Betriebsfestigkeitsnachweis von ADI-Gussbauteilen

Untersuchung von ADI-Gussbauteilen auf ihre zyklische Festigkeit bei unterschiedlichen Mittelspannungen.
Austempered Ductile Iron ist ein wärmebehandeltes Gusseisen mit Kugelgraphit, das im Vergleich mit klassischem Gusseisen mit Kugelgraphit verbesserte Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften aufweist.
Auf Basis eines umfangreichen Versuchsprogramms sowie Versuchsdaten aus der Literatur wird die Schwingfestigkeit von ADI-Gussbauteilen untersucht und mit Berechnungen und Berechnungsansätzen aus der FKM-Richtlinie abgeglichen. Das Versuchsprogramm umfasst dabei unter anderem Flachbiege- und Torsionsversuche bei unterschiedlichen Mittelspannungen. Die Ergebnisse zeigen, wie auch in der Literatur bereits bekannt, dass ein Werkstoff mit höherer Zugfestigkeit nicht zwangsweise auch eine höhere Schwingfestigkeit aufweist. Dies gilt insbesondere im Bereich hoher Zugfestigkeiten. Damit ist die Vorgehensweise der FKM-Richtlinie zur Bestimmung der Werkstoff-Wechselfestigkeit auf Basis der Zugfestigkeit nicht allgemein auf ADI-Werkstoffe übertragbar. Für Faktoren der Richtlinie wie z.B. die Mittelspannungsempfindlichkeit ergibt sich jedoch eine gute Übereinstimmung.

Zur Berücksichtigung der Geometrie werden im Projekt die werkstoffmechanischen Stützzahlen unter Berücksichtigung des hochbeanspruchten Volumens genutzt. Diese liefern in weiten Teilen ebenfalls gute Übereinstimmungen mit den Versuchsergebnissen. Die durchgeführten Torsionsversuche zeigen eine deutlich geringere Schubempfindlichkeit der untersuchten Werkstoffe, als in der Richtlinie für Gusseisen mit Kugelgraphit „GJS“ angegeben ist. Die Richtlinie liegt auf der konservativen Seite, womit der Werkstoff hier noch zusätzliches Potential bietet.

Die durchgeführten Versuche unter mehrachsiger Belastung zeigen eine lebensdauerverlängernde Wirkung unter zeitlich phasenverschobener Belastung. Die Ergebnisse zeigen die Bereiche, in denen die FKM-Richtlinie anwendbar ist und wo ihre Anwendungsgrenzen für die Berechnung von ADI-Gussbauteilen liegen. Es werden Berechnungshinweise gegeben und mögliche Anpassungen für die Werkstoffgruppe ADI vorgeschlagen.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18567 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.