Das Forschungsprojekt hatte zum Ziel, die lokalen Eigenspannungen zu bestimmen, mit Hilfe der Gießprozesssimulation vorherzusagen und zur betriebsfesten Auslegung von Aluminium-Silizium-Gussbauteilen zu berücksichtigen.
Aluminium-Silizium-Gusslegierungen bieten eine Vielzahl an Vorteilen und werden zunehmend zur Herstellung von hochbelasteten Motorenkomponenten wie beispielsweise Zylinderköpfen oder Zylinderkurbelgehäusen eingesetzt. Der fortwährende Trend hin zu steigenden Leistungsdichten und Zünddrücken bei gleichzeitiger Umsetzung von Leichtbaustrategien wird die thermomechanische Belastung der Motorkomponenten weiter erhöhen. Folglich müssen die Gefügestruktur und die mechanischen Eigenschaften derartiger Bauteile immer genauer modelliert und berechnet werden. Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, die lokalen Eigenspannungen 2. Art zu bestimmen und deren Einfluss auf das thermomechanische Schädigungsverhalten zu analysieren. Damit stellt letztlich die Gießprozesssimulation genauere Parameter für die betriebsfeste Auslegung von Aluminium-Silizium-Gussbauteilen bereit.
rechts: Visualisierung der Gefügestruktur (Quelle: Technische Universität München, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen)
Im Rahmen des Projekts wurde ein effizientes Simulationsverfahren für Gefügestrukturen (μ-FE-Methode) entwickelt, das die Berechnung wesentlicher thermomechanischer Kennwerte von technisch relevanten Al-Si-Gusswerkstoffen unter Berücksichtigung der lokalen Eigenspannungen ermöglicht. Der Aufbau der geometrischen Gefügestruktur (siehe Abb. 1) erfolgte auf der Basis von μ-CT-Aufnahmen (siehe Abb. 2). Die Parameter für das mikromechanische Modell wurden mit Hilfe der Neutronendiffraktometrie bestimmt. Dabei wurden anhand gegossener Probekörper Zugversuche durchgeführt, um sowohl die Eigenspannungen 2. Art als auch die phasenspezifische Lastaufnahme ermitteln zu können.
Mit Hilfe des entwickelten µ-FE-Modells werden durch Mikrostruktursimulation thermomechanische und physikalische Daten ermittelt, die anschließend in die Gießprozesssimulation integriert wurden. Zuletzt wurden die Daten zur Betriebsfestigkeitsberechnung weitergegeben, um eine betriebsfeste Auslegung von Al-Si-Bauteilen zu ermöglichen.
