Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse der Zerspanbarkeit und der Werkstoffeigenschaften von ausferritischem Gusseisen mit Lamellengraphit (AGI)

Ziel des Vorhabens ist es, die Zerspanbarkeit von Austempered Grey Iron (AGI) zu erforschen und wirtschaftliche Bearbeitungsstrategien zu entwickeln. Im Gegensatz zu den gieß- und wärmebehandlungstechnischen Aspekte bei der Herstellung von AGI, die bereits ausreichend erforscht sind, besteht hinsichtlich der wirtschaftlichen Zerspanung von AGI noch ein gravierendes Wissensdefizit, was sich als entscheidender begrenzender Faktor für eine breite Anwendung dieser Werkstoffe erwiesen hat. Die Untersuchungen sollen an drei unterschiedlich wärmebehandelten Gusseisen mit Lamellengraphit und variierter Zugfestigkeit (350 MPa, 400 MPa, 450 MPA) durchgeführt werden. Schwerpunkte der Untersuchungen sind die Erforschung der Bedingungen, unter denen sich der Austenit im Grundgefüge in Martensit umwandelt und sich eine verschleißschützende Mangansulfidschicht auf dem Werkzeug ausbildet, die die Anwendung hoher Schnittgeschwindigkeiten bei gleichzeitig langen Standzeiten ermöglicht. Das zweite wesentliche Ziel des beantragten Forschungsprojektes die Ermittlung wirtschaftlicher Bearbeitungsstrategien für das Drehen, Bohren und Fräsen. Hier sollen auch Fragen nach einer geeigneten Kühlstrategie beantwortet werden, insbesondere ob es möglich ist, durch eine intensive Kühlung der Zerspanstelle den Schnittgeschwindigkeitsbereich, innerhalb dessen sich verschleißschützende MnS-Schichten ausbilden können, hin zu höheren zu verschieben. Als Kühlschmierstrategien sind neben der Trockenbearbeitung und der konventionellen Überflutungskühlung mit Emulsion die gezielte Zuführung des KSS zur Zerspanstelle mit Hochdruck sowie die intensive Kühlung der Zerspanstelle durch CO2-Schaum und flüssigen Stickstoff vorgesehen. Um im konkreten Anwendungsfall die Entscheidung für diesen Werkstoff zu erleichtern, wird zur Ermittlung des gesamtwirtschaftlichen Potentials von AGI-Werkstoffen in einem dritten Projektschwerpunkt die Zerspanbarkeit von AGI im Vergleich zu konventionellem GJL und GJV bewertet.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Zerspanbarkeit von ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit (AGI) untersucht. Ausgehend von einer umfassenden Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften sowie metallographischen Untersuchungen des Grundgefüges wurde die Zerspanbarkeit beim Drehen, Fräsen und Bohren umfassend untersucht. Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen wurden für die drei Fertigungsverfahren Prozessparameter identifiziert, um eine wirtschaftliche Zerspanung von AGI-Werkstoffen zu ermöglichen. Diese Erkenntnisse bildeten die Basis für eine abschließende Bewertung der Zerspanbarkeit von AGI-Werkstoffen im Vergleich zu drei Konkurrenzwerkstoffen. Es wurde gezeigt, dass die spanende Bearbeitung von AGI-Werkstoffen zwischen der von GJL und GJV-Werkstoffen anzusiedeln ist. Mit dem Abschluss des Forschungsvorhabens werden konkrete Lösungsansätze zur prozesssicheren und wirtschaftlichen Bearbeitung von ausferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit zur Verfügung gestellt werden. Durch die Definition von Richtwerten und Empfehlungen wurde die Grundlage für eine direkte Umsetzung der Forschungsergebnisse in der industriellen Praxis geschaffen.

Von den Forschungsergebnissen werden vor allem kleine und mittelständische Gießereien partizipieren, da ihnen die Möglichkeit eröffnet wird, bei vergleichsweise geringem eigenem produktorientiertem Entwicklungsaufwand ihre Produktpalette mit Bauteilen (z.B. Getriebegehäuse oder Zylinderkurbelgehäuse) aus diesem hochinnovativen Werkstoff zu erweitern und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit und ihre Marktposition zu verbessern.