UNTERSUCHUNGSBERICHT (Die Prüfungsergebnisse beziehen sich nur auf das untersuchte Probenmaterial)

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1 A-8700 Leoben, Parkstraße 21 Lorünser Leichtmetallwerk GmbH z. Hd. Hrn. DI (FH) Andreas Veith Bahnhofstr. 9 A-6824 Schlins Tel.: / Fax: / office.ogi@unileoben.ac.at Ihr Zeichen: Unser Zeichen: pa DW / 23 Leoben, den UNTERSUCHUNGSBERICHT (Die Prüfungsergebnisse beziehen sich nur auf das untersuchte Probenmaterial) Untersuchung eines Expansionsverbinders Probeneingang: Bestellung: per Fax Unsere A.-Nr.: Aufgabenstellung Mit o.a. Datum erhielten wir von Ihnen einen gebrochenen Expansionsverbinder (Bezeichnung: 1MA ) mit der Aufgabe eine Schadensanalyse durchzuführen. Nach Angabe des Auftraggebers wurde das, in den Bildern 1 und 2 dargestellte, Gussstück im Sandgießverfahren aus der Legierung EN AC-Al Si7Mg hergestellt und im Anschluss daran einer T6 Wärmebehandlung unterzogen. Dieser Bericht umfasst 5 Textseiten, 2 Tabellen (Tafeln), 19 Bilder, - Beilagen. Nur wort- und formgetreue Reproduktion gestattet. Verein für praktische Gießereiforschung Vorstandsvorsitzender Dipl.-Ing. Dr. mont. HJ. Dichtl Geschäftsführer Univ.Prof. Dr.-Ing. P. Schumacher Bankverbindungen BA CA Leoben, Kto.: , BLZ: PSK Kto.: , BLZ: UID-Nr.: ATU

2 2 Untersuchungsergebnisse 2.1 Visuelle und makroskopische Untersuchung Der zu untersuchende Expansionsverbinder ist am Übergang vom Auge (Seilaufnehmer) zum Verbindungsbügel gebrochen. Bereits die visuelle Begutachtung der Bruchflächen zeigte deutlich zwei unterschiedlich gefärbte Zonen. Der Bereich der Bruchfläche, hin zur Innenseite des Bügels zwischen den beiden Augen, ist dunkler gefärbt als die restliche Bruchfläche (Bilder 5 und 6). Diese Verfärbung ist darauf zurückzuführen, dass der Riss an dieser Stelle länger geöffnet war. Der Rissausgang liegt somit an der Innenseite des Verbindungsbügels. Auf der gesamten Bruchfläche sind zahlreiche verriebene Stellen sichtbar. Diese Spuren treten sowohl im hellen, als auch im dunklen Bereich (Bild 6) der Bruchfläche auf und es erscheint daher plausibel, dass diese Deformationen erst nach dem Versagen des Bauteiles entstanden und nicht Folgen eines Schwingungsbruches sind. Im Bereich in dem das Auge in den Bügel überläuft sind Schleifkerben, die von Gussputzen stammen, sichtbar. 2.2 Rasterelektronenmikroskop (REM) Im Rasterelektronenmikroskop (REM) wurden die unterschiedlich gefärbten Bereiche der Bruchfläche (Bild 4) untersucht. Beide Bruchflächen (Bilder 7 und 8) zeigen die typischen Merkmale eines Gewaltbruches wie er durch eine Überbelastung des Bauteiles entsteht. Wie bereits in Kap. 2.1 beschrieben erfolgte der Bruch in zwei Etappen. Eine erste Überbeanspruchung führte zu einem Bruch bis ca. zur halben Wandstärke (dunkle Fläche), bei neuerlicher Belastung brach dann in weiterer Folge der verbleibende Restquerschnitt. Das Vorhandensein von Korrosionsprodukten auf der Rissfläche konnte nicht nachgewiesen werden. 2.3 Metallografische Untersuchungen Für die Porositätsauswertungen und Gefügeuntersuchungen wurden aus dem Expansionsverbinder drei metallografische Proben ausgearbeitet (Entnahmestellen siehe Bild 3), in Kunstharz eingebettet, geschliffen und poliert. Zur Ermittlung der Porosität wurde ein quantitatives Bildanalysesystem der Fa. SIS, analysis3.2 verwendet. Seite 2 von 16

3 2.3.1 Porosität Die untersuchten Schliffe S1 und S2 (Bilder 9 und 12) weisen sehr niedrige Porositätswerte auf. Der auf die Fläche bezogene Porenanteil liegt bei 0,1 % in der Probe S1 bzw. bei 0,2 % in Probe S Gefügebeurteilung Das Gefüge besteht aus dem hellen α-primärmischkristall und dem körnigen, unveredelten (α + Si) - Eutektikum. Die Si-Partikel der eutektischen Phase sind trotz Wärmebehandlung nur geringfügig eingeformt (Bilder 13 bis 18). Vereinzelt sind als Folge des hohen Eisengehaltes dieser Legierung eisenreiche Phasen in Form von Nadeln und in chinese scipt - Form zu sehen. Am Querschliff S3 wurden Gefügeanomalien, wie Oxidhäute festgestellt (Bilder 17 und 18). 2.4 Härteprüfung Zur Ermittlung der Oberflächenhärte nach Brinell HBW 5/250 (ÖN EN ISO ) wurden an der in Bild 3 gekennzeichneten Position drei Parallelhärteprüfungen durchgeführt. Die durchschnittliche Härte des Expansionsverbinders liegt mit HBW 5/250 = 107 deutlich über der nach EN 1706 für die Legierung EN AC-Al Si7ST6 geforderten Mindesthärte von HBW 5/250 = 75. Die Ergebnisse der Härteprüfung sind in Tabelle 1 zusammengefasst. 2.5 Zugprüfung Aus dem Bügel des Expansionsverbinders wurde eine Zugprobe (Z1) nach DIN B 6 x 30 ausgearbeitet und im anschließenden Zugversuch nach EN auf einer Universalprüfmaschine die 0,2 %-Dehngrenze R p0,2, die Zugfestigkeit R m und die Bruchdehnung A 5d ermittelt. Die Entnahmestelle der Zugprobe ist in Bild 3 dargestellt. Die Ergebnisse für die Zugfestigkeit, die Dehngrenze und die Dehnung liegen innerhalb des in EN 1706 festgelegten Bereiches für diese Legierung. Die in der Norm angegebenen Werte für die mechanischen Eigenschaften beziehen sich auf getrennt gegossene Probestäbe im Gusszustand. Werden, wie im vorliegenden Fall, Probestäbe aus dem Gussstück entnommen, so dürfen die Werte der Streckgrenze und der Zugfestigkeit bis zu 30 % unter den in der Norm festgelegten Werten liegen. Bei der Dehnung dürfen die an den Gussstücken erzielten Werte bis zu 50 % unter den in der Norm angegebenen Sollwerten liegen. Seite 3 von 16

4 Die gemessenen mechanischen Kennwerte, vor allem jene für Zugfestigkeit und Dehngrenze sind als sehr gut einzustufen. Anzumerken ist hierbei jedoch, dass die Ermittlung der statischen mechanischen Werkstoffkennwerte nur an Hand einer einzigen Zugprobe erfolgte. Für eine bessere Charakterisierung des Gussteiles sollte die Anzahl der Zugproben erhöht werden. Die Ergebnisse der statischen Werkstoffprüfung sind in Tabelle 2 zusammengefasst. 3 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Am bereitgestellten Expansionsverbinder wurde eine Schadensanalyse mittels visueller, makroskopischer, mikroskopischer und rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen durchgeführt. Des Weiteren wurden die Härte und die statischen mechanischen Eigenschaften ermittelt. Sowohl die durchschnittliche Härte als auch die statischen Werkstoffkennwerte liegen über den nach EN 1706:1998 geforderten Mindestwerten für die Legierung EN AC-Al Si7MgST6. Die Ergebnisse aus der Härteprüfung und der Zugprüfung zeigen einen Werkstoff mit sehr hohen Härtewerten und hohen Festigkeiten und im Gegenzug dazu niedrige Dehnung. Die Flächenporosität ist sehr niedrig und beträgt 0,1 % bzw. 0,2 %. Das Gefüge weist die üblichen Bestandteile für Legierungen dieses Typs auf. Das Si der eutektischen Phase ist nicht veredelt und kann sich daher auch bei optimal gewählten Wärmebehandlungsparametern nicht vollständig einformen. Vereinzelt sind Gefügeanomalien, wie Oxidhäute als Folge einer mangelhaften Schmelzereinigung und/oder einer turbulenten Formfüllung sichtbar. Zur Erlangung verbesserter Dehnungswerte ist unbedingt eine vollständige Veredelung notwendig. Am Übergang vom Auge zum Verbindungsbügel herrscht in Folge der Bauteilgeometrie starke Kerbwirkung. Wir empfehlen in diesem Bereich eine konstruktive Abänderung. Eine großzügigere Dimensionierung des Übergangsradius zwischen den Augen und dem Verbindungsbügel (Bild 19) können lokale Spannungsspitzen vermindert und gießereitechnische Vorteile erzielt werden. Des Weiteren sind in diesem sensiblen Bereich durch unsachgemäßes Gussputzen hervorgerufen Schäden (Schleifkerben) ungedingt zu vermeiden. Diese sind in diesem Bereich besonders kritisch und begünstigen die Anrissbildung bei Überlastung. Seite 4 von 16

5 ÖSTERREICHISCHES GIESSEREI-INSTITUT Institutsleiter: Sachbearbeiter: Dipl.-Ing. G. Schindelbacher Dipl.-Ing. Th. Pabel Probenaufbewahrungsfristen: Um Rücknahme der Prüfgegenstände wird gebeten. Lagerfähige Prüfgegenstände, Restmaterialien, Proben werden für 6 Monate, metallographische Schliffe für 10 Jahre aufbewahrt. Rücksendung oder längere Aufbewahrung nur auf Vereinbarung möglich. Seite 5 von 16

6 Tabelle 1: Brinellhärtewerte, Messung nach ÖN EN ISO , akkr. Prüfverfahren am ÖGI Eindruck Nr. HBW 5/250 * Härtewert nach Norm EN AC-Al Si7ST6 nach EN 1706:1998 HBW 5/250 min. min Mittelwert 107 * Härtemessung nach mechanischem Abarbeiten von 0,5 mm Gusshaut Tabelle 2: Ergebnisse Zugversuch (EN , akkr. Prüfverfahren am ÖGI) von Probestab Z1 (DIN B 6 x 30) R p0,2 R m A 5d MPa MPa % Zugstab Z1 B 6 x ,8 EN AC-Al Si7MgST6 EN 1706: ,5 1 Mindestwerte für Probestäbe, aus Gussteil entnommen Seite 6 von 16

7 43780_6 Bild 1 : Gebrochener Expansionsverbinder, Teil 2 20mm 43780_4 Bild 2 : Gebrochener Expansionsverbinder, Teil 1 20mm Seite 7 von 16

8 HBW Zugprobe S1 S3 S _2 20mm Bild 3 : Probenentnahmestellen und Probenbezeichnung REM2 REM _5 Bild 4 : Position der REM-Aufnahmen 20mm Seite 8 von 16

9 Helle Bruchfläche Dunkle Bruchfläche 43780_8zoom 20mm Bild 5 : Bruchfläche 2, Grenze heller und dunkler Bereich der Bruchfläche 43780_9 20mm Bild 6 : Bruchfläche 2, verriebene Zonen, Makroskopaufnahme Seite 9 von 16