3_werkstoff_gusseisen

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  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    1/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-1

    3 Gusseisen

    3 Gusseisen3.1 Grundlagen

    3.2 Konstruktionsstoff Gusseisen3.3 Thermisch hochbelastbares Gusseisen3.4 Anwendungsbeispiele

    Ausgewhlte Kapiteln der Werkstoffwissenschaften

    Werkstoffe der Otto- und Dieselmotoren-Einleitung

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    2/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-2

    3.1 GrundlagenMestabile und stabile Erstarrung

    Einfluss der LegierungselementeMikrostruktur

    3 Gusseisen

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    3/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-3

    00

    00

    000

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    00

    00Fe 1 2 3 4 5 6 6,67

    AH

    J

    B1493

    +olv.

    F

    F'

    K

    K'

    C

    C'

    1147EE'-vas

    +olv.

    N

    GAcm

    738

    723S

    S'O

    P'

    P

    769

    A1

    A3

    Peritektikus reakci: +olv.

    Etektikumos talakuls:

    4,3%Colv. ledeburit

    Eutektoidos talakuls:

    0,8%C perlit +Fe C (v. grafit)3

    Gusseise

    n

    3.1 Gusseisen Grundlagen

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    4/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-4

    D

    F 1420K

    (1147C)C(4,3)

    K996K

    (723C)

    5

    6

    43

    1

    2

    B

    J

    E(2,06)

    G

    P(0,025)

    S(0,8)

    2,06 - 4,3%C (E - C)

    3%C

    olvkristlyosods

    eutektikus

    folyamat

    szegregci

    2,06(E)

    2,06(E) 2,06(E)

    olv4,3(C)

    Fe C3

    Fe C3 Fe C3Fe C3

    Fe C3 Fe C3 Fe C3Fe C3 Fe C3

    II

    IIII

    II 0,8(S)0,8(S)

    0,025 0,025

    ledeburit

    ledeburit

    ledeburit

    ledeburitperlit

    olv

    s

    Fe C3 II

    Fe C3

    olvC

    olv3%

    olv3%CT = T + dT1 BC(likv)

    T = T - dT2 BC(likv)

    T = T + dT3 ECF

    T = T - dT4 ECF

    T = T + dT5 PSK

    T = T + dT6 PSK

    E

    II

    perlit perlitledeburit

    T[

    C]

    Fe

    (sol)

    (sol)

    Erstarrung im metastabilen Fe-Fe3C System

    3.1 Grundlagen metartabile und stabile Erstarrung

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    5/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-5

    2,03 - 4,25%C (E' - C')3%C

    olv

    olv kristlyosods

    eutektikus folyamat

    szegregci

    2,03(E')

    2,03(E') 2,03(E')

    olv4,25(C')

    C (grafit)

    C (gr.)C3 II 0,69(s')0,69(s')

    ledeburit

    olv

    olv3%

    3%CT = T + dT1 BC'(likv)

    12

    3

    4

    olv

    D'

    F' 1426K (1153C)C'(4,25)E'(2,03)

    56(0,025) s'(0,69)

    C

    CII

    I

    T = T + dT1 BC'

    T = T + dT3 E'C'

    T = T - dT4 BC'

    T = T + dT5 P'S'K'

    T = T - dT6 P'S'(likv)

    K' 1011K (738C)

    gr. eutektikum

    gr. eutektoid

    CII

    E'

    olvc'

    grafituseutektikum

    gr. eutektikumCII

    S'

    CIIP' CC

    gr. eutektoidgrafitos

    eutektoid

    C 0,025(P')

    Erstarrung im stabilen Fe-C System

    3.1 Grundlagen metartabile und stabile Erstarrung

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    6/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-6

    Erstarrung und Umkristallisation in Fe-Fe3C

    Sc < 1 untereutektisch, Ledeburit - Austenit

    Sc > 1 bereutektisch, Zementit-Ledeburit

    Sc = 1 eutektisch, Ledeburit

    weitere Abkhlung,

    Umwandlung Austenit in Martensit, Perlit

    weies Gusseisen graues Gusseisen Erstarrung und Umkristallisation in Fe-C

    kleine Abkhlungsgeschwindigkeit

    Sc < 1 untereutektisch, Grafit+Austenit

    Sc > 1 bereutektisch, Garschaumgrafit

    Sc = 1 eutektisch, grafitisches Eutektikum

    Grafitform Lamellen / Kugel / Vermikular

    3.1 Grundlagen metartabile und stabile Erstarrung

    Aufnahmen: SZE Werkstoffprfungszentrum, Dr. Csizmadia Ferencn

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    7/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-7

    O +

    O

    O + C

    O + Fe C

    Cr

    V

    Ti

    Si

    Ni

    CuCo

    Al

    Pt

    Mn

    Mo

    WP

    Sn

    Sb

    Mg

    C

    eutektikum

    + C

    eutektikum

    + Fe C

    T[C]

    1153

    1147

    3

    3

    E

    Wirkung der Legierungselemente

    Grauguss

    C Grafit/ZementitSi frdert stabiles System

    Impfung mit FerrosiliziumMn Entschwefelt die Schmelze

    P setzt den Schmelzpunkt herabMg Kugelgrafit

    Austenitisches Gusseisen

    Ni, Mn,Cr, Cu, Si

    austenitisches Grundgefge

    3.1 Grundlagen Einfluss der Legierungselemente

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    8/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-8

    +C

    +C

    S+

    S

    S+C

    0%Si2,4%Si

    4,8%Si

    1 2 3 4 5 6 % 7

    1600

    C

    1400

    1200

    1000

    800

    600

    Wirkung des Siliziums

    3.1 Grundlagen Einfluss der Legierungselemente

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    9/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-9

    3.1 Gusseisen Grundlagen

    5

    4

    3

    2

    10 1 2 3 4 5 6 7

    Si [%]

    I IIa II IIb III

    C[%]

    Maurer Diagramm

    Feld I weies Gusseisen Feld 1Feld II graues Gusseisen mit perlitischem Gefge Feld 2Feld III graues Gusseisen mit ferritischem Grundgefge Feld 3

    I wei

    IIa melliert

    II perlitisch

    IIb perlitisch-ferritisch

    III ferritisch

    Greiner-Klingenstein Diagramm

    1 2 3 45

    0 10 20 30 40 50 60

    Cr+Si

    0

    5

    6

    7

    % 1 wei2 melliert

    3 perlitisch

    4 perlitisch-ferritisch

    5 ferritisch

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    10/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-10

    1 2 3 4

    Anwendung von weiem Gusseisen

    Schalenhartguss

    Schalenhartguss Nockenwelle

    Nocken schnelles Abkhlen verschleifestes Ledeburit Kernbereich, Lagerstellen Graugussstruktur

    Nockenhub

    Nockenbreite

    Nockenspitze

    Nockenflanke

    Grundkreis

    3.1 Grundlagen Mikrostruktur

    Aufnahmen: SZE Werkstoffprfungszentrum, Dr. Csizmadia Ferencn

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    11/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-11

    Temperguss

    metastabiles Erstarren + Warmebehandlungweier Temperguss

    Wrmebehandlung 1000C in oxidierender Umgebung 60 100hEntkohlung am Rand (schweibar)Temperkohle im Kern (bei greren Durchmesser)vollstandige Entkohlung (bei kleinen Durchmessern)

    schwarzer TempergussWrmebehandlung in neutraler Umgebung1.Graphitiesirungsstufe 940C- 960C, 20h Austenit+Grafit2. Graphitisierungsstufe 700C - 800C langsames Khlen, Ferrit Temperkohle

    3.1 Grundlagen Mikrostruktur

    Aufnahmen: SZE Werkstoffprfungszentrum, Dr. Csizmadia Ferencn

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    12/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-12

    Graues Gusseisen

    chemische Zusammensetzung 2,5%-5% C, 0,8%-3% Si Eigenschaften = f (metallisches Grundgefge, Ausbildung des Grafits) dnnwandige Stcke feinverteiltes Grafit dickwandige Stcke erhhte GrafitausbildungImpfen mit feinkrnigem Impfmittel Ferrosilizium

    Nestergrafit Lamellengrafit

    Kugelgrafit Vermiculargrafit Lamellen,- Kugel-, Vermiculargrafit

    Zwischendendritisches Grafit

    3.1 Grundlagen Mikrostruktur

    Aufnahmen: SZE Werkstoffprfungszentrum, Dr. Csizmadia Ferencn

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    13/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-13

    Gusseisen mit Lamellemngarfit

    ungetzt x 100Lamellengrafit

    getzt x 500Lamellengrafit Perlit

    getzt x 500Lamellengrafit Perlit+Ferrit

    ungetzt x 100Lamellengrafit

    GJL C Si Mn P S2,8.. 3,9 1,0 .. 3,0 0,40 .. 0,80 0,1 .. 0,4 max. 016

    3.1 Grundlagen Mikrostruktur

    Aufnahmen: SZE Werkstoffprfungszentrum, Dr. Csizmadia Ferencn

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    14/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-14

    nvl

    max., GJL max.,GJS

    nvl

    gmbgrafit (GJS)grafitlemez (GJL)

    Lamellengrafit KerbwirkungS vermindert die OberflachenspannungEntschwefelung, Behandlung mit 0,5% Mg o. 0,5%Cr, grsste Oberflachenspannung, klenstes Volumenkompakte Grafitkugelform erhhte Festigkeit

    Modifizierung der Grafitform

    Verbesserung der mechanischen Werkstoffeigenschaften

    3.1 Grundlagen Mikrostruktur

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    15/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-15

    Gusseisen mit Kugelgrafit

    ungetzt x 100Kugelgrafit

    getzt x 500Kugelgrafit,Perlit+Ferrit

    C Si Mn P S Ni Cu Cr Mo

    perlitisch 4 1,7 ..2,8 0,25 ..0,5 0,1 0,01 (1,0 ..3,0) (0,3) (0,3) (0,3)

    ferritisch-perlitisch 4 1,7 ..2,8 0,3 0,1 0,01 0,5 (0,15) (0,1) (0,1)

    ferritisch 4 2,5 0,3 0,2 0,05 0,01 0,5

    3.1 Grundlagen Mikrostruktur

    Aufnahmen: SZE Werkstoffprfungszentrum, Dr. Csizmadia Ferencn

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    16/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-16

    Grauguss mit Vermiculargrafit

    getzt x 500Vermikulargrafit ,Ferrit

    zwischenLamellen- und Kugelgrafit Abgerundete LamellenspitzenWrmchengrafit Grundgefge berwiegend ferritisch nicht genormt

    C Si Mn P

    GGV 3,4 .. 3,8 2,0 .. 3,0 0,05 .. 0,60 0,1

    3.1 Grundlagen Mikrostruktur

    Aufnahmen: SZE Werkstoffprfungszentrum, Dr. Csizmadia Ferencn

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    17/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-17

    3.2 Konstruktionsstoff GusseisenGrauguss (Gusseisen mit Lamellengrafit) GJLSphroguss (Gusseisen mit Kugelgrafit) GJS

    Gusseisen mit Vermikulargrafit GJV

    3 Gusseisen

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    18/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-18

    Gusseisen mit Lamellengrafit - Grauguss

    in EN DIN 1561 genormtFestigkeitsklassen 100 N/mm2 - 300 N/mm2

    Festigkeit Wanddickenabhngig Lamellen wirken als innere Kerbe im Zugbereich E- Modul spannungsabhngig Grauguss ist kaum kerbunempfindlich

    geringer Einfluss der konstruktiven Formbei schwingender Beanspruchung

    hervorragendes Dmpfungsverhalten fr Gleitpaarungen gut geeignet gute Notlaufeigenschaften

    3.2 Konstruktinsstoff Gusseisen

    Gusseisen mit Kugelgrafit - Sphroguss

    in EN DIN 1563 EN DIN 1564Festigkeitsklassen 300-20 900-2 N/mm2

    verringerte Kerbwirkung des Grafits ausgeprgter Hookscher Bereich E-Modul kann 180 000 MPa erreichen Verschleissfestigkeit besser als bei GJL Korrosion-, Zunderbestndigkeit besser als GJL Dmpfungsfaktor um 2 Grssenordnung kleiner

    als GJLgute Notlaufeigenschaftendurch Vergtung erhhte Rm, A%,

    Gusseisen mit Lamellengrafit - Grauguss

    Zusammensetzung wie bei Spharoguss, Mg um 0,1% geringer nach VDG Merkblatt W50 300 N/mm2 500 N/mm2

    um 50% hhere Festigkeit als beim herkmmlichen Grauguss um 30% hheres Elastizitatsmodul

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    19/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-19

    3.2 Konstruktionsstoff Gusseisen

    C[Gewicht%] Si

    [Gewicht%] Mn

    [Gewicht%] P

    [Gewicht%] S

    [Gewwicht %]

    EN GJL 2,8 - 3,9 1,0 - 3,0 0,4 - 0,8 0,1 - 0,4 max. 0,16

    EN GJS (perlitisches Grundgefge) max. 4,0 1,7 -2,8 0,25 - 0,5 max. 0,1 max. 0,01

    EN GJS (ferrit-perlitisches Grundgefge) max. 4,0 1,7 -2,8 max. 0,3 max. 0,1 max. 0,01

    EN GJS (ferritisches Grundgefge) max. 4,0 max. 2,5 max. 0,2 max. 0,05 max. 0,01

    GJV 3,4 3,8 2,0 -3,0 0,05-0,6 max. 0,1

    E[MPa]

    [-]

    Rm[N/mm2]

    Rp0,1 /Rp0,2[N/mm2]

    A5[%]

    ny[N/mm2]

    Hk[N/mm2]

    Hk[N/mm2]

    EN GJL 250 98-123 0,26 250-350 165-228 Rp0,1 0,3-0,8 840 120 120

    GJV 450 130-170 0,27 450-550 300 Rp0,2 3 650 220 220

    EN GJS 500 7 169 0,275 500 320 Rp0,2 7 800 224 134

    EN GJS 600 3 174 0,275 600 370 Rp0,2 3 87 248 149

    EN GJS 700 2 176 0,275 700 420 Rp0,2 2 1000 280 168

    Chemische Zusammenzetzung

    bersicht mechanische Eigenschaften

    Quelle:DIN EN 1561, DIN EN 1563, DIN EN 1564

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    20/41Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-20

    3.2 Konstruktionsstoff Gusseisen

    E- Modul

    graffitabhngig fr GJL Sekantenmodul fr GJS gilt das Hooksche Gesetz

    GJL GJS

    200 400 600Zugfestigkeit [N/mm ]

    2

    180

    160

    140

    120

    100

    80

    E-Mod

    ul[N/mm

    ]2

    Kugelgrophiteisen,

    hohe Streckgrenze

    Kugelgrophiteisen,

    hohe DehnungGJS

    hochfest

    Gueisen

    mit Lamellengraphit

    weich

    GJL

    Hartgu

    0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

    Dehnung in %

    Spannung

    inkp

    /mm

    50

    40

    30

    20

    10

    Quelle: Vorlesungsskript ETH Zrich, Vorlesungsskript UNI Mmchen

    Zeichnung: Gergye Tams

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    21/41

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    22/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-22

    0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    1 2 3 4 5 6

    GJS-400-18

    GJS-600-4

    GJS-800-3

    GJS-900B-2

    formatnyez K

    nagyszilrdsg aclok

    szerkezeti aclok:

    S270 K2

    E360

    C 45

    42 Cr Mo 4

    hajlts R=-1

    relatv

    fesz

    lts

    gamp

    litd

    t

    3.2 Konstruktionsstoff Spharoguss

    Quelle: Vorlesungsskript UNI Mmchen

    Zeichnung: Gergye Tams

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    23/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-23

    A

    R

    Rm

    p0.2

    0 20 40 60 80 100

    800

    600

    400

    200sza

    ktsz

    ilrds

    g

    R

    [MPa

    ]

    a vermikulris grafit [%]

    20%

    10%

    ny

    ls

    A[%]

    m

    perlites

    ferrites

    Mechanische Eigenschaften von Gusseisen mit Vermiculargrafit

    3.2 Konstruktionsstoff GJL

    Quelle: H.Berns, W Theisen, Eisenwerkstoffe Springer 2009

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    24/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-24

    GJL-250 GJV-450 GJS-500 GJS-700

    300

    250

    200

    150

    100

    50

    0

    Biegewec

    hse

    lfes

    tig

    ke

    it

    [N/mm

    ]

    2

    3.2 Konstruktionsstoff Gusseisen

    Quelle: Vorlesungsskript UNI Mmchen

    Zeichnung: Gergye Tams

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    25/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-25

    3.2 Konstruktionsstoff Gusseisen

    Quelle: Vorlesungsskript UNI Mmchen

    Zeichnung: Gergye Tams

    EN-GJS EN-GJV EN-GJL

    Warmeleitfhigkeit bei RT [ W/mK]

    C10C45X5CrNi18 9

    58,751

    15 20

    EN GJL 250GJV 400

    EN GJS 600-3

    503432

    Grafit 119 165

    Wrmeausdehnung 10 13 10-6 1/K

    spezifische Wrme 0,46 052 J/gK

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    26/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-26

    3.3 Thermisch hochbelastbares GusseisenMechanische, thermische Eigenschaften

    ZeitstandfestigkeitThermomechanische Ermdung

    3.1 Grundlagen metartabile und stabile Erstarrung

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    27/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-27

    3.3 Thermisch hochbelastbares Gusseisen

    Ni[%]

    Si[%]

    Cr[%]

    Mo[%]

    Gefge Handelsname

    GJS-XSiMo-5-1 - 4,5-5,0 0,6-1,0 ferritisch nicht genormt

    GJSA-XNiSiCr-35-5-2 34,0-36,0 4,0-6,0 1,5-2,5 austenitisch NIRESIST D5SDIN 13835

    GJSA-XNiCr-35-3-2 35,0 3,0 austenitischNIRESIST D5Bnicht genormt

    Chemische Zusammensetzung Wirkung der Legierungselemente

    Quelle: H.Berns, W Theisen, Eisenwerkstoffe Springer 2009

    Siliziumgehalt 4 6% Zunderbestandigkeit Ferrit/Austenit Umwandlung T > 800C Mo > 1% hhere Warmfestigkeit, Kriechbestandigkeit Ni wirkt austenitstabilisierend Abgaskrmmer, Turboladergehuse

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    28/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-28

    80

    60

    40

    20

    0

    G

    JS-5

    00

    GJS-S

    iMo

    0,5

    GJS-S

    iMo

    1,0

    GJS-S

    iMo

    1,5

    GJS-N

    iCr

    202

    GJS-N

    iSiCr

    2052

    GJS-N

    iCr

    353

    GJS-N

    iSiCr

    3552

    700C

    900C ferritisch austenitisch

    3.2 Thermisch hochbelastbares Gusseisen

    Rp0,2

    Quelle: Vorlesungsskript UNI Mmchen

    Zeichnung: Gergye Tams

    Warmfestigkeit

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    29/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-29

    GJS-SiMo51

    GJS-NiCr303(Mo)

    GJMB-350-10

    GJS-400

    Rp0,2

    0 100 200 300 400 500 600 700 800

    hmrsklet C

    500

    400

    300

    200

    100

    0

    R

    [

    MPa

    ]

    p0

    ,2

    Temperatur T [C]

    Quelle: Vorlesungsskript UNI Mmchen

    Zeichnung: Gergye Tams

    3.3 Thermisch hochbelastbares Gusseisen

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    30/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-30

    6 Si, 1Mo (925C)

    5 Si, 1Mo (870C)

    4 Si (650 bis 815C)

    4 Si, 2Mo (540 bis 815C)

    2 bis 3 Si

    (350 bis 650C)

    2,2 Si, 1Mo

    (540 bis 650C)

    200

    100

    60

    40

    20

    10

    6

    4

    2

    1

    Spannung

    [N/mm

    ]

    2

    1 A

    6

    3

    5

    2

    4B C D

    16 18 20 22 24 26 28 30

    P = T(20+log t) 10-3

    Quelle: Vorlesungsskript UNI Mmchen

    Zeichnung: Gergye Tams

    3.3 Thermisch hochbelastbares Gusseisen

    austenitisches Gusseisen540 760 C 100 1.000 h1 GJS NiCr 20 2

    2 GJS Ni 22

    3 GJS NiCr 30 3

    4 GJS NiSiCr 30 5 5

    6 GJS NiCr 30 3 + 1% Mo

    GJS NiCr 35 3 + 1% Mo

    ferritisches Gusseisen540 760 C 100 1.000 hGJS X SiMo 5 1

    Stahlguss 10.000hA G-X22 CrMoV 12 1 540 600C

    B G-X25 CrNiSi 18 9 600 900CC G-X40 CrNiSi 25 20 700 .. 1000C

    D G-X30 CoCrNb 50 28 800 .. 1000C

    Larson-Miller-Parameter P thermisch aktiviertes Kriechen

    abgeleitet aus Arrhenies Gleichung

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    31/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-31

    3.4 Anwendungsbeispiele

    3.4 AnwendungsbeispieleKurbellwelle

    WerkstoffeGiessverfahrenZylinderkurbelgehause monolitisches ZKG

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    32/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-32

    Kurbelwelle

    GusswerkstoffRm

    [N/mm2]Rp0,2

    [N/mm2]A

    [%]HB 30 Zerspanbarkeit

    Potential derNachbehandlung

    nitriert gewalzt/

    rolliert

    induktiv

    gehrtet

    EN GJS-600-3 600 370 3 200-250 sehr gut gut sehr gut gering

    EN GJS-700-2 700 420 2 230-280 sehr gut gut sehr gut gut

    EN GJS-800-2 800 500 2 250-300 gut gut sehr gut gut

    Quelle:1 R. Basshuysen,R.Schafer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ATZ / MTZ- Fachbuch Vieweg, 2007

    2 Dezsnyi Gy., Emd I., Finichiu L., Belsgs motorok tervezse

    Zeichnung: Gergye Tams

    3.4 Anwendungsbeispiele Kurbelwelle

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    33/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-33

    Verfahren Lage in der Form Formprozess

    Grnsand IMD liegend automatische Anlage mit Formkasten

    Grnsand liegend automatische Anlage mit Formkasten

    Maskenform stehend Croningsandschalen in Boxen mit Stahlkies hinterfllt

    Maskentrger stehend Cronigsandschalen in Stahl-Sttzschalen

    Wasserglas-CO2-Prozess stehend doppelseitige Formen aus Formautomat, liegend geformtPaket. Begasung in stehender Lage

    SF-Prozess mit Cold Box Sand liegend Formautomat mit Kasten, Verschlei-Sand wird erneuert

    Lost Foam stehend Styropor Modell in Boxen, mit Sand hinterfllt

    Quelle:R. Basshuysen,R.Schafer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ATZ / MTZ- Fachbuch Vieweg, 2007

    Vor- und achteile gegossener Kurbelwellen

    Kostengnstige Ausfhrung durch Oberflchenbehandlung gute Steigerung der Schwingfestigkeit

    hohl ausfhrbar 1,5 kg Gewichtsersparung gut bearbeitbar hohe Konstruktionsfreiheit

    geringeres E-Modul gegenber Stahlungnstigeres Verschleissverhalten im Lagerzapfen gegenber Stahl

    Manahmen zur Erhhung der Steifigkeit notwendig

    3.4 Kurbelwelle

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    34/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-34

    Teilungsebene

    Oberkasten Kern

    Unterkasten

    Eingusstrichter

    Speiser

    Konstruktionszeichnung

    Rohteilzeichnung Aufmae

    Bearbeitungszugaben

    Formschrgen(Lngen-,Dicken-, Winkeltoleranzen)

    Modell-, Formenbau

    Fertigungseinrichtungen Modelle

    Modellplatten

    Schablonen,

    Formschrgen

    (Lngen-,Dicken-, Winkeltoleranzen)

    Grundbegriffe

    3.4 Anwendungsbeispiele Kurbelwelle Giessverfahren

    Zeichnung: Gergye Tams

    Gestaltungsregeln Gustck einfache geometrische Grudkrper

    einfache Kerne

    Gusseisen, Druckguss

    mglichst gleihe Wanddicken scharfe Kanten vermeiden

    Unterschneidungen vermeiden

    Rippendicke sR kleiner als Wanddicke

    sR~ 0.6 ..0,8sW, Abrundungen R~1/3 .. 1/4sW

    Allgemeintoleranzen DIN 1685 GJL

    DIN 1685 GJS

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    35/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-35

    Form- und Giessverfahren

    Verlorene Formen DauerformenDauermodelle verlorene Modelle ohne Modelle

    Handformen

    Herdformen

    SchablonenformenFeingieen

    Druckgieen

    Warmkammer-Verfahren

    Kaltkammerverfahren

    Maschienenformen

    KastenformenKatenloses Formen

    Kokillengiessen

    Voll-,Halb-, Gemischkokillen

    MaskenformenCroningverfahren Vollformgieen

    Schleudergieen und

    Stranggieen horizontal

    Verbundgieen Verbundgieen

    Quelle:R. A.H.Fritz/G.Schulze Fertigungstechnik, Spriger VDI 2004

    Giesseigenschaften

    Fliess- u.Formfllungsvermgen

    Schwindung, Schrumpfung

    Warmrineigung

    Gasaufnahme

    Penetration

    Seigerungen

    Gussfehler

    Nichtauslaufen, Kaltschweissen,Lunker

    Lunker, Kaltrisse, nicht mahaltig

    Warmrineigung, Warmrisse, Lunker

    Gasporosirt

    Rauhigkeiten, Schlpen,

    nicht mahaltig beartbeibar, Korrosion

    3.4 Anwendungsbeispiele Kurbelwelle Giessverfahren

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    36/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-36

    Maskenformverfahren

    1) Schtten und Aufbacken von Croningsand

    2) wenden der Modellplatte

    3) Ausharten und abheben

    4) fertige Form zum Giessen

    Herstellen Formschalen Masken Formstoff Quarzsand mit Kunstharzpulver

    Aushrtung je nach Maskendicke

    3.4 Anwendungsbeispiele Kurbelwelle Giessverfahren

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    37/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-37

    Quelle:R. A.H.Fritz/G.Schulze Fertigungstechnik, Spriger VDI 2004Zeichnung: Gergye Tams

    CO2 - BlasenFormkasten Wasserglashaltiger Formsand

    SchlitzdseModellplatte

    Schlauch zur CO2 -Leitung

    CO2 - Verfahren

    Bindemittel fr Quarzsand Wasserglas

    Na2Ox SiO2y H2O M=SiO2/Na2O 2,3 2,6

    Ausharten durch Begasen mit CO2 Na2Ox SiO2y H2O + CO2 x SiO2y H2O + Na2CO3

    flssig Gas fest fest

    Formmaschinen und kernmaschinen

    3.4 Anwendungsbeispiele Kurbelwelle Giessverfahren

    in Frankreich verbreitetes Verfahren fr Kurbelwellenherstellung

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    38/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-38

    3.4 Anwendungsbeispiele Kurbelwelle Giessverfahren

    Quelle:R. A.H.Fritz/G.Schulze Fertigungstechnik, Spriger VDI 2004Zeichnung: Gergye Tams

    Lost Foam- VerfahrenVollform Verfahren

    1 Modelherstellung 2 Montieren von Hand 3 Tauchen

    4 Besanden 5 Schalenbildung 6 Ausschmelzen,

    Brennen

    7 Giessen 8 Ausklopfen

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    39/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-39

    Ck-45 GJS-700-2 GJS-400-18 GJS-700-2 GJS-700-2 GJS-700-2 Ck-450

    50

    100

    150

    200

    Ertragb

    are

    Sc

    hw

    ing

    beanspruc

    hu

    ng

    (N/mm

    ,

    Biege-Nennsp

    annung

    )

    a

    2

    Schwingfestigkeit von Kurbelwellen

    Wechselfestigkeit

    mit induktiongehrteten

    Zapfen und Radien

    mit festgewalzten

    Radien

    gehrtet mit

    festgewalzentenRadien

    mit verfestigungs-

    gestrahlten Radienjonitiertohne

    Obeflchen-

    behandlung

    Schwellfestigkeit

    gehrtet ohne

    Oberflchen-

    behandlung

    0

    0

    Quelle:R. Basshuysen,R.Schafer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ATZ / MTZ- Fachbuch Vieweg, 2007Zeichnung: Gergye Tams

    Steigerung der Biegefestigkeit

    3.4 Anwendungsbeispiele Kurbelwelle

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    40/41

    Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-40

    3.4 Anwendungsbeispiele Zylinderkurbelgehuse

    Werkstoff GJL-250 GJL-300 GJV

    Rp0,2 [N/mm2] 165-228 195-260 240-300

    Rm [N/mm2] 250 300 300-500

    A6 [%] 0,8-0,3 0,8-0,3 2-6

    HB 180-250 200-275 160-280

    bw

    [N/mm2] 87,5-125 105-150 160-210

    E-Modul [kN/mm2] 103-118 108-137 130-160

    (20-200C) (10-4/K) 11,7 11,7 11-14

    [W/mK] 48,5 47,5 42-44

    [kg/dm3] 7,25 7,25 7,0-7,7

    R4 1,4 l TSI (VW 2005)

    open deck, Schrzenbauweise 29 kgEN GJL 250

    R4 2,0 l TDI (VW 2005)closed deck, 48,1 kg

    EN GJL 250

    monolitische Bauweise Bearbeitung der Zylinderflchen

    Feinbohren oder Drehen, anschliessend Honen

    Bilder: Vorlesungsskript UNI Mmchen

  • 7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN

    41/41

    3.4 Anwendungsbeispiele

    Literatur

    1. H.Berns, W. Theise, Eisenwerkstoffe-Stahl und Gusseisen, Springer 20092. A.H.Fritz / G. Schulze,Fertigungstechnik, Springer 2004

    3. E.Doege / B.A. Behrens, Handbuch Umformtechnik, Springer VDI 20064. R. van Basshuysen, F. Schfer, Handbuch Verbrennungsmotor, ATZ / MTZ Vieweg 20095. Ch. Messner, Werkstoffe fr Motoren und Antriebsysteme,

    Vorlesungsscript UNI Mnchen, Wintersemester 2006/2007