Die Schwingfestigkeit von Gusseisen mit Kugelgrafit bei

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1 TECHNOLOGIE & TRENDS FOTO: kaspan FOTOLIA Die Schwingfestigkeit von Gusseisen mit Kugelgrafit bei Tieftemperaturen Festigkeitspotentiale für die Windenergie? VON CHRISTOPH BLEICHER, RAINER WAGENER, HEINZ KAUFMANN UND TOBIAS MELZ, DARMSTADT Einleitung Im Rahmen der Nutzung der Windenergie sollen immer mehr Windenergieanlagen auch in Gebieten mit tiefen Temperaturen sowohl on- als auch offshore eingesetzt werden, für die die entsprechenden Eigenschaften der verwendeten Gusswerkstoffe nicht genormt sind [1]. Dabei werden nicht nur an den EN-GJS-400 als Standardgusswerkstoff für Windenergieanlagen im Leistungsbereich von mehreren kw bis 7,5 MW gesteigerte Anforderungen bezüglich seiner Werkstoffeigenschaften unter tiefen Temperaturen gestellt, auch die Gewichtsreduktion für die Großkomponenten von Windenergieanlagen durch die Nutzung höherfester Werkstoffe steht im Fokus. Für die Verschiebung in immer extremere Einsatzbereiche wurde zunächst von einem EN-GJS ausgehend der Werkstoff EN-GJS U-LT durch eine höhere genormte Kerbschlagarbeit bei einer Temperatur von ϑ = 20 C für den Einsatz bei dieser Temperatur qualifiziert. Zunehmend ist jedoch auch der Einsatz bei arktischen Temperaturen um und unter ϑ = -40 C angedacht. Um die Normungen und Richtlinien [2, 3] einzuhalten, wäre ein Rückgriff auf den Werkstoff EN-GJS LT notwendig. Dieser bietet jedoch neben der geringeren Festigkeit ein nicht optimales Verschleißverhalten für stark beanspruchte Oberflächen. Vor allem im Hinblick auf die Werkstofffestigkeit ist dieser Zielkonflikt zu lösen, um die Windenergie kostengünstiger und weitreichender bei möglichst verbesser- Windenergieanlagen sollen zunehmend auch in Tieftemperaturgebieten zum Einsatz kommen, womit sich besondere Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe ergeben. 38 Giesserei /2014

2 KURZFASSUNG: Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit werden die drei Gusseisenwerkstoffe EN-GJS U-LT, EN-GJS und EN-GJS mit Blick auf ihre Einsatzeignung bei Tieftemperaturen am Beispiel von zyklischen und zügigen Festigkeitsuntersuchungen bei Raumtemperatur und bei einer Temperatur von ϑ = -40 C betrachtet. Als Ergebnis konnte ein Schwingfestigkeitszuwachs von 4 bis 7 % bei den beiden ferritischen Sorten und ein Abfall der zyklischen Festigkeit von 6 % beim perlitischen EN GJS beim Übergang von Raumtemperatur zu ϑ = -40 C festgestellt werden. Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung der untersuchten Werkstoffe. Werkstoff Chemische Elemente in % (Massenanteil) C Si Mn P S Mg EN-GJS U-LT 3,410 2,200 0,172 0,033 0,006 0,049 EN-GJS ,320 3,180 0,160 0,017 0,008 0,051 EN-GJS ,700 2,410 0,500 0,020 0,006 0,051 Tabelle 2: Ergebnisse der statischen Untersuchungen der Werkstoffe EN-GJS U-LT, EN-GJS und EN-GJS Kennwert Tempe- Werkstoff ratur 1) in C EN-GJS U-LT EN-GJS EN-GJS Zugfestigkeit RT 350,7 430,7 566,3 R m ,3 457,3 576,3 Dehngrenze RT 234,9 317,7 491,7 R p0, ,7 357,0 547,3 Dehngrenzenver- RT 66,9 73,8 86,8 hältnis R p0,2 /R m in % ,4 78,1 95,0 Bruchdehnung RT 13,6 16,8 0,9 A 5 in % ,4 7,5 0,4 Kerbschlag- RT 19,2 5,2 2,2 arbeit in J -40 8,4 2,0 2,0 RT Raumtemperatur tem Leistungsgewicht (kg/kw) nutzen zu können. Gegebenenfalls kann hierzu auch die Schwingfestigkeit bei tieferen Temperaturen Unterstützung leisten, sodass nachfolgend zyklische Ergebnisse dreier Gusseisenwerkstoffe mit Kugelgrafit bereitgestellt werden. Dabei findet auch der höherfeste Werkstoff EN-GJS Berücksichtigung, der momentan auf Grund zu geringer Duktilität nur in sehr wenigen Komponenten zum Einsatz kommt. Die Prüfung der Eisengusswerkstoffe EN-GJS U-LT und EN-GJS sowie EN-GJS erfolgte unter Raumtemperatur sowie bei ϑ = -40 C. Dabei wurden die Schwingfestigkeit, die statischen Kennwerte und die Kerbschlagarbeit experimentell bestimmt und gegenübergestellt. Schwingfestigkeitsuntersuchungen am Gusseisen mit Kugelgrafit (Sphäroguss) bei Tieftemperaturen finden sich nur wenige in der Literatur. So wurde von Karasawa und Ueda [4] die Schwingfestigkeit von GGG-60 bei Temperaturen von ϑ = 20 C sowie ϑ = 16 C und ϑ = -78 C ermittelt. Sie wiesen einen Schwingfestigkeitszuwachs von etwa 14 % beim Übergang von Raumtemperatur zu einer Temperatur von ϑ = -78 C nach. Ebenso wird in [5] über einen Anstieg der Schwingfestigkeit im Zeitfestigkeitsbereich beim Werkstoff EN-GJS U-LT für den Bereich bis N = Schwingspielen bei ϑ = -40 C berichtet. In [5] wird eine um etwa 14 % erhöhte ertragbare Spannungsamplitude bei N = Schwingspielen festgestellt. Gorski und Dörfer [6] stellen in ihrem Artikel die Ergebnisse von Berstdruckversuchen am hochsiliciierten GOPAG C 500 F dem EN-GJS U-LT, dem EN-GJS U sowie dem HYT 60 bei Raumtemperatur, bei ϑ = -20 C sowie ϑ = -40 C gegenüber. Bei allen Werkstoffen wird mit sinkender Prüftemperatur eine Erhöhung des maximal ertragbaren Berstdruckes festgestellt. Neben diesen Versuchen wird unter anderem in [7] und [8] eine umfangreiche Übersicht über die statischen Kennwerte von (duktilen) Gusseisensorten in

3 TECHNOLOGIE & TRENDS FOTOS und grafiken: fraunhofer lbf Bild 1: Verwendete Probengeometrie. Bild 2: Klimakammer mit eingebauter Schwingprobe und mechanischer Klemmung. Form von Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung, Brucheinschnürung und Kerbschlagarbeit gegeben. Werkstoffe Die aktuellen Schwingfestigkeitsuntersuchungen wurden an den ferritischen Werkstoffen EN-GJS U-LT sowie EN-GJS und dem höherfesten, perlitischen Werkstoff EN-GJS an Rundproben aus dickwandigen Platten (120 mm bis 230 mm) durchgeführt. Die chemische Zusammensetzung zeigt Tabelle 1. Die Proben wurden bei den Werkstoffen EN-GJS und EN-GJS aus dem Plattenmittenbereich und beim EN-GJS U-LT aus dem Randbereich der Gussplatten entnommen. Um einen Vergleich der ermittelten Schwingfestigkeitskennwerte mit den statischen Materialkennwerten zu ermöglichen, wurden diese Kennwerte an jeweils 3 Proben je Temperatur (Raumtemperatur und ϑ = -40 C) an Probenmaterial ermittelt, das ebenfalls aus den Platten an entsprechend gleicher Position entnommen wurde. Die Ergebnisse der Zugversuche sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Der in [8] und [9] für den GGG-40 dokumentierte Anstieg von Zugfestigkeit R m und 0,2-%-Dehngrenze R p0,2 wird durch die vorliegenden Untersuchungen am EN-GJS U-LT bestätigt. Auch für den mischkristallverfestigten EN-GJS und den perlitischen EN-GJS ließ sich eine Zunahme der beiden Kennwerte feststellen. Ebenfalls stieg auch das Dehngrenzenverhältnis als Quotient aus 0,2-%-Dehngrenze R p0,2 zu Zugfestigkeit R m für alle Werkstoffe an. Die Bruchdehnung A 5 zeigte ein uneinheitliches Bild. Während sie beim kaltzähen EN GJS U-LT für ϑ = 40 C deutlich anstieg, war genauso deutlich ein Abfall beim EN-GJS festzustellen. Die Bruchdehnung des EN GJS ist sowohl bei Raumtemperatur als auch bei ϑ = 40 C sehr niedrig und scheint sich tendenziell beim Übergang von Raum- zu Tieftemperatur noch zu verringern. Für die Kerbschlagversuche wurden je Temperaturbereich 5 Proben verwendet. Die Kerbschlagarbeit fiel beim EN-GJS U-LT von 19,2 J deutlich auf 8,4 J ab. Bei den beiden anderen Werkstoffen wird eine Verringerung der Kerbschlagarbeit auf 2,0 J festgestellt. Der EN-GJS bleibt damit auf dem ohnehin niedrigen Wert bei Raumtemperatur stehen, während der EN-GJS bei Raumtemperatur noch eine Kerbschlagarbeit von 5,2 J auswies. Durchführung der zyklischen Versuche Für die experimentelle Bestimmung der Schwingfestigkeit mit Hilfe von kraftgeregelten Wöhlerversuchen unter Wechselbelastung (R = -1, Verhältnis Unterspannung/Oberspannung) wurden Proben verwendet, die ein höchstbeanspruchtes Werkstoffvolumen (HBV 90% ) [10] von 431 mm³ aufweisen (Bild 1). Dieser, im Vergleich zu den hohen Materialdicken der Platten geringe Prüfquerschnitt, ermöglichte neben der guten Prüfbarkeit auch eine Realisierung von kurzen Abkühlzeiten von etwa t = 3 h auf ϑ = -40 C im Kaltluftstrom einer Klimakammer (Bild 2). Die Untersuchungen wurden auf servohydraulischen Prüfmaschinen mit mechanischer Klemmung bei Prüffrequenzen zwischen 10 Hz und 120 Hz unter Kraftregelung bis zum Probenversagen bzw. bis zur Grenzschwingspielzahl N G = durchgeführt. Für die Schwingfestigkeitsuntersuchungen der Proben bei ϑ = -40 C stand eine fest installierte Klimakammer 40 Giesserei /2014

4 Spannungsamplitude σ a, n Bruchschwingspielzahl N B Bild 3: Spannungs-Wöhlerlinie für den Werkstoff EN-GJS U-LT für Raumtemperatur und ϑ = -40 C. Tabelle 3: Ergebnisse der Wöhlerversuche im Überblick. Werkstoff R Tempe- Parameter der Spannungs-Wöhlerlinien ratur in C Abknick- Neigung k Spannungsamplitude Spannungsamplitude Streuung punkt N k s a, k bei N k und s a bei N = /T s p ü = 50% und P ü = 50% EN-GJS RT 1, , ,29 18U-LT , , ,20 EN-GJS RT , , , ,16 EN-GJS RT , , , ,38 RT - Raumtemperatur Giesserei /

5 TECHNOLOGIE & TRENDS Spannungsamplitude σ a, n mit einem einstellbaren Temperaturbereich von ϑ = -80 C bis ϑ = +250 C und einer Abkühlrate von 2 C/min bereit. Die Prüfmaschinen vom Typ Schenck besitzen einen maximalen Arbeitsbereich von ±25 kn. Um einer Eisbildung vor, während und direkt nach der Prüfung vorzubeugen, ist die Klimakammer im Betrieb zur Umgebung hin abgedichtet. Mit Hilfe von Kalibriermessungen wurde die Umgebungstemperatur für die Tieftemperaturversuche eingemessen, um im Probeninneren eine Temperatur von ϑ = 40 C nach t = 2 h Abkühlzeit zu ermöglichen. Zur Absicherung einer ausreichenden Durchkühlung wurde eine weitere Stunde als Haltezeit vorgesehen. Ergebnisse aus den Wöhlerversuchen Bruchschwingspielzahl N B Bild 4: Spannungs-Wöhlerlinie für den Werkstoff EN-GJS für Raumtemperatur und ϑ = -40 C. Spannungsamplitude σ a, n Bruchschwingspielzahl N B Bild 5: Spannungs-Wöhlerlinie für den Werkstoff EN-GJS für Raumtemperatur und ϑ = -40 C. Prüfung bei Raumtemperatur Die Schwingfestigkeitsuntersuchungen ergaben für die drei untersuchten Werkstoffe Abknickpunkte der Wöhlerlinien von der Zeitfestigkeit in die Langzeitfestigkeit im Bereich von N k = und N k = Schwingspielen (Bilder 3 bis 5 und Tabelle 3) und liegen damit im für Kugelgrafitguss üblichen Bereich [11 bis 13]. Bei der Grenzschwingspielzahl N G = betrachtet, liegt die ertragbare Nennspannungsamplitude des hochsiliciierten Werkstoffes EN-GJS um gut 42 Giesserei /2014

6 Zugfestigkeit, Dehngrenze R p0, EN-GJS-400- EN-GJS-400- EN-GJS , 18U-LT, ϑ = RT 18U-LT, ϑ = -40 C ϑ = RT Zugfestigkeit R m Dehngrenze R p0,2 4 % über der des EN-GJS U-LT. Auf Grund der zu den anderen beiden Werkstoffen geänderten Entnahmeposition der Proben darf beim EN-GJS U-LT eine bessere Gefügeausbildung und eine damit verbundene vergleichsweise höhere Schwingfestigkeit erwartet werden, als es bei den Proben aus EN-GJS der Fall EN-GJS , ϑ = -40 C EN-GJS-700-2, ϑ = RT EN-GJS-700-2, ϑ = -40 C Nennspannungsamplitude experimentell bei N G = , P Ü = 97,7 % Nennspannungsamplitude synthetisch bei N G = , P Ü = 97,7 % Bild 6: Vergleich der statischen und zyklischen Kennwerte (experimentell und synthetisch) ist. Der EN-GJS bestätigt damit die ermittelten Kennwerte aus [12]. Der Schwingfestigkeitszuwachs gegenüber [12] ist unter anderem auf das in der vorliegenden Untersuchung 13-fach geringere Probenprüfvolumen zurückzuführen. Für den EN-GJS wurde bei der Grenzschwingspielzahl eine ertragbare Spannungsamplitude von σ a,g = 201 MPa ermittelt und damit eine deutlich höhere Schwingfestigkeit als bei den getesteten, rein ferritischen Gusssorten. Für deren Streuung ergaben sich Werte im Bereich T σ = 1 : 1,17 bis T σ = 1 : 1,29, die damit mit den Ergebnissen aus [11, 12] vergleichbar sind. 0 Nennspannungsamplitude σ a Giesserei /

7 TECHNOLOGIE & TRENDS Bild 7: Vergleich Probe S5-I-K-11 (links) und Probe S5-I-K-07 (rechts), EN-GJS Tabelle 4: Abgeschätzte und berechnete Nennspannungsamplituden für N G = und P Ü = 97,7 %. Werkstoff R Temperatur Errechnete Aus Versuchen in C Spannungs- ermittelte amplitude Spannungsnach [2] amplitude EN-GJS U-LT -1 RT EN-GJS RT EN-GJS RT Für die Berechnung nach [2] verwendete Parameter: S d = 1,0; S Pü = 2/3; R z = 2,5 µm; S t = 1, da die statischen Kennwerte an den Platten ermittelt wurden. Prüfung bei ϑ = -40 C Die Schwingfestigkeitsuntersuchungen bei ϑ = -40 C zeigten ein uneinheitliches Bild. Beim EN GJS U-LT und beim mischkristallverfestigten EN-GJS ließ sich parallel mit der Steigerung der Zugfestigkeit R m und der 0,2-%-Dehngrenze R p0,2 auch eine Steigerung der Schwingfestigkeit ermitteln. So stieg die Nennspannungsamplitude bei der Grenzschwingspielzahl beim Werkstoff EN-GJS U-LT um 4 % (Bild 3) und beim EN GJS um 7 % an (Bild 4). Demgegenüber verringerte sich die Schwingfestigkeit im Wöhlerversuch bei EN-GJS um gut 6 % (Bild 5). Dennoch blieb dessen Schwingfestigkeit mit einer Spannungsamplitude von 189 MPa noch deutlich über den beiden ferritischen Sorten. Die Einzelergebnisse und die Kennwerte der Wöhlerlinie sind in Tablle 3 festgehalten. Die Neigung k der Zeitfestigkeitsgeraden der Wöhlerlinie blieb für die ferritischen Gusssorten nahezu unverändert, wobei für alle drei Werkstoffe bei der Auswertung der Abknickpunkt aus den Wöhlerlinien bei Raumtemperatur für die Wöhlerlinien bei ϑ = 40 C übernommen wurde. Eine deutliche Abweichung ergab sich nur beim EN-GJS-700-2, bei dem sich die Neigung der Zeitfestigkeitsgeraden von k = 7,5 auf k = 4,9 merklich erhöhte. Die Durchläufer wurden für die Auswertung der Neigung k und der Streuung T σ mit berücksichtigt und es wurde eine Neigung nach dem Abknickpunkt 5 % pro Dekade (k* = 44,9) angenommen [14]. Die Streuungen der ferritischen Gusseisensorten blieben auch bei ϑ = -40 C unter dem in [11] empfohlenen Wert von T σ = 1 : 1,30; beim EN-GJS U-LT ließ sich bei ϑ = -40 C sogar eine deutlich verringerte Streuung gegenüber Raumtemperatur feststellen. Der EN-GJS wich von den Erfahrungswerten [13] und den Ergebnissen bei Raumtemperatur deutlich ab. Neben einer steileren Neigung nahm auch die Streuung T σ von 1 : 1,25 auf 1 : 1,38 bei ϑ = -40 C deutlich zu (Bild 5). Vergleich der experimentellen Kennwerte mit dem synthetischen Konzept Neben den durch die Versuche experimentell bestimmten Wöhlerlinien soll an dieser Stelle ein Vergleich zu Schwingfestigkeitskennwerten auf Basis der synthetischen Wöhlerlinien bei Raum- und Tieftemperatur angestellt werden, wie sie üblicherweise anhand statischer Messgrößen aus dem Zugversuch auf Basis von [2] im Auslegungsprozess von Windkraftkomponenten ermittelt werden. Dabei dienen die statischen Werkstoffkennwerte als Basis, um den Verlauf der Wöhlerlinie im Zeitund Langzeitfestigkeitsbereich bzw. die sogenannte Dauerfestigkeit abzuschätzen. In diesem Konzept findet ebenso die vorliegende Werkstoffgütestufe und deren Nachweisverfahren (z. B. durch eine Ultraschallprüfung) über einen Abminderungsfaktor S d Berücksichtigung, wie auch die Wanddicke des zu bemessenden Bauteils. Der Abminderungsfaktor S t berücksichtigt diesen Wanddickeneinfluss und kann entfallen, wenn die Zugproben wie im vorliegenden Fall aus dem zu bemessenden Wandbereich entnommen wurden und nicht als Angussprobe vorliegen. Ausgehend von den in Tabelle 2 zusammengestellten statischen Kennwerten ergeben sich die Spannungsamplituden bei der Grenzschwingspielzahl N G = (Tabelle 4, Bild 6). Die dort errechneten Werte gelten für den Fall einer nachgewiesenen Gütestufe 1 und einer Überlebenswahrscheinlichkeit von P Ü = 97,7 %. Das synthetische Konzept unterstellt eine Dauerfestigkeit, während bei den experimentellen Kennwerten eine Neigung von k* = 45 nach dem Abknickpunkt der Wöhlerlinie für den Bereich der Langzeitfestigkeit angenommen wird. Es stellt sich heraus, dass das synthetische Konzept die experimentellen Spannungsamplituden unterschätzt, wenn auch nur tendenziell. Natürlich wirkt sich die geringe Streuung auf Grund der doch überschaubaren Versuchsanzahl positiv auf den experimentellen Kennwert bei 2-facher Standardabweichung (P Ü = 97,7 %) aus. Dennoch ist zu beachten, dass bereits ein Abfall der Schwingfestigkeit von 5 % pro Dekade (gemäß k* = 44,9) nach dem Abknickpunkt unterstellt wird. Bei Beachtung der Nennspannungsamplituden am Abknickpunkt fallen die Unterschiede zwischen Berechnung und Experiment mit 10 % beim EN GJS U-LT bei ϑ = 40 C deutlich größer aus. Lediglich der synthetische Kennwert beim EN GJS bei ϑ = -40 C überschätzt die Schwingfestigkeit deutlich, da er die leicht erhöhte Zugfestigkeit R m bei ϑ = 40 C für die Berechnung verwendet. Gegenebenfalls sind die experimentellen Kennwerte auf das am Bauteil lokal betrachtete Werkstoffvolumen umzurechnen. Metallografie Wie in den Wöhlerdiagrammen in den Bildern 3 bis 5 vermerkt, fanden nicht alle geprüften Proben in der Auswertung Berücksichtigung, da sich bei der fraktografischen Analyse der Bruchflächen im Stereomikroskop und im Rasterelektronen- 44 Giesserei /2014

8 mikroskop (REM) als Grund des frühen Ausfalls in allen Fällen ein Lunker mit einem maximalen Feret-Durchmesser von mehr als 1 mm im Prüfbereich ergab. Bild 7 zeigt hierzu beispielhaft die REM- Aufnahmen der Bruchflächen zweier Proben des EN GJS bei Raumtemperatur, von denen die Probe S5-I-K-11 bei einem Lasthorizont von σ a = 170 MPa mit N B = Schwingspielen eine deutlich geringere Lebensdauer aufwies als die Probe S5-I-K-07, die bei einer Nennspannungsamplitude von σ a = 180 MPa N B = Schwingspiele erreichte. Gut zu erkennen ist bei Probe S5-I-K-11 ein gut 2,7 mm langer Lunkerkanal. Dieser wird in der linken REM-Aufnahme durch die 4 weißen Linien begrenzt. Auch bei den anderen Proben, die einen frühen Ausfall zeigten, konnten überdurchschnittlich hohe Ansammlungen von kleineren Lunkern im Bruchquerschnitt bzw. das Vorhandensein eines großen Lunkers als Versagen identifiziert werden. Im Weiteren fanden an den Proben aus EN-GJS U-LT und EN-GJS nach der zyklischen Prüfung bei ϑ = RT und ϑ = -40 C im REM Untersuchungen auf ihr Bruchverhalten hin gerade im Bild 8: Vergleich der Bruchflächen von Proben der zyklischen Prüfung bei Raumtemperatur (links) und bei ϑ = -40 C (rechts) für den Werkstoff EN-GJS U-LT. Bild 9: Vergleich der Bruchflächen von Proben der zyklischen Prüfung bei Raumtemperatur (links) und bei ϑ = -40 C (rechts) für den Werkstoff EN-GJS Giesserei /

9 Schwingbruchbereich statt. Die Gegenüberstellung der Ergebnisse für Proben der Wöhlerlinie bei Raumtemperatur und ϑ = -40 C für EN-GJS U-LT (Bild 8) zeigte keine deutlichen Unterschiede der Bruchfläche. Speziell beim EN-GJS U-LT fielen keine zusätzlichen Sprödbruchanteile nach der Prüfung bei ϑ = -40 C auf. Auffällig waren jedoch kleine Löcher bei den Proben der Tieftemperaturprüfung beider Werkstoffe, die durch herausgelöste Einschlüsse entstanden. In Bild 8 sind links die Einschlüsse und rechts die Löcher durch die herausgelösten Einschlüsse zu erkennen. Gleiches zeigte sich auch beim EN-GJS (Bild 9). Auch hier sind Ausbrüche durch herausgelöste Einschlüsse bei ϑ = -40 C zu erkennen. Zusammenfassung Im Rahmen der Untersuchungen an Probenmaterial aus dickwandigen Abgüssen der Werkstoffe EN-GJS U-LT, EN- GJS und EN-GJS wurde deren Schwingfestigkeitsverhalten bei axialer Wechselbelastung unter Raumtemperatur und bei ϑ = -40 C untersucht. Für die beiden ferritischen Gusssorten fand ein Anstieg der Schwingfestigkeit beim Übergang von Raumtemperatur auf Tieftemperatur statt. Dieses Verhalten stimmte mit der Erhöhung der Zugfestigkeit R m und der 0,2-%-Dehngrenze R p0,2 von Raumtemperatur zu ϑ = -40 C bis auf den EN-GJS überein. Bei letzterem reduzierte sich die Schwingfestigkeit trotz einer Verbesserung der statischen Kennwerte, blieb aber dennoch weit über den Ergebnissen der ferritischen Gusssorten. Es zeigte sich, dass die Tendenz zur Erhöhung der Schwingfestigkeit mit der temperaturbedingten Erhöhung der Zugfestigkeit für den EN-GJS nicht zutrifft. Ein Vergleich stellte die gewonnenen Ergebnisse den Kennwerten nach dem synthetischen Konzept gegenüber. Die errechnete Schwingfestigkeit auf Basis der statischen Werkstoffkennwerte lag bis auf die Ergebnisse beim EN-GJS bei ϑ = -40 C auf der konservativen Seite. Im Rahmen der durchgeführten metallografischen Untersuchungen konnten bei den Proben, die ein vergleichsweise frühes Ausfallen zeigten, größere Lunker identifiziert werden. Diese Proben wurden entsprechend im Diagramm gekennzeichnet und nicht in die statistische Auswertung der Wöhlerlinien einbezogen. Ein Bruchflächenvergleich zeigte sowohl beim kaltzähen EN-GJS U-LT als auch beim EN GJS Ausbrüche von Einschlüssen bei ϑ = -40 C. Eine zusätzliche Versprödung der Werkstoffe bei ϑ = 40 C ließ sich anhand der metallografischen Untersuchungen nicht dokumentieren. Ausblick Mit den hier durchgeführten Untersuchungen soll ein Beitrag zur Diskussion über den Umgang mit Gusseisenwerkstoffen für Tieftemperaturanwendungen geleistet werden. Da bei der Temperatur ϑ = 40 C für die untersuchten Werkstoffe eine Normung der Kerbschlagarbeit nicht vorliegt, wurde die Schwingfestigkeit unter Wechselbelastung als ein Maß für die Werkstofffestigkeit bei dieser Tieftemperatur herangezogen. Natürlich ist die Mittelspannungsempfindlichkeit und ein Über- bzw. Sonderlastverhalten im Betriebsfestigkeitsnachweis gerade beim EN-GJS oder anderer höherfester Gusseisenwerkstoffe zusätzlich bei Tieftemperaturen zu untersuchen. Die Werkstoffwechselfestigkeit der untersuchten Werkstoffe zeigt dennoch Festigkeitspotentiale für den Tieftemperatureinsatz von Windenergieanlagen. Dipl.-Ing. Christoph Bleicher, Dr.-Ing. Rainer Wagener, Dr.-Ing. Heinz Kaufmann und Prof. Dr.-Ing. Tobias Melz, Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt Literatur [1] DIN EN 1563: : Gießereiwesen Gusseisen mit Kugelgrafit. Deutsche Fassung EN 1563:2011. Beuth Verlag GmbH, Berlin, [2] Guideline for the certification of wind turbines. Germanischer Lloyd Industrial Services GmbH, Hamburg, [3] GL Wind-Technical Note 067 Certification of wind turbines for extreme temperatures (here: cold climate). Germanischer Lloyd Industrial Services GmbH, Hamburg, [4] Journal of the Society of Materials Science, Japan 14 (1965), [Nr. 146], S ISSN: [5] Giesserei-Rundschau 59 (2012), [Nr. 11/12], S [6] Gorski, R.; Dörfer, F.: Berstdruckversuche mit Gusseisenwerkstoffen bei niedrigen Temperaturen. peipers.de/uploads/media/fachartikel_berstdruckversuche_03.pdf. [7] Hasse, S.: Duktiles Gusseisen: Handbuch für Gusserzeuger und Gussverwender. Schiele und Schön, Berlin, S ISBN [8] Gießereiforschung 33 (1981), [Nr. 3], S [9] konstruieren + gießen 22 (1997), [Nr. 1], S [10] Konstruktion 47 (1995), S [11] Kaufmann, H.: Zur schwingfesten Bemessung dickwandiger Bauteile aus GGG- 40 unter Berücksichtigung gießtechnisch bedingter Gefügeungänzen. Fraunhofer LBF, Darmstadt, LBF-Bericht FB-214, [12] Giesserei 101 (2014), [Nr. 9], S [13] Gießereiforschung 41 (1989), [Nr. 3], S [14] Konstruktion 57 (2005), [Nr. 4], S Giesserei /