Versagensmechanismen in mischkristallverfestigtem Gusseisen mit Kugelgraphit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann; Professor Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459577017

Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) ist ein bewährter Werkstoff, der durch hervorragende Gießeigenschaften, eine hohe Recyclingquote und geringe Kosten bei gleichzeitig besten mechanischen Eigenschaften hervorsticht, weshalb er in zahlreichen Anwendungsfeldern zum Einsatz kommt. Neben den konventionellen Güten, weisen die neu entwickelten, mit Silizium mischkristallverfestigten Sorten ein hohes Potential auf, um die Festigkeit bei gleichzeitig hoher Bruchdehnung weiter zu steigern. Schmiedebauteile können substituiert und mit mischkristallverfestigtem Gusseisen ressourcensparender und effizienter hergestellt werden. Dennoch schrecken Konstrukteure bisher vor Anwendungen zurück, da mischkristallverfestigtes Gusseisen temperatur- und lastfallabhängig unvorhersehbar sprödes Bruchverhalten aufweisen kann. Die eigenen Vorarbeiten zu diesem Projektantrag haben gezeigt, dass dies insbesondere mit der Bildung einer B2-Überstruktur zusammenhängt, die bei erhöhten Siliziumgehalten vermehrt im ferritischen Matrixgefüge zu beobachten ist.In diesem Forschungsvorhaben soll die örtliche Verteilung der Überstruktur im ferritischen Matrixgefüge sowie ihr Einfluss auf Versagensmechanismen und das Bruchverhalten grundlegend untersucht und erklärt werden. Dafür soll der Siliziumgehalt in Stufen variiert werden, da die Überstrukturbildung im Wesentlichen vom Siliziumgradienten abhängt, der sich während der Erstarrung in der austenitischen Matrix um eine Graphitkugel ausbildet. Zudem soll untersucht werden, welchen Einfluss die gezielte Reduzierung des Siliziumgradienten durch Zugabe von Legierungselementen wie z. B. Aluminium auf die Überstrukturbildung hat. Um die so experimentell gewonnen Erkenntnisse für die weitere werkstofftechnische Entwicklung nutzbar zu machen, werden Methoden der numerischen Simulation zur Erstellung eines Gefügemodells genutzt, in dem der Einfluss der metallurgischen Gradienten im Gefüge auf die Versagensmechanismen unter mechanischer Beanspruchung abgebildet und prognostiziert werden kann. Ziel des integrativen simulationstechnischen Ansatzes ist es, die Wirkungskette Prozess - Gefüge - Eigenschaften unter Einbeziehung lokaler metallurgischer Gradienten für Gusseisen erstmals abzubilden und für zukünftige Entwicklungen nutzbar zu machen. Durch die Zusammenführung der Expertise der zwei Forschungsstellen in diesem Projektvorhaben wird ein Meilenstein in der weiteren Entwicklung von Gusseisenwerkstoffen erreicht, was einen deutlichen methodischen Know-How Vorsprung gegenüber dem heutigen Stand verspricht und zukünftige anwendungsbezogene hochfeste Gusseisenentwicklungen bei gleichzeitig hoher Bruchzähigkeit zulässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen