M.Sc. Zahra Sohrabijam
Gießerei-Institut der RWTH Aachen

Lutz Horbach
Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau IWM der RWTH Aachen

Neben Kohlenstoff und Silizium als Hauptlegierungselemente enthält technisches Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) eine breite Palette von Legierungszusätzen. Ihre Wechselwirkung mit den verschiedenen Prozessbedingungen führt zu einer morphologischen Vielfalt der Graphit-Perlit Mikrostruktur. Trotz umfangreicher empirischer Forschungen, die sich hauptsächlich auf technische GJS-Legierungen konzentrieren, bleibt es eine Herausforderung, ein umfassendes Verständnis der Mikrostrukturentwicklung und der resultierenden mechanischen Eigenschaften zu erwerben. Das Ziel dieser Studie besteht darin, den Übergang von synthetischen zu halbtechnischen GJS-Legierungen zu erreichen. Experimentelle Studien an synthetischen hochreinen GJS-Legierungen liefern einen großen Einblick in den Einfluss einzelner Legierungselemente auf die eutektische Erstarrung, die Bildung und Morphologie von Graphit und Perlit sowie die mechanischen Eigenschaften. Daher wurden zunächst Gießversuche aus hochreinen Einsatzmaterialien, wie Elektrolyteisen, Graphit, Solarsilizium, Kupfer und Magnesium durchgeführt. Das Prozess- und Eigenschaftsfenster wurde durch die Wiederholung des Prozesses auf zuverlässige und reproduzierbare Weise definiert. Im nächsten Schritt wurde der definierte Prozess als Referenz verwendet, um die individuellen Einflüsse und Wechselwirkungen von Magnesium und Schwefel auf das Graphitwachstum mittels Metallographie- und REM-Analysen zu untersuchen. Weitere Analysen zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Graphitsegmente und -keime werden mittels EDX-Messungen durchgeführt. Diese neuen Erkenntnisse und quantitativen Ergebnisse zum Verständnis des Graphitwachstums werden anschließend zur Modellierung des Graphitwachstums verwendet. Durch die enge Integration des Wissens aus experimentellen Studien und numerischer Modellierung wird eine kontinuierliche Simulationskette generiert, die die gezielte Anpassung einer breiten Palette vollperlitischer GJS-Materialien ermöglicht.