3_werkstoff_gusseisen
TRANSCRIPT
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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21/41
-
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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
-
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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
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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
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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
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26/41
Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-26
3.3 Thermisch hochbelastbares GusseisenMechanische, thermische Eigenschaften
ZeitstandfestigkeitThermomechanische Ermdung
3.1 Grundlagen metartabile und stabile Erstarrung
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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
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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
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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
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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
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7/22/2019 3_WERKSTOFF_GUSSEISEN
31/41
Ausgewhlte Kapitel der Werkstoffwissenschaften 3-31
3.4 Anwendungsbeispiele
3.4 AnwendungsbeispieleKurbellwelle
WerkstoffeGiessverfahrenZylinderkurbelgehause monolitisches ZKG
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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