Ableitung von synthetischen Wöhlerlinien für Eisengusswerkstoffe

  Graphisches Vorhaben SWL EIsenguss Urheberrecht: IWM

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Daniel Trinkel © Urheberrecht: IWM

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Daniel Trinkel

Gruppe Schwingfestigkeit

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Motivation

Für eine bestmögliche Werkstoffausnutzung, von Rohstoffen und Energiereserven, muss eine optimale Bauteilauslastung gewährleistet werden.

Um den Ansprüchen gerecht zu werden, muss der Schritt der optimalen Werkstoffausnutzung schon im Konstruktionsstadium ermöglicht werden. Hierzu dienen rechnerische Auslegungskonzepte auf Basis von Werkstoffwöhlerlinien (örtliches Konzept) und Bauteilwöhlerlinien (Nennspannungskonzept). Um die Beanspruchbarkeit von Bauteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) abschätzen zu können, kommen neben Werkstoffnormen und Richtlinien auch synthetische Wöhlerlinien (SWL) zur Anwendung.

Es hat sich gezeigt, dass die vorhandenen Richtlinien und Normen den neuen GJS Werkstoffen nicht gerecht werden und sich deutliche Unterschiede zwischen experimentell und rechnerisch ermittelte Beanspruchbarkeiten ergeben.

Im Forschungsvorhaben „SWL – Eisenguss“ werden Ergebnisse erarbeitet, die hohe Relevanz für die Fachgebiete der Energietechniken, Fahrzeugtechnologien und Fertigungstechniken besitzen.

Es sollen Ergebnisse generiert werden, die eine schnelle und zuverlässige Bauteilauslegung und Leichtbau ermöglichen und so zur Reduzierung von Kosten und Ressourcen führt. Aus diesen Ergebnissen soll ein synthetisches Wöhlerlinienkonzept erarbeitet werden, welches ein sicheres Abschätzen des Ermüdungsverhaltens unter zyklischen Beanspruchung bei variierenden Einflussgrößen (Temperatur, Kerbwirkung, Gefüge) ermöglicht.

Synthetische Wöhlerlinien ermöglichen eine Lebensdauervorhersage der Bauteile ohne eigens durchgeführte Ermüdungsversuche auf der Grundlage einer statistisch gesicherten Datenbasis.

Konstruktionsbauteile können mit dem im Projekt erarbeiteten synthetischen Wöhlerlinien für GJS-Werkstoffe auf ihre zyklische Beanspruchbarkeit ausgelegt und optimiert werden. Dies führt zu einer erhöhten Ressourceneffizienz.

Kleine mittelständische Unternehmer (kmU) haben so die Möglichkeit, flexibel und zügig auf neue Werkstoffentwicklungen zu reagieren.

Zielstellung

  • Nachhaltige Erschließung des ungenutzten Werkstoffpotenzials von Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS)
  • Statisch abgesicherte Abschätzung der Werkstoff-Schwingfestigkeit und Bauteil-Lebensdauer
  • Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit kleiner mittelständischer Unternehmer (kmU)
  • Beitrag zur Entwicklung von Normen und Standards

Projektinhalte

  • Charakterisierung des quasi-statischen, zyklischen und bauteilgebundenen Werkstoffverhaltens
  • Untersuchung der Einflussgrößen der Mittelspannung, Temperatur, Kerbwirkung sowie variierter Mikrostrukturen auf die Werkstoff-beanspruchbarkeit.
  • Beanspruchungsarten: Axiallaste, Torsion, Biegung, Innendruck
  • Werkstoffe: EN-GJS-400, EN-GJS-450, EN-GJS-500, EN-GJS-700

Projektpartner

aerodun, Ari automotives, Georg Fischer AG, Heger Guss, nCode, Senvion, IHI, Magma, Siempelkamp, MAN, Knorr-Bremse, AVL, Friedrich Wilhelms-Hütte, Rheinmetall Automotive, Frankenguss, twin, ThyssenKrupp, ZF, Enercon, iGF

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Förderung

Förderungsnummer: 19257 BG