Simulation und Verifikation von Phasenumwandlungen, Eigenspannungen und Verzügen in Gussbauteilen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5447667

Ziel des Vorhabens ist es, die Simulation des Gießens metallischer Werkstoffe, insbesondereGusseisen, für die Beschreibung der Gefüge-, Eigenspannungs- und Verzugsentwicklung zuertüchtigen. Hierzu sollen Phasenübergänge von flüssig nach fest aber auch die bei weitererAbkühlung auftretenden Festkörperumwandlungen, also die Umwandlung von Austenit inFerrit, Perlit und Graphit (in Sonderfällen auch Bainit und/oder Martensit), einschließlichihrer Kinetik ebenso wie das temperatur- und gefügeabhängige Verformungsverhalten beimechanischer Beanspruchung in die thermomechanische Gießsimulation einbezogen werden.Mit Hilfe des an CASTS und Thermo-Calc gekoppelten Mikroseigerungsmodell Micro-Phasewerden Phasenanteile sowie Seigerungsprofile zwischen den Dendritenarmen während derdiffusionskontrollierten Erstarrung bei den drei behandelten Gießprozessen (Sandguss vonGJS-600, Kokillenguss von AlSi7Mg und Feinguss von AlSi7Mg und CMSX-4) berechnetund über Schnittstellen an TPI (das wäre im TP selbst, daher nicht erwähnen!!)weitergegeben. Zur gekoppelten Mikroseigerungsrechnung des Sandgussbauteils aus GJS-600wird das Modell weiterentwickelt und anhand von Testkörpern (Keile und Platten) validiert,um die Graphitbildung sowie den Obergang zur Bildung des metastabilen Zementits richtigabzubilden. Zur Simulation von Festphasentransformationen werden für das ausgewählteGusseisen GJS-600 zunächst die zugehörigen Eingabedaten, wie die isothermen Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubilder und die thermophysikalischen Eigenschaften sowiedas Verformungsverhalten der einzelnen Gefügebestandteile, analysiert. Dabei muss derEinstellung von Ausgangszuständen vor der Festkörperumwandlung, die denen beimGießvorgang entsprechen, große Aufmerksamkeit gewidmet werden. Danach sind die vonStählen her bekannten Umwandlungsansätze an die Spezifika von Gusseisen anzupassen undin das thermomechanische Simulationsprogramm CASTS zu implementieren. Dieexperimentell ermittelten Daten werden nach Aufbereitung als Eingabedaten zuSimulationsrechnungen herangezogen. Zum Abgleich und zur Validierung der Simulationenin TPI und TP2 werden unter Einbeziehung entsprechender Messtechnik Prinzipbauteileentwickelt und unter reproduzierbaren Bedingungen abgegossen. Anschließend werdenanhand von Gefügeauswertungen, Eigenspannungsanalysen und Verzugsmessungen dieSimulationsrechnungen verifiziert und so gezeigt, dass die Berücksichtigung vonFestkörperumwandlungen in der Gießsimulation zwingend erforderlich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen