Lebensdauerberechung von Gussbauteilen unter Berucksichtigung des lokalen Dendritenarmab-standes und der Porositat

摘要

Das Streben nach leichter Bauweise in vielen Bereichen des Maschinenbaus verlangt im Entwicklungsprozess eine immer genauere Kenntnis des Werkstoffverhaltens unter Bauteil- und Betriebsbedingungen. Gussbauteile, die sich aufgrund der grossen Moglichkeiten bei der Formgebung und der Integrationsmoglichkeit von mehreren Funktionen fur die Gewichtsoptimierung besonders gut eignen, sind in Bezug auf die Schwingfestigkeit einer Reihe von Einflussen ausgesetzt. Die Werkstofffestigkeit unter dynamischer Belastung kann keineswegs konstant uber dem ganzen Bauteil betrachtet werden, sondern ist lokal durch Einflusse, resultierend aus Belastung, Temperatur, Formgebung oder technologischen Prozessen, gepragt. Unter technologischen Prozessen, die die Schwingfestigkeit beeinflussen, sind hier das Giessverfahren, die Veredelung und die Kornfeinung erwahnt. So wirken sich zum Beispiel die lokalen Erstarrungsbedingungen auf den Dendritenarmabstand (DAS von dendrite arm spacing) und die Grosse und Verteilung der Porositat aus. In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell vorstellt, das den Einfluss des lokalen DAS und der maximalen Porengrosse auf das Schwingfestigkeitsverhalten beschreibt. Als Kenngrosse reicht dabei der lokale DAS aus, der mit Hilfe moderner Erstarrungssimulationen berechnet werden kann. Der Vorteil des vorgestellten Modells liegt in der praktischen Anwendbarkeit, da sowohl der Dendritenarmabstand als auch die Porositat berucksichtigt werden, ohne dass die Verteilung der lokalen Mikro- und Gasporen bekannt sein muss, fur die derzeit in den Gusssimulationen noch keine ausreichenden Modelle bekannt sind. Weiter kann der untersuchte Einfluss direkt in die Lebensdauervorhersage nach dem ortlichen Spannungskonzept auf Gradientenbasis integriert werden, was bei Gussbauteilen zu einer verbesserten Abschatzung der Lebensdauer fuhrt.