Lightweight Design

, Volume 6, Issue 3, pp 10–10 | Cite as

Computertomograf spürt Poren im Aluminiumguss auf

Märkte/Unternehmen Zerstörungsfrei
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Ein neues Konzept von Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) ermöglicht die Entwicklung von zuverlässigen, optimierten Aluminiumgussteilen, deren Qualität erstmals zerstörungsfrei geprüft werden kann. Mithilfe eines Computertomografen (CT) können die Forscher grafisch dargestellte Schwindungsporen in Aluminiumlegierungen abbilden. Auf diese Weise sind sie in der Lage, Fehler in Bauteilen aus Aluminiumguss aufzuspüren.

Die Wissenschaftler entwickelten unter Berücksichtigung von geometrischen Kenngrößen des Defekts ein Parametermodell zur Lebensdauerberechnung. Damit soll es möglich sein, die Schwingfestigkeit von Aluminiumgussteilen auf Basis von zerstörungsfreien Prüfungen quantitativ zu ermitteln. Das Modell lasse sich auf alle Aluminiumgussbauteile anwenden. Die Forscher entwickelten das Modell im AiF-Forschungsprojekt „Epos — Entwicklung und Integration von Beurteilungskriterien zur Qualitätssicherung und Bauteilberechnung unter Berücksichtigung des Einflusses von Poren und nichtmetallischen Verunreinigungen auf die Schwingfestigkeit von Aluminium-Gusslegierungen“ des Bundesverbands der Deutschen Gießerei-Industrie (BDG).

Die Forscher ermittelten dreidimensionale Geometrieinformationen der Porositäten, aus denen sie relevante Kenngrößen ableiteten. Anschließend wurde die Wirkung der Porositäten auf die örtlichen Beanspruchungen im Gefüge hinsichtlich Form, Größe und Lage der Poren untersucht wie auch quantifiziert. Im ersten Schritt erstellten die Wissenschaftler Finite-Elemente-Modelle für kugelförmige Poren, die die untersuchten Gefüge aus Sicht der inneren Beanspruchung ingenieurmäßig sinnvoll abbilden. Im Weiteren folgten FEM-Modelle der realitätsnahen Gefügeinhomogenitäten.

Anhand der CT-rekonstruierten Mikrostrukturen der Proben wurden die mikromechanischen Beanspruchungen abgebildet und parametriert, berichten die Darmstädter weiter. Darüber hinaus brachten die Forscher die innere Kerbwirkung in Zusammenhang zu den charakteristischen Geometriekennwerten der Porositäten und leiteten aus diesen Ergebnissen ein parametriertes Lebensdauermodell ab. Um das Modell zu validieren, führten sie an den ungekerbten Proben Schwingfestigkeitsuntersuchungen durch.

Das erarbeitete Lebensdauermodell soll die Ableitung von dreidimensionalen Grenzmusterbauteilen ermöglichen, die die zulässigen Porositäten darstellen. Damit bestehe grundsätzlich die Möglichkeit, die Schwingfestigkeitseigenschaften von Aluminiumgussteilen auf Basis von zerstörungsfreien Prüfverfahren quantitativ ohne Versuche oder FEM-Berechnungen zu bewerten.

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