Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
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Zynk-Guss - Analyse des zyklischen Werkstoffverhaltens von Zink-Druckgusslegierungen

Feststellung der Werkstoffeignung unter Berücksichtigung spannungsmechanischer, technologischer und statistischer Größeneinflüsse.

Bauteile aus Zink-Druckgusslegierungen werden aufgrund ihrer hohen Oberflächen- und Bauteilqualität sowie der Effizienz des Warmkammer-Druckgießverfahrens in verschiedenen Industrien verwendet, jedoch sind sie für zyklisch hochbelastete Bauteile selten einsetzbar, da Betriebsfestigkeits-Kennwerte fehlen. Um dies zu ändern, wurde das zyklische Werkstoffverhalten verschiedener Zink-Druckgusslegierung untersucht und in einem Bemessungskonzept zusammengefasst.

Das Warmkammer-Druckgießverfahren ist aufgrund seiner kurzen Zykluszeiten und hohen Produktivität das wichtigste Fertigungsverfahren für Zink-Werkstoffe. Im Vergleich zu Aluminium zeichnen sich Zink-Druckgusslegierungen durch ihren niedrigen Schmelzpunkt und die Möglichkeit aus, dünnwandigere Gussteile mit hoher Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit herzustellen. Allerdings werden Zink-Druckgusslegierungen aufgrund fehlender Kennwerte und Bemessungsmethoden für die Beschreibung des zyklischen Werkstoffverhaltens selten für zyklisch hochbelastete Bauteile eingesetzt.

Um eine Grundlage zur Abschätzung des Bauteilverhaltens unter zyklischer Beanspruchung zu schaffen, wurde im Rahmen des Projekts "Zynk-Guss" das zyklische Werkstoffverhalten für die Legierung Zamak 5 (ZP0410) unter Berücksichtigung des spannungsmechanischen, technologischen sowie statistischen Größeneinfluss ermittelt. Den größten Einfluss auf die Schwingfestigkeit hat gerade bei dünnwandigen Strukturen die durch den Druckgießprozess ausgeprägte lokale Mikrostruktur.

Ein zentrales Ergebnis des Projektes ist die Entwicklung eines Bemessungskonzepts auf der Basis der zyklischen Untersuchungen und unter Einbeziehung der Ergebnisse der Gießprozesssimulation. Die Ergebnisse belegen, dass moderne Zink-Druckgusslegierungen bei entsprechender Auslegung auch für hochbeanspruchte Bauteile genutzt werden können.

zynk guss Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen aus Zink-Druckguss
Bemessungskonzept zur Bewertung der Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen aus Zink-Druckguss.

Das Projekt »Zynk-Guss« ist ein entscheidender Schritt, um Zink-Druckgusslegierungen für anspruchsvolle Anwendungen zu etablieren und dazu beizutragen, das Potenzial dieser Werkstoffe auch hinsichtlich Nachhaltigkeit und Leichtbau voll auszuschöpfen.

Förderer und Partner

Das IGF-Vorhaben Zynk-Guss(21900N) wird über das DLR im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.