5. Gusseisentag der Wilhelm-Maybach-Schule Stuttgart

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1 5. Gusseisentag der Wilhelm-Maybach-Schule Stuttgart Der metallurgische Regelkreis Metallurgie und Behandlungstechnik bei GJS und GJV-Herstellung Wolfgang Baumgart Geschäftsführer OCC-GmbH

2 2 Grundlagen GJL Gusseisen mit Lamellengraphit GJV Gusseisen mit Vermikulargraphit GJS Gusseisen mit Kugelgraphit (Sphäroliten)

3 3 H 2 O Phasenumwandlung T[ C] Temperatur- Zeitkurve 0 T[s] DT/dt[ C/s] Negative erste Ableitung 0 T[s]

4 4 Abkühlkurve metastabile Erstarrung 2,1 4,3

5 5 Untereutektische stabile Erstarrung 2,1 4,3

6 6 Temperatur-Zeitkurve gegen Temperatur-Ortskurve

7 7 Untereutektische Erstarrung Erste Phase: Austenit Die Form muss dem Expansionsdruck der Schmelze standhalten, ohne sich dabei zu verformen. P P P P P P-Druck P P P

8 8 Wirkung der Kohlenstoffzugabe T[ C] - Kohlenstoff EUT_UP Kohlenstoffzugabe zur Steuerung der Liquidustemperatur. LIQ EUT DT/dt [ C/s] + Kohlenstoff EUT_LO t[s] EUT_ROC t[s]

9 9 Untereutektisches Gießen

10 10 Übereutektische Erstarrung Erste Phase: Graphit P P-Druck

11 11 Tiegel zur TA Tiegel, die Tellur enthalten, um eine metastabile Erstarrung in Gußeisen zu bewirken. Hereaus Minkon Hereaus Te + S Eigenschaften Tiegel zur Bewertung der stabilen Umwandlung: Anwendung: GJL & GJS Basiseisen Bestimmung: CE, %C, %Si, T Eut meta. Anwendung: GJL & GJS Basiseisen Bestimmung: CE, %C, %Si, T Eut meta. Anwendung: GJS Bestimmung: OCC Hereaus Hereaus CE, %C, %Si, T Eut meta. Eigenschaften Anwendung: Alle Schmelzen Bestimmung: Simulation der Impfung Graphitausbildung Nodularität Sphärolitendichte Perlitgehalt Mechanische Kenndaten Anwendung: Alle Schmelzen Bestimmung: Metallurgische Qualität Anwendung: Alle Schmelzen Bestimmung: Metallurgische Qualität

12 12 AccuVo - 2-Kammersystem - Simulation der Impfung - geschlossen - nur Wärmeabstrahlung an Formstoff - definiertes Volumen - eutektische Umwandlung in ca. 100s abgeschlossen - kein Zerfall des Formstoffes bis zur eutektoiden Umwandlung

13 13 AccuVo Einbringung einer Testimpfung Thermoelement Impfmittel Das Impfmittel, das im Prozess Verwendung findet, wird am Tiegelboden befestigt. Teile des Impfmittels lösen sich und erzeugen den Impfeffekt der grünen Kurve. Temperatur Zeitkurven im AccuVo Cup grün - geimpft rot - ungeimpft

14 14 speiserloses / speiserminimiertes GJS & GJV

15 15 speiserloses / speiserminimiertes Gießen Fallstudie A GF Singen 2008 Bauteil: Hinterachse

16 16 speiserloses / speiserminimiertes Gießen Fallstudie A Gesamtlunkerwert = S (Einzelflächen * Intensität) Beispiel: Bauteil: Kasten: 37 Lunkergebiet 1: 82x14x2 Lunkergebiet 2: 13x7x2 Lunkergebiet 4: 47x9x2 Lunkergebiet 5: 75x10x1,8 Gesamtlunkerwert: 4674

17 Liquidus DGO [ C] 17 speiserloses / speiserminimiertes Gießen Fallstudie A Liquidustemperatur im DGO und Lunkerneigung y = 0,003x R 2 = 0, LIQ_R-DGO Linear (LIQ_R-DGO) Lunkersumme

18 18 speiserloses / speiserminimiertes Gießen Fallstudie B GF Singen 2008 Bauteil: Hinterachse

19 Mittelwert Lunkerbewertung (1=kein Lunker) Liquidustemperatur [ C] 19 speiserloses / speiserminimiertes Gießen Fallstudie B Metallurgischer Versuch vom IMD 5, ,5 4, , ,0 2, ,0 1, ,0 0, ,0 MTW_V1 MTW_V2 MTW_V3 MTW_V4 MTW_V5 MTW_V6 MTW_V7 Versuchsreihen y25 y26 y27 y28 y29 y30 T_Liqu_r DGO T_Liqu_r Pfan 1120

20 20 Wirkung der Impfmittelzugabe T[ C] LIQ + Impfmittel EUT EUT_UP Impfmittelzugabe, um die untere eutektische Temperatur zu steuern (EUT_LO). - Impfmittel EUT_LO DT/dt [ C/s] t[s] EUT_ROC t[s]

21 21 speiserloses / speiserminimiertes Gießen Fallstudie C Modellplatte UK Anschnittnr. 6 Anschnittnr Modellplatte OK

22 Liq. Temp. [ºC] 22 speiserloses / speiserminimiertes Gießen Fallstudie C 1170 Liq / EUT_LO_R Nr. 4 (E-Ofen) 7Kg FeSiBa 14Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 5 (E-Ofen) 12Kg FeSiBa 16Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 1 1Kg Zircinoc 14Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 7 1,5Kg FeSiBa 15Kg VL63 0Kg Kohle NOD-schlecht Nr. 2 3,5Kg FeSiBa 12Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 10 2,5Kg FeSiBa 17,5Kg VL63 5Kg Kohle Nr. 9 2,5Kg FeSiBa 16,5Kg VL63 4Kg Kohle Eut_Lo Temp. [ºC] Nr. 8 2,5Kg FeSiBa 18Kg VL63 2Kg Kohle Nr. 6 3,5Kg FeSiBa 14Kg VL63 0Kg Kohle Nr.11 10Kg FeSiBa 18Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 3 7Kg FeSiBa 12Kg VL63 0Kg Kohle

23 Liq. Temp. [ºC] 23 speiserloses / speiserminimiertes Gießen Fallstudie C Nr. 4 (E-Ofen) 7Kg FeSiBa 14Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 5 (E-Ofen) 12Kg FeSiBa 16Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 1 1Kg Zircinoc 14Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 7 1,5Kg FeSiBa 15Kg VL63 0Kg Kohle NOD-schlecht Nr. 2 3,5Kg FeSiBa 12Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 10 2,5Kg FeSiBa 17,5Kg VL63 5Kg Kohle Nr. 9 2,5Kg FeSiBa 16,5Kg VL63 4Kg Kohle Nr. 8 2,5Kg FeSiBa 18Kg VL63 2Kg Kohle Nr. 6 3,5Kg FeSiBa 14Kg VL63 0Kg Kohle Nr.11 10Kg FeSiBa 18Kg VL63 0Kg Kohle Nr. 3 7Kg FeSiBa 12Kg VL63 0Kg Kohle Mittlerer Anschnittlunker = 4 Mittlerer Anschnittlunker = 3, Eut_Lo Temp. [ºC]

24 24 TA-Kurven zum Gefüge

25 25 TA-Kurven zum Gefüge

26 26 Modell zur Prozesssteuerung Index und Gefüge Das Chart Magnesium- und Impfindex kann mit dem Gefüge im Bauteil verknüpft werden. Form I Form III Form V Form VI Lamellen Vermikel deformierte Sphäroliten Sphäroliten

27 27 Modell zur Prozesssteuerung Zustandserkennung Bestimmung der Messpunkte der thermischen Analyse.

28 28 Übersicht Regelkreis Störeinflüsse: - Ausbringung - Zusammensetzung Zusätze - Ofenzustand Ausgangsgrößen: Basiseisenparameter Stellgrößen: Magnesium- & Cerzugabe Impfmittelzugabe Kohlenstoffzugabe Zielgrößen: Mechanische Kenndaten Physikalische Kenngrößen Gefügekenngrößen Dichtheit

29 29 Methoden der Regelung Ausgangsgrößen Gießbereite Schmelze Zielgrößen Stellgrößen

30 30 Methoden der Regelung Regelkreis Ausgangsgrößen gießbereite Schmelze Zielgrößen Stellgrößen Messung Klassische Vorgehensweise: Neue Vorgehensweise: Weitgehend konstante Stellgrößen Dynamische Veränderung der Stellgrößen aufgrund der Online- Messung von Prozessparametern

31 31 Prozesskontrolle GJS-Navigator

32 32 Anhang: Eisen- Kohlenstoff Gleichgewichtsdiagramm

33 33 Anhang: Einfluss der Begleitelemente