Ziel des CD-Labors

Das CD-Labor ermöglicht eine Vereinfachung des Designs hoch komplexer Gussteile unter Berücksichtigung lokaler, ermüdungsrelevanter Eigenschaften. Eine derartige grundlagenorientierte Bewertung statistisch verteilter gefügemerkmale (d.h. einerseits von herstellungsbedingten Abweichungen in Form von inneren Imperfektionen aber andererseits auch durch prozessraue Oberflächen) ist nicht nur auf Gusskomponenten anwendbar. Diese Diskontinuitäten können in einer Vielzahl von weiteren herstellverfahren auftreten, beispielsweise in Schweißverbindungen oder auch bei generativen Fertigungsverfahren. Die Beurteilung der Materialermüdung von zyklisch beanspruchten Metallbauteilen, wie sie unter anderem in der Automobil- und Eisenbahnindustrie zum Einsatz kommen, ist nach wie vor eine hoch komplexe Herausforderung. Poren und Einschlüsse können die Lebensdauer von Aluminium- und Stahlgussbauteilen massiv verringern, dennoch sind sie ein unvermeidbarer, prozessbedingter Faktor. Welche Auswirkungen derartige Imperfektionen auf die Ermüdungsfestigkeit eines Gussteils haben, hängt maßgeblich von ihrer Größe und Form, ihrer Lage im Kraftfluss, ihrer Nähe zu anderen Poren oder Einschlüssen und von ihrem Abstand zur Oberfläche ab. Eine statistisch basierte, ganzheitliche Bewertung von volumenbasierten und randschichtnahmen Imperfektionen verbessert somit die dauerfeste Auslegung und Beachtung der lokalen, herstellprozessabhängigen Eigenschaften.

Ziel dieses CD-Labors ist es, diese statistisch verteilten Fehlstellen hinsichtlich ihrer Ermüdungsfestigkeit zu characterisieren, wobei sowohl einzelne Ungänzen als auch Netzwerke von Imperfektionen berücksichtigt werden. Durch verbesserte Kenntnis der ermüdungsfesten Bewertung von statistisch erfassten Diskontinuitäten wird ein wesentlicher Beitrag zur Grundlagenforschung geleistet. Die Arbeiten widmen sich sowohl Aluminium- als auch Stahlgussbauteilen, welche grundlegend unterschiedliche Merkmalsgrößen hinsichtlich geometrischer Ausbildung und statistischer Verteilung von Imperfektionen, aber auch auf verschiedenen Längenskalen aufweisen. In einem ersten Schritt sollen Imperfektionen an mit konventionellen Prozessparametern hergestellten Gussbauteilen evaluiert und klassifiziert werden. Im Weiteren sollen die Folgen charakteristischer gusstechnischer Gefügemerkmale für die lokale Ermüdungsfestigkeit durch entsprechende Schwingfestigkeitsversuche und Analysen evaluiert werden. Wesentlich ist die statistische Verteilung der Fertigungsprozessabhängigen Imperfektionen als auch deren räumlicher Anordung im höchstbeanspruchten Volumen. Ziel ist es, aus den gewonnenen Erkenntnissen fertigungsprozessbasierte Qualitätsfaktoren abzuleiten. Die Forschungsergebnisse dieses CD-Labors werden es ermöglichen, die Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Gussbauteilen aus Aluminium und Stahl grundlagenbasiert besser bewertbar zu machen sowie Design und Fertigungsprozesse entsprechend zu optimieren.