Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Bereichsbezogene Klassifikation von Graphitausbildungen in Gusseisen mit Lamellen- bzw. Vermiculargraphit sowie von nicht den Grundformen zuzuordnenden Graphitstrukturen mittels digitaler Bildverarbeitung

Die Gefügeanalyse stellt im Bereich Qualitätssicherung einen wichtigen Aspekt dar, da sie einerseits die Kundenanforderungen an die Gussteile unter Angabe der Graphitkenngrößen bedingt sowie andererseits als Grundlage für die Materialentwicklung dient und dabei das Bindeglied in der Korrelation „Prozess – Gefüge – Eigenschaften“ darstellt. Dabei haben Menge, Größe und Anordnung der Graphitpartikel Einfluss auf mechanische, thermische und tribologische Eigenschaften, sodass eine reproduzier-bare, objektive (Hard- & Software unabhängige) Auswertung gewährleistet werden muss, um eine essentielle Beschreibung der Gefüge auf diese Eigenschaften zu er-möglichen. Zurzeit erfolgt die Gefügebeurteilung visuell bzw. teilweise mittels digitaler Bildanalyse, welche aber für GJL und GJV nicht einheitlich definiert ist. In den KMU-Eisengießereien ist die quantitative Bildanalyse noch nicht flächendeckend verbreitet und beschränkt sich in vielen Fällen auf die Analyse von GJS-Gefügen. Die zu entwickelnde objektive Graphitanalyse ermöglicht es den Gießereien, Qualitätsvereinbarungen mit den Abnehmern zu treffen. Zudem können dann Gefügebestandteile und -abweichungen quantifiziert und darauf aufbauend, einen sicheren Umgang hinsichtlich des Re- und Upcycelns von störelementhaltigen, aber kostengünstigen Stahlschrotten entwickelt werden. Durch die zu entwickelnde objektive, reproduzierbare Analyse des Gefüges können die Zusammenhänge zwischen Herstellungsbedingungen, Werkstoffgefüge und Eigenschaften quantitativ analysiert werden. Dies ermöglicht den zumeist KMU-Eisengießereien eine gezielte Werkstoffentwicklung und steigert ihre Wettbewerbsfähigkeit.

Ergebniszusammenfassung:

Es konnte ein umfassendes Portfolio für vernetzten Graphit aus 75 Proben extrahiert werden. Die Anordnungsbestimmung für diese Gefügeaufnahmen wurde im 1. Ringversuch mit den industriellen Teilnehmern durchgeführt und auf eine sehr breite Basis gestellt. Aus diesen Arbeiten wurden Referenzaufnahmen erzeugt, die direkt in der DIN EN ISO 945-1 genutzt werden können (AP1&2).

Es wurde erfolgreich Einflüsse auf die Ergebnisse der digitalen Bildanalyse (DBA) untersucht. Für die Bestimmung von Größen- und Morphologieparametern konnten klare Arbeitsempfehlung herausgearbeitet werden. Diese sollten in zukünftigen Normen/Merkblättern zur DBA von GJL und GJV beachtet werden und eine Inklusion in die ISO 945-4 diskutiert werden (AP3).

Methoden zur 3D-Bildgebung wurden auf Basis ihrer Durchführbarkeit, erwarteter Qualität und Aufwand ausgewählt. Vernetzte Graphitstrukturen wurden qualitativ mittels Tiefenätzungen und eine Auswahl an GJL-Gefügen mit Hilfe von µ-CT-Scans analysiert. Diese Analysen stellen eine sehr gute Ausgangslage für nachfolgende weiterführende Untersuchungen zur 3D-Charakteriserung des Graphits dar (AP7).

Die Entwicklung einer bereichsbezogenen Klassifikation führte zu einer besseren Unterscheidbarkeit zwischen gewünschten Graphitmorphologien und Graphitentartungen. Ausgehend davon erfolgte die Zusammenführung dieser bereichsbezogenen Klassifikationsmethode und einer objektbezogenen Klassifikationsmethode zu einem Hybridklassifikator (AP 4&5).

Ein weiteres Ziel war die Entwicklung einer allgemeingültigen Anordnungsklassifikation. Hauptaufgabe war, die erzeugten Originalbilder programmseitig auf eine einheitliche Vergrößerung und damit auch einheitliche Kalibrierung zu transformieren. Ein Standardklassifikator für die Graphitanordnung konnte mit diesen klassischen Analysemethoden jedoch nicht erarbeitet werden (AP6).

Weiterhin konnte die Homogenität von Gussgefügen bestimmt und quantitativ bewertet werden (AP 8).