein weiteres farbiges metallographisches Ätzverfahren ist die Grundlage für die Diskussion der Perlit-/Ferritbildung. Die Anwesenheit von 2 Vol.-% Ferrit reichte aus, um die typische Mikrostruktur des IDI zu erhalten. Abschließend wurden auch der Volumenanteil und die Kristallstruktur von Zementit analysiert. Die Gitterkonstanten von Ferrit und Zementit sind unabhängig von der erhaltenen Mikrostruktur.

Abschätzung der Ermüdungsgrenze von Bauteilen aus zwischenstufenvergüteten Gusseisen mit Kugelgraphit, geschwächt durch eine V-Kerbe.

Autoren: Giovanni Meneghetti, Stefano Masaggia

  • University of Padova, Department of Industrial Engineering
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

2012

Zur Abschätzung der Ermüdungsgrenze bei V-förmigen Kerben wurde ein zuvor in der Literatur veröffentlichtes Ermüdungsberechnungsverfahren angewendet. Wenn sich der Radius an der Kerbspitze sehr kleinen Werten nähert, basiert das Modell auf dem Modus Kerbspannungsintensitätsfaktor. Wenn der Radius an der Kerbenspitze hingegen groß ist, ist der Ansatz der klassischen Mechanik auf der Grundlage des linearen elastischen Spannungskonzentrationsfaktors anwendbar. Mit dem resultierenden Planungsinstrument kann jede Art von Kerbgeometrie bewertet werden, d. h. U-förmig, V-förmig und mit jeder Größe und jedem Radius an der Kerbspitze. Als Sonderfall ist der bekannte Skalierungseffekt des für Risse gültigen Kitagawa-Takahashi-Diagramms enthalten. Das Ermüdungsberechnungsmodell erfordert zwei Materialparameter, nämlich die glatte Ermüdungsgrenze und den Schwellenwert der Variation des Spannungsintensivierungsfaktors für lange Risse. Das vorgeschlagene Verfahren zur Ermüdungsbemessung wurde angewendet, um die Ermüdungsgrenze runder Proben und eines Zahnrads aus zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit ADI 1050 abzuschätzen. Sowohl die Proben als auch die Zahnräder zeichneten sich durch das Vorhandensein einer V-förmigen Kerbe mit einem Kerbenöffnungswinkel von 120° aus. Es wurde festgestellt, dass die theoretischen Schätzungen ziemlich gut mit den Ergebnissen des experimentellen Ermüdungstests übereinstimmten.

Leichte, geräuscharme Radkörper aus zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit

Autoren: Andrea Bracciali, Stefano Masaggia, Gianluca Megna, Enrico Veneri

  • Department of Industrial Engineering, Università di Firenze
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

2019

Monoblockräder sind aufgrund ihres geringen Gewichts, der einfachen Wartung und der unkomplizierten Zulassungsverfahren die erste Wahl aller Hersteller und Systembetreiber (Züge und U-Bahnen). Wenn man jedoch bedenkt, dass Scheibenbremsen heutzutage in fast allen Fahrzeugen zum Einsatz kommen, könnten Gummiräder in manchen Situationen wieder konkurrenzfähig sein, sofern eine entsprechende Neuplanung durchgeführt wird. Sowohl Radkörper als auch Reifen können unterschiedlich hergestellt werden, um kritische Merkmale ihres veralteten Designs zu beseitigen. Materialien und Formen können so verwaltet werden, dass sowohl Masse als auch Wartung optimiert werden. Diese Arbeit beschreibt den Entwurfsprozess neuer Radkörper aus zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) für einen Dieseltriebzug (DMU) unter besonderer Berücksichtigung von Gusssimulationen und der Bewertung der statischen und Ermüdungsbeständigkeit. Darüber hinaus werden die mechanischen Eigenschaften von ADI hinzugefügt und mit denen von Stählen verglichen, die normalerweise für Eisenbahnräder verwendet werden.

Neuklassifizierung der Güten von Gusseisen mit Kugelgraphit basierend auf Planungsanforderungen

Autoren: Franco Zanardi, Carlo Mapelli, Silvia Barella

  • Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano
  • Zanardi Fonderie S.p.A.

JOURNAL: International Journal of Metalcasting – Springer

2019

Die Klassifizierung der Qualitäten innerhalb einer Materialfamilie sollte auf den in den Konstruktionsverfahren geforderten Eigenschaften basieren. Dieses Dokument schlägt eine Neuklassifizierung der Güten von ferritisch-perlitischem und zwischenstufenvertütetem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) basierend auf der Streckgrenze Rp0,2 (Streckgrenze YS), dem Festigkeitsverhältnis Rm/Rp0,2 (Festigkeitsverhältnis SR) und der Bruchdehnung A5 (Dehnung) vor am Bruch EF). Tatsächlich sind diese Parameter für die statische Bewertung nach den Richtlinien FKM und BS 7910 grundlegend: 2005. Als aussagekräftigster Nachweis für die Klassifizierung des Werkstoffes wird hier der statische Nachweis bei Raumtemperatur vorgeschlagen, der die plastische Verformung in Abhängigkeit von der Dicke und der Triaxialität des Spannungszustandes berücksichtigt. Alle anderen Eigenschaften (z. B. Ermüdung unter zyklischer Belastung, hohe Dehnungsgeschwindigkeiten und Temperatureinfluss usw.) sollten unter Bezugnahme auf die oben genannte Klassifizierung angegeben werden. SR und EF steuern die plastische Verformung am Kerbscheitel, wo die maximale elastisch berechnete Spannung umverteilt wird. Der Mindestwert von Rp0,2 wird üblicherweise als Basisparameter für die statische und zyklische Lastauslegung verwendet. Aufgrund der umgekehrten Beziehung zwischen Festigkeit und Duktilität sollten die Brinell-Härtekontrolle und der Materialqualitätsindex als Instrumente zur Kontrolle der Materialqualität eingesetzt werden, um eine zu geringe Bruchdehnung zu verhindern. Die Bruchfestigkeit und ihr Zusammenhang mit der Streckgrenze sollten berücksichtigt werden, um Sprödbrüche aufgrund möglicher Defekte zu verhindern. Die Definitionen der Bruchzähigkeit und die verfügbaren Daten stimmen nicht ausreichend überein, um einen korrekten Vergleich zwischen verschiedenen Materialqualitäten zu ermöglichen. Eine indirekte Abschätzung der Zähigkeit erfolgt anhand des Ergebnisses des Charpy-Tests (1).

Wissenschaftliche Veröffentlichungen über Gusseisen

Kinetische Phasenumwandlung in zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) in Abhängigkeit vom Mo-Gehalt

Autoren: Martin Landesberger, Robert Koos, Michael Hofmann, Xiaohu Li, Torben Boll, Winfried Petry and Wolfram Volk

  • Technical University of Munich
  • Institut für Angewandte Materialien—Werkstoffkunde (IAM-WK), Karlsruhe Institute of Technology

JOURNAL: MDPI

26. August 2020

Die ausferritische Umwandlung bei der ADI-Wärmebehandlung kann durch das Legierungselement Mo (Molybdän) maßgeblich beeinflusst werden. Mittels Neutronenbeugung wird die Phasenumwandlung von Austenit zu Ausferrit während der Wärmebehandlung an Ort und Stelle überwacht. Darüber hinaus wird die Kohlenstoffanreicherung des Restaustenits untersucht. Die Ergebnisse der Neutronenbeugung werden mit den Messungen aus dilatometrischen Tests verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass dilatometrische Daten für die Untersuchung der Ausferritbildung nur begrenzt nützlich sind. Sie ermöglichen es jedoch, den Zeitpunkt der maximalen Kohlenstoffanreicherung im Restaustenit zu ermitteln. Darüber hinaus wurde die ausferritische Umwandlung mit metallographischen Methoden untersucht. Abschließend wird die Verteilung der Legierungselemente in der Nähe der Austenit/Ferrit-Grenzfläche durch Messungen der Atomsondentomographie (APT) gezeigt. Kohlenstoff und Mangan werden innerhalb der Grenzfläche angereichert, während die Konzentration von Silizium verringert wird. Die Konzentration von Molybdän im Ferrit, an der Grenzfläche und im Austenit bleibt auf dem gleichen Niveau. Die durch Mo verursachte Verzögerung des Austenitzerfalls während der Reaktion der Stufe II wird im Detail bei 400 °C für das Ausgangsmaterial sowie im Fall von Zusätzen von 0,25 % und 0,50 Gew.-% Mo untersucht.

Einfluss der rauen Oberfläche auf die Ermüdungseigenschaften von Gusseisen mit verdichtetem Graphit

Autoren: S. Boonmee, D. Stefanescu

JOURNAL: International Journal of metalcasting – Springer

2013

Frühere Studien haben gezeigt, dass die raue Oberfläche zu einer Verringerung der Ermüdungsfestigkeit von Gusseisen mit verdichtetem Graphit führt. Die raue Oberfläche hat einen wichtigen Einfluss auf die Ermüdungseigenschaften des Materials. In diesem Dokument werden die Auswirkungen der Nodularität (15, 30 und 40 %) und der Oberflächenbeschaffenheit einer Gussprobe (roh, bearbeitet und sandgestrahlt) auf die Biegewechselfestigkeit eines Gusseisens mit verdichtetem Graphit untersucht. Ein Oberflächenermüdungskoeffizient wurde als Verhältnis der Ermüdungsgrenze zwischen dem Rohgussstück und dem bearbeiteten Gussstück definiert. Es wurde festgestellt, dass der Oberflächenermüdungskoeffizient von 0,68 auf 0,85 anstieg, wenn die Nodularität von 40 % auf 15 % abnahm. An Proben mit einer Nodularität von 15 % zeigte sich, dass das Oberflächensandstrahlen zu einer Verbesserung der Ermüdungsgrenze führt und den Effekt der rauen Oberfläche minimiert. Die Wirkung des Sandstrahlens auf eine unbehandelte Probe führte zu einer Erhöhung der Ermüdungsgrenze um 42,5 %. Die metallografische Untersuchung ergab eine deutliche plastische Verformung der mit Sandstrahlung nachbehandelten Oberfläche. Der Mikrohärtetest ergab, dass die Tiefe der kaltverfestigten Schicht nach dem erneuten Sandsrahlen etwa 0,8 mm (0,031 Zoll) beträgt.

Zwischenvergütung von interkritisch zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit

Autoren: Ricardo Aristizabal-Sierra, Kathy Hayrynen, Robin Foley, John Griffin, Charles Andrew Monroe

Conference: 118th Metalcasting Congress

JOURNAL: American Foundry Society

2014

Die gradierten Röhrchen aus IADI wurden mit Dicken von 0,6 Zoll (1,6 cm), 1 Zoll (2,5 cm) bzw. 2 Zoll (5,1 cm) unter Verwendung eines „niedrig legierten“ Gusseisens (Cu = 0,7 Gew.-%) und eines „hochlegierten“ Gusseisens (Cu = 0,7 Gew.-%, Ni = 0,7 Gew.-%) hergestellt. Für jede Legierung wurden zwei unterschiedliche interkritische Zwischenvergütungstemperaturen getestet. In keinem der 0,6 Zoll (1,6 cm) dicken Abschnitte wurden Spuren von Perlit festgestellt. In der 1 Zoll (2,5 cm) großen Probe wurde mit der stark legierten Lösung kein Perlit nachgewiesen, während in den beiden niedrig legierten Proben eine kleine Menge Perlit gefunden wurde. In einem der 2 Zoll (5,1 cm) großen Abschnitte war eine signifikante Anwesenheit von Perlit unter allen getesteten Bedingungen gefunden. Das Vorhandensein von Ferrit nimmt zu, wenn die Zwischenvergütungstemperatur sinkt und die Dicke zunimmt. Die Zugfestigkeit von Proben auseiner Dicke von 0,6 Zoll (1,6 cm) ist höher als die von Proben mit aus anderen Dicken. Eine in den dickeren Abschnitten erhaltene grobe raue Struktur führt zu einer Verschlechterung der Eigenschaften, aber auch die Grenzen der Zwischenvergütung der Proben tragen zu diesen Unterschieden bei.

Gusseisen mit Kugelgraphit: Geschichte und Anwendung

Autor: Andrew Ruble

Department of Materials Science & Engineering University of Washington

Das Modul führt in das Thema Gusseisen und seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten ein. Gusseisen besteht wie Stahl hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff. Die chemische Zusammensetzung von Gusseisen mit Kugelgraphit liegt jedoch bei etwa 4 % Kohlenstoff, und zusammen mit Silizium zwischen 1 und 3 % beeinflusst es erheblich die Mikrostruktur von Eisen und Kohlenstoff und bestimmt stattdessen die Bildung von Graphit, einer kristallinen Form von Kohlenstoff, anstatt von Zementit (Fe3C). Gusseisen lässt sich in einige Hauptgruppen einteilen, von denen drei in diesem Modul behandelt werden: Grauguss mit Lamellengraphit, Sphäroguss mit Kugelgraphit und Gusseisen mit verdichtetem oder Vermiculargraphit (vermiculiförmigem Graphit, daher der Name). Die Diskussion der Eigenschaften wird von Testaktivitäten begleitet, die die dämpfenden Eigenschaften von Gusseisen demonstrieren.

Der Mikromechanismus der Schädigung an der Rissspitze in perlitischem Sphäroguss

Autoren: Francesco Iacoviello, Vittorio Di Cocco, Mauro Cavallini

JOURNAL: Frattura ed Integrità Strutturale

24. Juni 2014

In den letzten Jahren wurden die Mikromechanismen der Schädigung von Gusseisen mit Kugelgraphit umfassend untersucht: Die Mikrostruktur von Gusseisen mit Kugelgraphit (von ferritisch-perlitisch bis zwischenvergütet), die Morphologie von Graphit (Form, Größe und Verteilung) und die Belastungsbedingungen waren die untersuchten Hauptparameter. Unter Berücksichtigung der Rolle, die Graphitknoten spielen, betrachtete man diese als einfache Hohlräume, die in eine Metallmatrix eingebettet sind. Tatsächlich haben neuere Analysen gezeigt, dass ihre Rolle bei der Entstehung von Schäden an Gusseisen mit Kugelgraphit komplexer ist und von der Mikrostruktur der Matrix beeinflusst wird. In dieser Arbeit wird der Mikromechanismus der Beschädigung an der Spitze eines Risses in einem perlitischen Gusseisen mit Kugelgraphit untersucht, wobei sowohl Ermüdung als auch die Auswirkungen von Überlastungen berücksichtigt werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Wechselwirkung zwischen dem Riss und der untersuchten Mikrostruktur (perlitische Matrix und Graphitknoten) liegt. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen wird die Anwendbarkeit von ASTM E399 zur Charakterisierung des Widerstands gegen die Ausbreitung von Ermüdungsrissen in perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit auf kritische Weise erneut analysiert.

Messungen an Ort und Stelle der kinetischen Phasenumwandlung in zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit

Autoren: Leopold Meier, Michael Hofmann, Patrick Saal, Wolfram Volk, Hartmut Hoffmann

Technische Universität München

JOURNAL: ScienceDirect – Elsevier

10. September 2013

Ein zwischenstufenvergütetes Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI) mit 0,42 % Mn und 0,72 % Kupfer wurde mittels eines experimentellen Systems namens „Spiegelofen“ behandelt und die Phasenübergänge wurden „an Ort und Stelle“ durch Neutronenbeugung untersucht. Die Wärmebehandlung umfasst eine Zwischenvergütungsphase bei 920 °C und eine isotherme Zwischenvergütungsphase bei 400 °C, 350 °C bzw. 300 °C. Aufgrund des Wachstums von Nadelferrit nimmt der Austenitgehalt bei allen Temperaturen in den ersten 15–20 Minuten schnell ab und erreicht nach 35 Minuten (400 °C) und nach 80 Minuten (300 °C) eine stabile Ebene. Der Kohlenstoffgehalt im Restaustenit, der durch Analyse der Änderung der Gitterkonstanten überwacht und charakterisiert wurde, steigt auf bis zu 1,6 Gew.-%. aufgrund der Umverteilung des neu gebildeten Ferrits. Während einerseits bei höheren Zwischenvergütungstemperaturen das Beschriebene nahezu parallel zur Phasenumwandlung abläuft, ist bei 300 °C die Umverteilung des Kohlenstoffs im Austenit deutlich verzögert. Darüber hinaus zeigten die aus der Neutronenbeugung gewonnenen Daten eine Aximetrie in der Spitze des Austenits während der Zwischenvergütungsphase, die auf die anschließende Phasenumwandlung zurückzuführen ist. Dieses Ergebnis ist auf das vorübergehende Vorhandensein von zwei Austenitfraktionen zurückzuführen, einer anfänglichen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und einer angereicherten mit hohem Kohlenstoffgehalt.

Characterization and Design of Enhanced Ductile Irons

Autoren: Dr.-Ing. Martin Landesberger

UNIVERSITA‘: Technische Universität München

15. Juni 2022

Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Zeit als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität München. Sie reiht sich thematisch ein in die Dissertationen von Herrn Dr.-Ing. Leopold Meier und Herrn Dr.-Ing. Patrick Saal, die sich ebenfalls mit der Wärmebehandlung von Gusseisen am Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen beschäftigt haben. Sie haben den Grundstein für das von der DFG geförderte Projekt gelegt, aus dem die se Arbeit entstand. Besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk, Ordinarius des Lehrstuhls für Umformtechnik und Gießereiwesen der TUM, für die Freiheit und das Vertrauen ein sehr materialwissenschaftliches geprägtes Thema bearbeiten zu dürfen. Frau Prof. Dr.-Ing. Babette Tonn, Ordinaria für Gießereitechnik am Institut für Metallurgie der Technischen Universität Clausthal, möchte ich für die Übernahme des Koreferats ebenso meinen herzlichen Dank aussprechen, wie Herrn Professor Dr. Peter Mayr, Ordinarius des Lehrstuhls für Werkstofftechnik der Additiven Fertigung der TUM, für den Vorsitz der Prüfungskommission. Den Angestellten des Lehrstuhls für Umformtechnik und Gießereiwesen Frau Corinna Sutter, Frau Brigitte Resch, Frau Stefanie Prauser, Frau Marina Ziller, Herrn Marco Olbrich-Baier, Herrn Andreas Fuhrmann und Herrn Tim Schönstädt ein großes „Vergelt’s Gott“ für die tatkräftige Unterstützung in allen technischen und organisatorischen Belangen. Neben der ganzen Hektik und intensiven Phasen, die ein Promotionsvorhaben zwischendurch mit sich bringt, darf ich auf eine große Zahl schöner Stunden am Lehrstuhl mit vielen herzli chen und interessanten Begegnungen blicken. So danke ich stellvertretend für alle Freunde und Wegbegleiter meinen Bürokollegen, Herrn Dr.-Ing. Manuel Pintore, Herrn Dr.-Ing. Tim Mittler und Herrn Simon Kammerloher für die stets gute Stimmung und den wertvollen Austausch. Ein lieber Dank sei auch den Kollegen vom Forschungsreaktor FRM II ausgesprochen, insbesondere Herrn Dr. rer. nat. Michael Hofmann, der für diese Arbeit mit Rat und Tat zur Seite stand. Ganz besonderer Dank gilt aber vor allen anderen meinen Eltern und meiner ganzen Familie, von der ich zu jeder Zeit bedingungslose Unterstützung erfahren habe und denen diese Arbeit gewidmet ist.

Dissertationen bei Zanardi Fonderie SpA

Rollreibungsverhalten von ADI, IDI und 42CrMo4 QT+Ni

Student: Giuliari

2013

In diesem Bericht wird das trockene Rollreibungsverhalten von ausferritischem Gusseisen (ADI) untersucht. Die Studie bezieht sich auf sechs Arten von Gusseisen und einen nitrierten Stahl – als Vergleichsmaterial -, Materialien, die vom Unternehmen Zanardi Fonderie S.p.A. Hergestellt werden. Die Studie des Rollreibungsverhaltens zielt darauf ab, tribologische Schäden zu simulieren, die in verschiedenen Systemen wie Zahnrädern und Nocken-Stößel-Systemen auftreten. Das Trockenverhalten wird untersucht, um die Rolle der Mikrostruktur besser analysieren zu können. Es werden zwischenstufenvergütete Gusseisen mit Kugelgraphit verwendet, da diese häufig in tribologischen Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere bei solchen mit einem Gegenelement des gleichen Typs aus Stahl oder Kupferlegierungen. Gusseisen und Stahl werden Rollreibungstest (10 % Reibung) in der Scheiben-auf-Scheibe-Konfiguration mit einem Amsler-Tribometer unterzogen. Auf diese Weise ist es möglich, die Verschleißkurve zu erstellen und so die Leistung der verschiedenen untersuchten Materialien zu vergleichen. Darüber hinaus wird bei jedem Test die Entwicklung des Reibungskoeffizienten aufgezeichnet, um den Einfluss des Graphits zu verstehen und das mögliche Vorhandensein von Übergängen im Verschleißmechanismus festzustellen. Um die erhaltenen Ergebnisse zu interpretieren, wurden die abgenutzten Proben einer metallografischen Untersuchung unterzogen, um die Entwicklung der Oberflächenschäden besser zu charakterisieren. Hierzu wurden die Verschleißspuren mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops beobachtet und durch Beobachtungen mit einem Lichtmikroskop an Schnitten, die senkrecht zur Verschleißspur aufgenommen wurden, ist es möglich, das mögliche Auftreten von Rissen und ihre Rolle zu verstehen.

Dialometrische Untersuchung der Behandlung der Zwischenstufenvergütung von Gusseisen mit Kugelgraphit

Student: Marco dal Molin

Universität: Università degli studi di Trento

Tutoren: Straffellini Giovanni e Pellizzari Massimo

2013

Im industriellen Bereich stellt Gusseisen einen der am häufigsten verwendeten metallischen Werkstoffe dar, insbesondere für die Herstellung von Gussteilen für die mechanische Industrie. Der langjährige Erfolg dieses Werkstoffs ist auf seine hervorragende Gießbarkeit zurückzuführen, die ihn besonders für klassische Gussverfahren wie beispielsweise das Verfahren mit Sand geeignet macht, mit dem sich auch große Bauteile problemlos herstellen lassen. Allerdings gilt Gusseisen seit jeher als „primitiver“ Werkstoff, der nur für Anwendungen geeignet ist, bei denen keine besonders hohen mechanischen Eigenschaften erforderlich sind oder bei denen die typischen Belastungen während des Gebrauchs begrenzt sind. In der Tat enthält Gusseisen Graphitpartikel, die den Sprödbruch begünstigen; Daher können alle plastischen Verformungsverfahren wie Schmieden und Walzen, die durch Kaltverfestigung eine Verstärkung des Werkstoffs erzeugen, nicht angewendet werden. Es ist nicht einmal möglich, die mit der plastischen Verformung verbundenen Rekristallisationsprozesse auszunutzen, die eine Veränderung der metallischen Matrix des Materials ermöglichen würden; Stattdessen verbleibt eine Erstarrungsstruktur, die durch das unvermeidliche Vorhandensein von Seigerungen der Legierungselemente und Inhomogenitäten gekennzeichnet ist, die die endgültigen Eigenschaften beeinflussen. Die einzige Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften eines Gusseisengusses zu verbessern, besteht daher weiterhin in Wärmebehandlungen zur Veränderung der Mikrostruktur der Matrix. Insbesondere die Behandlung der Zwischenstufenvergütung erweist sich aufgrund der hervorragenden mechanischen Eigenschaften, die erzielt werden können, als eines der interessantesten Verfahren. Tatsächlich werden durch die Keimbildung einer Mischstruktur aus Bainit und Restaustenit sehr hohe Zugfestigkeitswerte in Kombination mit einer guten Zähigkeit des Materials erreicht.

Bestimmung des Zwischenstufenvergütungs-Prozessfensters von zwischenstufenvergütetme Gusseisen mit Kugelgraphit bei variierendem Siliziumgehalt

Student: Montanari Andrea

Universität: Università degli studi di Padova (DTG)

Tutoren: Chiar.mo Prof. Franco Bonollo

Tutoren Zanardi Fonderie: Federico Vettore

2015

Die hier vorgestellte Diplomarbeit, die in Zusammenarbeit mit Zanardi Fonderie S.p.A. ausgearbeitet wurde, betrifft eine mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung von drei Arten von Gusseisen mit Kugelgraphit, die sich hauptsächlich durch einen unterschiedlichen Siliziumgehalt unterscheiden und einer Wärmebehandlung der Zwischenstufenvergütung zur Maximierung der Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften unterzogen wurden . Das Ziel der Forschung bestand daher darin, die Auswirkungen einer bestimmten Wärmebehandlung auf die Mikrostruktur und die erreichbaren mechanischen Eigenschaften nach einer industrieähnlichen Methode zu bewerten, um das sogenannte optimale Prozessfenster zu ermitteln, das die Leistung des Materials für die Herstellung einer relativ neuen Materialfamilie namens ADI-Gusseisen maximiert. Zu diesem Zweck wurde daher der Einfluss der Temperaturen und Zeiten der Austenitisierungs- und Zwischenstufenvergütungs-Phasen und deren Einfluss auf die Ausbildung des ausferritischen Gefüges bewertet; Anschließend wurden die quantitativen Mikrostrukturdaten mit den Ergebnissen der mechanischen Tests abgeglichen, um zu überprüfen, für welche Prozessparameter sich der beste Kompromiss zwischen Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften ergibt.

Einfluss längerer Temperaturbeibehaltung auf die Mikrostruktur und das mechanische Verhalten von Hochleistungsgusseisen

Student: Valentina Catellani

Universität: Università di Bologna

Tutoren: Chiar.mo Prof. Alessandro Morri

Tutoren Zanardi Fonderie: Ing. Stefano Masaggia

2017

„Gusseisen sind Materialien, die in verschiedenen Sektoren verwendet und in sehr unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden, von der Architektur über Hydraulik und Pneumatik bis hin zu Werkzeugmaschinen und der Automobilindustrie. Insbesondere Gusseisen mit Kugelgraphit zeichnet sich durch bessere mechanische Eigenschaften als andere Gusseisenklassen, gute Duktilität, Ermüdungsbeständigkeit und Belastbarkeit sowie hervorragende Gießbarkeit und Fließfähigkeit aus. Obwohl diese Gusseisen derzeit auch für Temperaturanwendungen und für Anwendungen verwendet werden, die eine hohe Beständigkeit gegen Temperaturschocks erfordern, sind die in der Literatur verfügbaren Daten zu ihrem mechanischen Verhalten nach längerer Einwirkung hoher Temperaturen äußerst spärlich und unsystematisch. Dies schränkt ihre Verbreitung in Anwendungen ein, in denen Gusseisenmit Kugelgraphit gehärtete und vergütete Stähle ersetzen könnte. Das Ziel der Diplomarbeit bestand daher darin, die Auswirkung der Einwirkung hoher Temperaturen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von vier Arten von Gusseisen mit Kugelgraphit zu bewerten, das von der Fonderie Zanardi hergestellt wird. Bei den untersuchten Werkstoffen handelt es sich um zwischenstufenvergütetes Gusseisen mit Kugelgraphit (ADI 1050), Sphäroguss mit perlitischer Matrix (GJS/800-2), perferritisches Gusseisen (IDI 800) und ferritischen Sphäroguss (GJS/400-18). Aus diesem Grund wurden die Gusseisen nach kontrolliertem Abbau im Ofen Härtemessungen und Zugversuchen sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 500 °C sowie einer vollständigen mikrostrukturellen Charakterisierung mittels optischer Mikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie unterzogen. Die gewonnenen Daten wurden unter Berücksichtigung der Ergebnisse vorangegangener wissenschaftlicher Experimente aufbereitet und kommentiert.“

Entwicklung lokaler Ansätze zur Abschätzung der Ermüdungslebensdauer unterschiedlicher ungleicher Schweißverbindungen aus zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit und Stahl

Student: Elena Pullin

Universität: Università degli Studi di Padova

Tutoren: Prof. Giovanni Meneghetti

Tutoren Zanardi Fonderie: Ing. Stefano Masaggia

13. Dezember 2019

Um mit der Innovation und den immer höheren Leistungsanforderungen der Produkte Schritt zu halten, werden heutzutage immer mehr Materialien verschiedener Klassen in derselben Struktur verwendet. Dabei müssen Bauteile aus unterschiedlichen Materialien miteinander verbunden werden; Eine mögliche Lösung bietet das Lichtbogenschweißen. Da die unterschiedlichen Schweißverbindungen im Einsatz zyklischen Belastungen standhalten müssen, zielt die vorliegende Arbeit darauf ab, das Ermüdungsverhalten von Hybridverbindungen aus zwischenstufenvergütetem Gusseisen mit Kugelgraphit und S355J2-Stahl mit den entsprechenden homogenen Schweißverbindungen aus Stahl in Abhängigkeit von internationalen Standards und Empfehlungen zu vergleichen. Zunächst wurden an einer Auswahl von Verbindungen metallografische Analysen, Mikrohärtemessungen und Eigenspannungsmessungen durchgeführt. Winkel- und lineare Fehlausrichtungen wurden für alle Proben quantifiziert. Anschließend wurden experimentelle Ermüdungstests zur Auswahl unterschiedlicher Schweißverbindungen durchgeführt. Abschließend wurden die experimentellen Daten im Hinblick auf lokale Ansätze erneut analysiert, um Spannungskonzentrationen explizit zu berücksichtigen und ein Höchstmaß an Genauigkeit für die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit geschweißter Strukturen zu gewährleisten.