Integrative Computer-unterstutzte Entwicklung von Kolbengusslegierungen

摘要

Computersimulation spielt aufgrund der steigenden Komplexitat der Fragestellungen in der Entwicklung neuer Kolbengusslegierungen eine zunehmend wichtigere Rolle. Die Einflussgrossen auf die Festigkeit, Lebensdauer und Gussqualitat von Kolbengusslegierungen sind sehr vielschichtig. Ziele fur die Legierungsentwicklung sind die Gewahrleistung moglichst geringer Ausschussquoten, sinkende Taktzeiten, allgemeine Qualitatsverbesserungen, die Minimierung von ausseren Einflussen und der Streuung der Eigenschaften sowie die mogliche Vorhersage der Wirksamkeit von Veranderungen im Prozess und in der chemischen Zusammensetzung. Dies alles sollte in einer kostenoptimierten Art und Weise geschehen. In diesem Beitrag wird ein neuer, integrativer Ansatz zur Werkstoffentwicklung vorgestellt. Dabei werden klassische Methoden der Metallographie und moderne analytische Verfahren (SEM, EDX, EBSD) durch computergestutzte Simulationsverfahren erganzt. Neben der bereits weit verbreiteten thermodynamischen Berechnung von Gleichgewichtsphasenanteilen kommt zusatzlich die direkte, physikalisch basierte Simulation der Gefugebildung zum Einsatz. Da die mechanischen Eigenschaften einer komplexen Kolbengusslegierung in hohem Masse durch das Gefuge bestimmt werden, ist ein quantitatives Verstandnis des Gefuges und seiner Entstehung ein wichtiger Schritt in der Entwicklung neuer Legierungsvarianten. Zu den das Gefuge bestimmenden Kenngrossen zahlen u. a. Art und Anzahl der Sekundarphasenpartikel, die Korngrosse sowie der sekundare Dendritenarmabstand. Diese Grossen konnen in einem weiten Umfang berechnet werden, wenn die Gefugesimulation einmalig fur einen Referenzprozess kalibriert wurde. Mit Hilfe der Gefugesimulation gelingt es dann, z.B. den Einfluss geanderter Legierungszusammensetzungen auf das Gefuge zu berechnen und daraus Parameter fur gezielte Versuchsabgusse abzuleiten.