CastTec 2016

Fachtagung CastTec 2016: Die Welt der Gusseisenwerkstoffe

Darmstadt

Unter dem Motto „Die Welt der Gusseisenwerkstoffe – Vielfalt für die Zukunft“ findet am 24. und 25. November 2016 die internationale Fachtagung CastTec 2016 statt. Anwender, Konstrukteure und Gießer können sich auf dem interdisziplinären Branchentreff rund um das Thema Gusseisen informieren. Spannende Vorträge, eine Fachausstellung, die optionale Institutsbesichtigung beim Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und eine attraktive Abendveranstaltung ermöglichen einen umfassenden Überblick über neueste Entwicklungen und Trends aus Wissenschaft und Industrie sowie einen intensiven Austausch unter Fachkollegen.
Informationen und Anmeldungen über www.casttec2016.com

Vorträge:

 

  • Charpy 2.0 – A refitable technique to gain fracture mechanical data of ductile cast iron based on the impact notch test

    Jakob Breiner, Dierk Hartmann; HS Kempten
    Andreas Bührig-Polaczek; RWTH Aachen

Die Hauptabnehmer von Gusseisen mit Kugelgraphit sind die Windenergie-, Automobilbranche und der Anlagenbau. Diese fordern aufgrund neuer Konstruktions- und Zertifizierungsrichtlinien (z. B. GL, FKM etc.) oftmals einen bruchmechanischen Nachweis des verwendeten Materials.
Das gängigste Konzept der Bruchmechanik stellt der Spannungsintensitätsfaktor K (ASTM E1820) dar. Dieser beschreibt die Konzentration der Spannung an einem geometrischen Brennpunkt (z. B. einer Kerbe) und wird üblicher Weise als geometrieunabhängiger Materialkennwert KIC (Rissinitiierungswert) angegeben. Plastische Verformungen sind jedoch nur innerhalb des Kleinbereichfließens zulässig, was die Verwendung auf spröde Werkstoffe einschränkt. Daher ist die bruchmechanische Analyse duktiler Gusseisen mittels des Spannungsintensitätsfaktors K nicht ohne Einschränkungen möglich. Einen alternativen Ansatz bietet das Rissspitzenintegral J (J-Integral nach ASTM E1820), welches in einer plastischen Zone um die Rissspitze (HRR-Feld) formell die risstreibenden Energien erfasst und entsprechende Verformungen mit einbezieht.
Die Erfassung des J-Integrals ist nur über eine dynamische Prüfanlage (z. B. servohydraulisch) möglich und kann an SEB oder CT Proben durchgeführt werden. Im Allgemeinen ist die Probenherstellung, Vorbereitung (Risseinschwingung) und Prüfung jedoch sehr aufwendig. Alternative Mehrprobenmethoden bieten die Möglichkeit den instrumentierten Kerbschlagbiegeversuch (Low-Blow oder Stop-Block) zu verwenden, sind mit einem Aufwand von 15 Proben pro Prüfung aber ebenfalls nicht wirtschaftlich.
Das Entwicklungsziel ist daher eine Prüfmethodik auf Basis des instrumentierten Kerbschlagbiegeversuchs (IKBV), welche mit einer Charpy-V Probe, bezüglich der Qualität der Ergebnisse mit einer dynamischen Prüfanlage (z. B. Zwick HB100) vergleichbar ist. Priorität hat zudem die Möglichkeit zur Nachrüstung in bestehende Pendelschlagwerke. Den Kern der Entwicklung stellt dabei die Integration eins Risslängenmessgeräts dar, welches auf Basis der Potentialdifferenzmethode die aktuelle Risslänge erfasst und über die Software direkt zur Verfügung stellt. Über einen Berechnungsvorgang wird anschließend automatisiert eine Risswiderstandskurve (J-Δa-Diagramm) erstellt, um das Materialverhalten unter konstantem Risswachstum darzustellen. Die Temperatur der Proben wird aufgrund der zusätzlichen Kabelführung mittels eines Laserpyrometers überwacht und direkt in dem Prüfprotokoll hinterlegt. Diese und weitere Modifikationen, auf welche in dem Vortrag vertieft eingegangen werden soll, bieten den Vorteil bruchmechanische Kennwerte ohne eine Erhöhung der Probenanzahl oder eine dynamische Prüfanlage zu erfassen. Um eine unkomplizierte industrielle Anwendung zu begünstigen, wird zudem die technische Umsetzbarkeit zur Nachrüstung dargestellt.
Die Validierung des Verfahrens wird an EN GJS 400-18 LT durchgeführt, um das Verformungsverhalten duktiler Gusseisen real darzustellen. Vor diesem Hintergrund beschreibt der Vortrag eine alternative Prüfmethode, mit welcher bruchmechanische Kennwerte vereinfacht ermittelt werden können.

 

  • Dynamic process control for complex production processes in foundries

    Alexander Kostgeld, Dierk Hartmann; HS Kempten
    Andreas Bührig-Polaczek; RWTH Aachen

Zukunftssicherung erfordert die Weiterentwicklung von Prozesstechnologie und –kontrolle in Richtung intelligenter, adaptiver und flexibler Fertigungstechnologien. Hieraus definiert sich das Entwicklungsziel: Dynamisches Planen und Reagieren auf sich schnell ändernde Produktanforderungen und Prozesssituationen sowie eine effiziente und verlässliche Selbstoptimierung und -konfiguration des Gesamtprozesses in Eisengießereien.
Durch die Entwicklung von intelligenten Monitoring- und Entscheidungssystemen, die alle relevanten Prozessdaten erfassen und verarbeiten, können Wertschöpfungsprozesse situationsbezogen geregelt werden. Die Funktionalität dieser selbstoptimierenden Prozessregelung beruht auf der Fähigkeit, dass jedem Gussteil die individuellen Prozessparameter zugeordnet werden können. Dadurch wird zu jedem Zeitpunkt des Entstehungsprozesses sichergestellt, wie die nachfolgenden Prozessschritte konfiguriert sein müssen, um die geforderten metallurgischen Eigenschaftsprofile stabil und zuverlässig erfüllen zu können. Die Regelung kennt also den erforderlichen Input, um den optimalen Output zu erreichen. Hinsichtlich dieser Anforderungen mangelt es den bisherigen Lösungsansätzen an der Möglichkeit für eine dynamische Fertigungsregelung: während Simulationstools gegenwärtig hauptsächlich Planungsmöglichkeiten aufzeigen, muss die Regelung der kompletten Prozesskette zwangsläufig in Abhängigkeit von laufenden Daten stattfinden, um eventuellen Störquellen rechtzeitig entgegenwirken zu können. Diese zu entwickelnden Möglichkeiten eröffnen den Gießereien innovative Potentiale, ihre Fertigungsprozesse zu kontrollieren und zu verbessern.
Stattfinden wird diese Entwicklung über die Verknüpfung virtueller Optimierungsverfahren der Prozesssimulation mit innovativen Methoden der Prozessdatenanalytik und der Prozessprognose. Letztlich soll eine konkrete Optimierungskette für die Betriebsanwendung in der Gießereifertigung für eine schnelle Vorhersage und Einstellung der metallurgischen Eigenschaften realisiert werden. Mit der Integration dieser vollkommen neuartigen Methodik in Gießereien können die komplexen und vielfach segmentierten Fertigungsprozesse einer Gießerei in hohem Maße effektiver geplant, geregelt und optimiert werden. Sowohl die Ergebnisse als auch die Methodik werden im Folgenden dargestellt.