Berstdruckversuche mit Gusseisen bei niedrigen Temperaturen

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Alle Werte lagen unter den Ergebnissen aus dem Zugversuch und zwar mit sich verstärkender Tendenz bei abnehmender Temperatur, was erneut die Ausführungen in [9] bestätigt. Die nachstehenden Angaben beinhalten demzufolge alle einen zusätzlichen Sicherheitsbeiwert S von >= 17 %. Entsprechend wurde auf die Ermittlung von Vergleichsspannungen unter Zuhilfenahme einer sonst gesondert anzuwendenden Festigkeitshypothese verzichtet. Die errechneten Streckgrenzenverhältnisse R_p0,2/R_m aus Bild 1 wurden entsprechend zur Berechnung einer theoretischen Streckgrenze für die Werkstoffauswahl verwendet [6].

Hochsiliziierter Gusswerkstoff erreicht Streckgrenze von 2310 bar

Da Gusswerkstoffe mit sinkender Temperatur höhere Werte für die Zugfestigkeit und Streckgrenze, und zwar in etwa ähnlicher Relation aufweisen, konnten für alle untersuchten Temperaturen dieselben Streckgrenzenverhältnisse angewandt werden [9, 10]. Die als Produkt aus Streckgrenzenverhältnis und Berstdruck (R_p0,2/R_m × P Berstdruck ) ermittelten Streckgrenzen zeigen die eigentlichen, für den Konstrukteur wesentlichen Parameter zur Beurteilung der Werkstoffe (Bild 4). Sie beschreiben den jeweils maximalen Druck in Abhängigkeit von der Temperatur, mit denen die Materialien belastet werden können, ohne dass eine bleibende Verformung eintritt.

Im gesamten Temperaturspektrum erreicht der Gopag eine Streckgrenze von durchschnittlich 2310 bar. Bei einem S von 3 ergibt sich daraus bei einer Wandstärke von 3 mm ein maximaler Nenndruck von 770 bar (924 bar mit S von 2,5). Das bedeutet für eine normale 250-bar-Anwendung ein S von 9,2 und damit erhebliche Reserven für den Konstrukteur.

Eigenschaften von Gopag vergleichbar mit denen von Schmiedestahl

Die Berstversuche haben gezeigt, dass alle drei Gusseisen mit Kugelgraphit auch im Tieftemperaturbereich, beispielsweise für Hydraulikblöcke, einsetzbar sind. Der als einziger in der Testreihe für den Einsatz bei –20 °C klassifizierte Werkstoff EN-GJS-400-18U-RT unterscheidet sich tendenziell unter Versuchsbedingungen nicht von den anderen untersuchten Materialien. Der Gopag C 500 F weist von allen geprüften Werkstoffen die größte Konstanz der mechanischen Eigenschaften in allen Temperaturbereichen auf und erzielt dabei Werte, die mit denen des Hyt 60 vergleichbar sind.

Ein negativer Einfluss von tiefen Temperaturen, der die Kerbschlagzähigkeit bei Gusswerkstoffen stark vom Stahl abweichen lässt, wurde im Berstversuch nicht nachgewiesen. Insofern stellt sich erneut die Frage, inwieweit nicht die Bewertung von anderen Materialeigenschaften, zum Beispiel der Streckgrenze oder der Bruchmechanik, eine praxisnähere Einschätzung der Eignung für den Einsatz im Tieftemperaturbereich gegenüber dem Kerbschlagbiege-Versuch darstellt.

Da kein Risiko für die Verwendung von Gopag C 500 F in Tieftemperaturen nachgewiesen wurde, sind auch die wirtschaftlichen Vorteile, die für den Werkstoff ermittelt wurden [2], im Offshore- und maritimen Bereich nutzbar.

Literatur

• [1] Herfurth, K., Gorski R., Beute, K. und M. Hering: Gopag C 500 F Gusswerkstoff für den Maschinenbau mit höherer Festigkeit und Bruchdehnung bei sehr homogener Härteverteilung.

• [2] Gorski, R. und F. Dörfer: Doppeleffekt durch schnelleres Bohren bei geringerem Werkzeugverschleiß – mehr Fertigteile pro Maschine und Schicht.

• [3] Berstdruckversuch-Vergleich Gopag C 500 F und 11SMnPb30+C. Hydac Fluidtechnik. September 2010.

• [4] Dörfer, F.: Erhöhung des Kundennutzens durch Einsatz von ferritischen Sphärogusslegierungen.

• [5] www.hydraulicsupermarket.com/technical21.html.

• [6] Fischer, A.: Praktikum Grundlagen der Werkstofftechnik. Scriptum für Studierende der Universität Duisburg-Essen.

• [7] Teilprojekt Hochfeste GGG-Gussteile mit ausreichender Duktilität. In: VDG Fachbericht 083. Düsseldorf: 2001.

• [8] EN DIN 1563: Anhang F: Bruchzähigkeit, Schlagenergie und Duktilität von GJS. 2011.

• [9] Hasse, S.: Duktiles Gusseisen. In: Handbuch für Gusserzeuger und Gussverwender. Berlin: Fachverlag Schiele & Schön 1996.

• [10] Untersuchungen zum Verformungsverhalten von Gusseisen mit Kugelgraphit GGG-38/42 im Temperaturbereich zwischen 77 K und 873 K.

• [11] DNV – Det Norske Veritas: Rules for ships, Pt. 2, Ch. 2, Sec. 8

* Ralf Gorski ist technischer Betriebswirt und Geschäftsführer der Gontermann-Peipers GmbH in 57074 Siegen, Dipl.-Ing. Friedemann Dörfer ist Vertriebsleiter im selben Unternehmen

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