Forschungsprojekt „SWL Aluminiumguss"

Problemmatik errechneter Schwingfestigkeiten

Zur Abschätzung der Bauteilbeanspruchbarkeit und Optimierung der Bauteilauslastung werden neben Werkstoffnormen rechnerische Auslegungskonzepte auf Basis von Bauteil- (Nennspannungskonzept) oder Werkstoff-Wöhlerlinien (Örtliches Konzept) herangezogen, die in Regelwerken eingebunden sind, wie z.B. die FKM-Richtlinie oder DNV GL, sowie Synthetische Wöhlerlinien. Die Ansätze stützen sich im Wesentlichen auf die Werkstoff-Wechselfestigkeit, welche über die Zugfestigkeit Rm, die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2 oder der Härte abgeleitet ist. Eine zuverlässige Anwendbarkeit dieser Ansätze ist aufgrund teils veralteter Erkenntnisse heute vielfach nicht mehr gegeben. Nach neueren Untersuchungen existieren teilweise deutliche Unterschiede zwischen experimentell und rechnerisch ermittelten Werkstoffkennwerten. Auch eine Unterscheidung der verschiedenen Gießverfahren, wie Sand-, Kokillen- und Druckguss, ist in den bisherigen Ansätzen nicht berücksichtigt. Ein Vergleich mit Versuchsdaten aus der Literatur zeigt, dass die Abschätzung der Schwingfestigkeit von Aluminiumgusswerkstoffen anhand der Kennwertfunktionen nach gängigen Richtlinien, insbesondere für Sand- und Kokillenguss, nicht zutrifft und die zyklischen Werkstoffeigenschaften teilweise überschätzt werden. Die Gießereien können somit die durch Richtlinien errechneten Schwingfestigkeiten nicht mit der Praxis vergleichen, so dass eine zutreffende Bauteilfestigkeitsabschätzung misslingt.

Lösung

Im Forschungsvorhaben „SWL Aluminiumguss“ wird ein Konzept für synthetische Wöhlerlinien von verschiedenen Aluminiumgusswerkstoffen entwickelt, das den gegenwärtigen Stand des Wissens zum zyklischen Werkstoffverhalten unter Raumtemperatur und erhöhter Temperatur, unter Berücksichtigung von Mittelspannungen sowie Gefüge- und spannungsmechanischen Einflüssen mit einer zu entwickelnden Materialdatenbank verknüpft. Damit werden neue Methoden für eine optimierte Auslegung von Bauteilen aus Aluminiumgusswerkstoffen erarbeitet, die sowohl in relevante Richtlinien als auch in spezifische Software zur rechnergestützten Bauteilauslegung und Lebensdauerabschätzung eingehen sollen. Für Gießer sowie auch für Anwender von Aluminiumgusswerkstoffen eröffnen sich damit erhebliche Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung durch Überprüfung bestehender Bauteile und Neukonstruktionen hinsichtlich ihrer mechanischen Beanspruchbarkeit sowie der lokalen Werkstoffausnutzung. Zusätzliche Werkstoffpotentiale können gehoben werden, wodurch Energie- und Material eingespart wird und neue Nutzerkreise für Bauteillösungen aus Aluminiumguss angesprochen und gewonnen werden können.