Wie wirkt sich die Mikrostruktur von Teilen aus duktilem Gusseisen auf deren Zähigkeit, Duktilität und Bearbeitbarkeit aus?

Form und Verteilung der Graphitknötchen: Das Kennzeichen der Mikrostruktur von Sphäroguss ist das Vorhandensein von Kugelförmige Graphitkügelchen innerhalb der metallischen Matrix, was es von Grauguss mit Lamellengraphit unterscheidet. Die Form, Größe und Gleichmäßigkeit dieser Knötchen beeinflussen die mechanischen Eigenschaften des Materials erheblich. Kugelförmige Knötchen wirken als Spannungsabbaupunkte, leiten Spannungskonzentrationen ab und verhindern die Rissentstehung und -ausbreitung unter mechanischen Belastungen. Wenn die Knötchen klein, gleichmäßig verteilt und stark kugelförmig sind, weist das Teil eine höhere Zähigkeit und Duktilität auf, da die Last gleichmäßiger über die Matrix verteilt wird. Im Gegensatz dazu wirken unregelmäßige, längliche oder gehäufte Graphitformationen als Spannungskonzentratoren, die bei Zug- oder Stoßbelastung Risse auslösen können, was sowohl die Bruchfestigkeit als auch die Ermüdungslebensdauer verringert. Eine ordnungsgemäße Impfung während des Gießens gewährleistet die Bildung einer hohen Knötchenzahl mit gleichmäßiger Verteilung und optimiert so sowohl die mechanische Leistung als auch die Zuverlässigkeit für anspruchsvolle Anwendungen.

Matrixzusammensetzung und Phasenstruktur: Die die Graphitknötchen umgebende Matrix – Ferrit, Perlit oder eine Kombination – spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Gleichgewichts zwischen Zähigkeit, Duktilität und Bearbeitbarkeit. Eine ferritische Matrix bietet aufgrund ihrer weicheren, plastischeren Beschaffenheit eine hohe Duktilität und eine bessere Energieabsorption, was auch die Bearbeitbarkeit verbessert, da die Schnittkräfte geringer sind und der Werkzeugverschleiß geringer ist. Eine perlitreiche Matrix erhöht die Härte, Zugfestigkeit und Verschleißfestigkeit, beeinträchtigt jedoch die Duktilität und macht die Bearbeitung aufgrund höherer Schnittkräfte und geringerem Spanbruch anspruchsvoller. Durch sorgfältige Steuerung des Verhältnisses von Ferrit zu Perlit durch Legierungselemente und Wärmebehandlung können Hersteller die Mikrostruktur so anpassen, dass sie spezifische Betriebsanforderungen erfüllt, und so dies sicherstellen Teile aus Sphäroguss Erreichen Sie die gewünschte Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitungsleistung.

Nodularität und Knotenanzahl: Die Nodularität, definiert als der Prozentsatz des in Kugelform vorhandenen Graphits, hat zusammen mit der Nodulität pro Volumeneinheit direkten Einfluss auf das mechanische Verhalten und die Bearbeitbarkeit. Eine hohe Nodulität mit einer hohen Nodulität reduziert Spannungskonzentrationen in der Matrix und fördert eine gleichmäßige Verformung, was zu einer verbesserten Zähigkeit und Duktilität führt. Es ermöglicht außerdem eine gleichmäßigere Spanbildung während der Bearbeitung und reduziert Werkzeugvibrationen, Schnittkräfte und Oberflächenfehler. Niedrige Nodularität oder grobe Graphitknötchen hingegen erzeugen örtliche Spannungsanstiege, erhöhen die Anfälligkeit für Mikrorisse und erschweren die Bearbeitung, indem sie unregelmäßige Späne erzeugen, die das Werkzeug oder die Teileoberfläche beschädigen können. Um eine optimale Nodularität zu erreichen, ist eine präzise Kontrolle der Impfmittel, Abkühlraten und Gießverfahren erforderlich, um eine gleichbleibende Qualität der Mikrostruktur und zuverlässige mechanische Leistung sicherzustellen.

Auswirkungen der Graphit-Matrix-Wechselwirkung: Die Grenzfläche zwischen den Graphitknötchen und der umgebenden Matrix ist ein kritischer mikrostruktureller Faktor, der sich auf Zähigkeit, Duktilität und Bearbeitbarkeit auswirkt. Eine gut verbundene Grenzfläche ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung und Absorption von Spannungen durch die Matrix, ohne dass Risse entstehen, was zu einer höheren Schlagfestigkeit und Ermüdungslebensdauer beiträgt. Schwache oder unregelmäßige Grenzflächen, die durch unzureichende Impfung, schnelles Abkühlen oder Verunreinigungen verursacht werden, können zu Mikrohohlräumen oder zur Ablösung unter Belastung führen, die Duktilität beeinträchtigen und zu vorzeitigem Ausfall während des Betriebs oder der Bearbeitung führen. Die Kontrolle der metallurgischen Bindung zwischen Graphit und Matrix ist daher von entscheidender Bedeutung für die Herstellung von Teilen aus duktilem Gusseisen, die mechanisch robust und zuverlässig sind und anspruchsvollen Betriebsbedingungen standhalten können, ohne dass Defekte auftreten.

Mikrostrukturkontrolle durch Wärmebehandlung: Wärmebehandlungsverfahren wie Glühen, Normalglühen oder Austemperieren werden verwendet, um die Matrixstruktur zu verfeinern und die mechanischen Eigenschaften von Teilen aus Sphäroguss zu optimieren. Durch Glühen kann der Ferritgehalt erhöht werden, was die Duktilität und Bearbeitbarkeit verbessert und gleichzeitig die Härte leicht verringert. Austempering erzeugt eine bainitische Matrix, die Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Ermüdungsverhalten verbessert und gleichzeitig eine ausreichende Duktilität beibehält. Diese Behandlungen tragen auch dazu bei, die Mikrostruktur zu homogenisieren, Eigenspannungen zu reduzieren und die Morphologie der Graphitknötchen zu kontrollieren, was insgesamt sowohl die Betriebsleistung als auch das Bearbeitungsverhalten verbessert. Durch die richtige Wärmebehandlung wird sichergestellt, dass Teile aus Sphäroguss das gewünschte Gleichgewicht aus Festigkeit, Zähigkeit und Bearbeitbarkeit erreichen, das auf ihre beabsichtigten Anwendungen zugeschnitten ist.