Gusseisen Werkstoff ADI verspricht Gussteile mit erhöhter Festigkeit

Der Fahrzeugbau profitiert vom Werkstoff ADI. Das zeigen Vergleichstests mit geschmiedeten oder geschweißten Teilen. Die Gründe dafür liegen in der hohen Verschleißbeständigkeit und Festigkeit. Außerdem verspricht das austenitisch-bainitische Gusseisen Kostenreduktion.

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Wenn beim Gusseisen mit Kugelgrafit ein Zwischenstufen-Umwandlungsprozess durchgeführt wird, vollzieht sich im Gefüge eine bemerkenswerte Veränderung: Es entsteht Austempered Ductile Iron (ADI), ein Werkstoff für viele gegossene Bauteile im Fahrzeugbau. Er verspricht eine höhere Festigkeit als Aluminium bei gleichem Bauteilgewicht, ist sehr verschleißbeständig und leichter zu bearbeiten als Stahl.

Außerdem hat er das Potenzial für eine Kostenreduktion von 50%. Anhand zweier Anwendungen in der Fahrzeugindustrie macht das die ADI Treatments Ltd, Bromwich/Großbritannien – eine Tochtergesellschaft der Hulvershorn Eisengiesserei Bocholt – deutlich: am Beispiel einer Kurbelwelle für Automobile und eines Lkw-Ausgleichsarms.

So werden für das Automobil Tuscan Speed Six des britischen Herstellers TVR Engineering, Blackpool, Kurbelwellen aus dem Werkstoff ADI gegossen (Bild 1). Zuvor verwendete man für den 6-Zylinder-Motor geschmiedeten Stahl, der jedoch einige Zeit später aufgrund der hohen Fertigungskosten abgelehnt wurde. Der Automobilhersteller prüfte dann den Werkstoff GJS 800/2 (Gusseisen mit Kugelgrafit) als Kurbelwellen-Prototyp – mit negativem Ergebnis. Mit dem Werkstoff ADI kam der Erfolg trotz anfänglicher Bedenken. Um Formveränderung während der Herstellung der Kurbelwellen zu kompensieren, erfolgt erst eine Grobbearbeitung, dann eine Wärmebehandlung, schließlich die Feinbearbeitung. Nach Fertigstellung erhielt man laut ADI Treatments Kurbelwellen mit einer erhöhten Festigkeit.

Lkw-Ausgleichsarme im Härtetest

Für den Lkw-Ausgleichsarm kam anfangs kohlenstoffarmer Stahl zur Anwendung. In Australien wurde er in Fahrzeugen für Trucking getestet – auf der 3500 km langen Strecke von Sydney nach Perth, die nicht nur extrem lang, sondern auch eine Herausforderung für Fahrzeuggestell und Antrieb ist. Der erste getestete Ausgleichsarm hatte ein 50 mm dickes, V-förmiges Profil. Bei dem Bauteil veränderte sich schon der Sturz der Räder, während der Lkw beladen wurde. Dennoch wurde der Test durchgeführt, aber die geschweißten Teile versagten nach 1200 km. Der voll beladene Lkw hatte ein Gewicht von 22,5 t.

Auch ein zweiter Satz geschweißter Ausgleichsarme bestand die Prüfung nicht. Dieser Test scheiterte nach 4000 km. Daraufhin wurden die Bauteile in einem Stück aus dem Werkstoff ADI gegossen. Derzeit haben diese Bauteile aus Gusseisen mit Kugelgrafit 322000 km „hinter sich“.

Zwei Wege der Herstellung

Es gibt zwei Möglichkeiten, um einen ADI-Werkstoff herzustellen: die Zwischenstufenumwandlung und das Vergüten (Abschrecken und Anlassen), das bei unterschiedlichen Gussteilwanddicken und den daraus resultierenden Temperaturdifferenzen während der Abkühlung zu Rissen führen kann. Dagegen ist die Zwischenstufenumwandlung laut ADI Treatments eine besondere isothermische Wärmebehandlung, die bei bestimmten Eisenlegierungen zum Anstieg der Festigkeit und Zähigkeit führt (Bild 2).

Das erreicht man durch Aufheizen der Teile in den austenitischen Bereich. Danach folgt ein schnelles Abschrecken auf eine Temperatur von 260 bis 385 °C. Das Ergebnis liegt bei Gusseisen dann als Zwischenstufengefüge, bei Stahl als Bainitgefüge vor – ohne die Gefahr von Härterissen.

Weitere Informationen: Hulvershorn Eisengiesserei GmbH & Co. KG, 46365 Bocholt, Tel. (0 28 71) 99 01-0, Fax (0 28 71) 99 01-35, info@hubo.de

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