TY - THES

T1 - Untersuchungen zur gezielten Beeinflussung der lokalen Eigenschaften von Eisengusswerkstoffen mittels 3D-gedruckter Kerne

AU - Brait, Maximilian

N1 - nicht gesperrt

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Aufgrund von Leichtbaukonzepten besteht ein ständiges Streben nach Werkstoffen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und guten Gießeigenschaften verbunden mit wirtschaftlichen Herstellungsverfahren. Vor allem für die Topologieoptimierung ist die Beeinflussung und Vorhersage lokaler Gefügeeigenschaften von großer Bedeutung. Im Zuge dieser Arbeit wurden die Möglichkeiten zur gezielten Beeinflussung der lokalen Eigenschaften mit 3D-gedruckten Kernen untersucht. Es wurde ein Probekörper mit innenliegendem Kern und unterschiedlichen Wandstärken konstruiert, simuliert, sowie gießtechnisch berechnet und abgegossen. Durch den Einsatz von 3D-gedruckten Kernen und gezielten Kühlmaßnahmen wurden die Gefüge von Sphäroguss lokal beeinflusst. Mit einfacher Pressluftkühlung konnten Festigkeitssteigerungen von über 70% bei gleichbleibender Dehnung im Gusszustand, ohne zusätzlicher Wärmebehandlung, hergestellt werden. Durch gezielte Steuerung der lokalen Abkühlung können hohe Festigkeiten in Kombination mit guten Dehnungseigenschaften in einem Bauteil vereint werden und hohe Wärmebehandlungskosten eingespart werden. Mittels aufgezeichneten Abkühlkurven konnten die Randbedingungen in der Simulation angepasst werden und genauere Vorhersagen der zu erwartenden lokalen Eigenschaften durchgeführt werden. Die in den Versuchen gewonnenen Kenntnisse bilden die Grundlagen zur Gestaltung und Topologieoptimierung von realen Bauteilen, unter Berücksichtigung der lokalen Eigenschaften von Eisengusswerkstoffen.

AB - Aufgrund von Leichtbaukonzepten besteht ein ständiges Streben nach Werkstoffen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und guten Gießeigenschaften verbunden mit wirtschaftlichen Herstellungsverfahren. Vor allem für die Topologieoptimierung ist die Beeinflussung und Vorhersage lokaler Gefügeeigenschaften von großer Bedeutung. Im Zuge dieser Arbeit wurden die Möglichkeiten zur gezielten Beeinflussung der lokalen Eigenschaften mit 3D-gedruckten Kernen untersucht. Es wurde ein Probekörper mit innenliegendem Kern und unterschiedlichen Wandstärken konstruiert, simuliert, sowie gießtechnisch berechnet und abgegossen. Durch den Einsatz von 3D-gedruckten Kernen und gezielten Kühlmaßnahmen wurden die Gefüge von Sphäroguss lokal beeinflusst. Mit einfacher Pressluftkühlung konnten Festigkeitssteigerungen von über 70% bei gleichbleibender Dehnung im Gusszustand, ohne zusätzlicher Wärmebehandlung, hergestellt werden. Durch gezielte Steuerung der lokalen Abkühlung können hohe Festigkeiten in Kombination mit guten Dehnungseigenschaften in einem Bauteil vereint werden und hohe Wärmebehandlungskosten eingespart werden. Mittels aufgezeichneten Abkühlkurven konnten die Randbedingungen in der Simulation angepasst werden und genauere Vorhersagen der zu erwartenden lokalen Eigenschaften durchgeführt werden. Die in den Versuchen gewonnenen Kenntnisse bilden die Grundlagen zur Gestaltung und Topologieoptimierung von realen Bauteilen, unter Berücksichtigung der lokalen Eigenschaften von Eisengusswerkstoffen.

KW - Spheroidal graphite cast iron

KW - structural properties

KW - cooling rate

KW - printed cores

KW - Gusseisen mit Kugelgraphit

KW - Gefügeeigenschaften

KW - Abkühlgeschwindigkeit

KW - gedruckte Kerne

M3 - Masterarbeit

ER -