Untersuchungen zur Herstellung dünnwandiger Duplex-Stahlgussbauteile in Sandformen:
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|---|---|
| Format: | Thesis Book |
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| Published: |
2005
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| adam_text | UNTERSUCHUNGEN ZUR HERSTELLUNG DUENNWANDIGER DUPLEX-STAHLGUSSBAUTEILE IN
SANDFORMEN VORGELEGT VON DIPLOM-INGENIEUR CHRISTIAN WAECHTER AUS
GERMARINGEN VON DER FAKULTAET III - PROZESSWISSENSCHAFTEN DER TECHNISCHEN
UNIVERSITAET BERLIN ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES DOKTOR DER
INGENIEURWISSENSCHAFTEN - DR.-ING. - GENEHMIGTE DISSERTATION
PROMOTIONSAUSSCHUSS: VORSITZENDER: PROF. DR. RER. NAT. F. BEHRENDT
BERICHTER: PROF. DR. RER. NAT. H. SCHUBERT BERICHTER: PROF. DR. RER.
NAT. W. REIMERS BERICHTER: DR. RER. NAT. K.-L. WEISSKOPF ULB DARMSTADT
IE: 12. SEPTEMBER 2005 16170003 _,. * *JRLIN 2005 D83 !X
INHALTSVERZEICHNIS 0 FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN XIII 1 EINLEITUNG UND
PROBLEMSTELLUNG 1 1.1 POTENTIALE VON STAHLGUSSWERKSTOFFEN IM FAHRZEUGBAU
1 1.2 PROBLEMSTELLUNG 4 2 GRUNDLAGEN 7 2.1 STAHLGUSSBAUTEILE -
GIESSVERFAHREN UND EINSATZBEREICHE 7 2.1.1 EINTEILUNG DER GIESSVERFAHREN 7
2.1.2 SANDGUSS 8 2.1.3 FEINGUSS 9 2.1.4 GEGENSCHWERKRAFT-GIESSVERFAHREN
MIT SANDFORMEN 11 2.2 AUSTENITISCH-FERRITISCHE DUPLEX-STAEHLE 13 2.2.1
ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 13 2.2.1.1 DEFINITION DER DUPLEX-STAEHLE 13 2.2.1.2
EINORDNUNG IN DIE ROSTFREIEN STAHLGUSSGUETEN 13 2.2.2 ERSTARRUNG UND
GEFUEGEBILDUNG 16 2.2.2.1 ERSTARRUNGSVERHALTEN 16 2.2.2.2 GEFUEGEBILDUNG
17 2.2.2.3 WIRKUNG DER LEGIERUNGSELEMENTE 20 2.2.2.4
WAERMEBEHANDLUNGSPROZESSE FUER DUPLEX-STAEHLE 22 2.2.3 AUSBILDUNG VON
EIGENSPANNUNGEN 23 2.2.3.1 DEFINITION DER EIGENSPANNUNGEN 23 2.2.3.2
EIGENSPANNUNGEN IN GUSSBAUTEILEN 24 2.2.4 KORROSIONSVERHALTEN 26 2.2.4.1
ALLGEMEINES ZUR KORROSIONSBESTAENDIGKEIT ROSTFREIER STAEHLE.. 26 2.2.4.2
KORROSIONSBESTAENDIGKEIT VON DUPLEX-STAEHLEN 29 2.3 FORMSAND- UND
SCHLICHTESYSTEM 29 2.3.1 DEFINITION UND BEGRIFFSBESTIMMUNG 29 2.3.2
FORMSANDE FUER STAHLGUSSWERKSTOFFE 30 2.3.3 BINDERSYSTEME FUER FORMSANDE
32 2.3.3.1 EINTEILUNG DER BINDERSYSTEME 32 2.3.3.2 COLD-BOX-VERFAHREN
MIT ORGANISCHEM BINDER 32 2.3.4 SCHLICHTEN FUER STAHLGUSSWERKSTOFFE 35
2.4 CHEMISCHE REAKTIONEN ZWISCHEN SCHMELZE UND FORMSAND 37 2.4.1
BEKANNTE REAKTIONEN ZWISCHEN STAHLSCHMELZE UND FORMSANDSYSTEM 37 2.4.2
PHYSIKALISCH-CHEMISCHE REAKTIONSBESCHREIBUNG 39 EXPERIMENTELLES 43 3.1
GIESSTECHNISCHE VERSUCHE 43 3.1.1 GEGENSCHWERKRAFT-GIESSVERFAHREN 43 3.1.2
PROBEFORM 45 3.1.3 PROZESSSIMULATION ZUR VORBEREITUNG DER GIESSVERSUCHE
48 3.1.3.1 ERMITTLUNG PHYSIKALISCHER WERKSTOFFKENNWERTE 49 3.1.3.2
AUFBAU UND AUSWERTUNG DER SIMULATION 50 3.1.4 MESSTECHNISCHE ERFASSUNG
DER GIESSPROZESSES 52 3.1.5 ZEITLICHER ABLAUF UND PARAMETER DER
GIESSVERSUCHE 53 3.2 EIGENSCHAFTEN DUENNWANDIGER STAHLGUSSBAUTEILE IM
SANDGUSS 56 3.2.1 AUSWAHL DER DUPLEX-LEGIERUNG 56 3.2.2
CHARAKTERISIERUNG DES GUSSWERKSTOFFS 57 3.2.2.1 GEFUEGE- UND
LEGIERUNGSANALYSE 57 3.2.2.2 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 59 3.2.2.3
EIGENSPANNUNGSMESSUNGEN AN PRINZIPBAUTEILEN 62 3.2.2.4 WAERMEBEHANDLUNG
64 3.3 ANALYSE DER GRENZFLAECHE STAHL/FORMSANDSYSTEM 65 3.3.1 METHODEN
ZUR ANALYSE DER RANDSCHICHT IM STAHLWERKSTOFF 65 3.3.1.1
LICHTMIKROSKOPIE 65 3.3.1.2 RAUIGKEITSMESSUNG 66 3.3.1.3 AUGER-ANALYSE
66 3.3.2 METHODEN ZUR ANALYSE DER RANDSCHICHT IM FORMSANDSYSTEM 68
3.3.2.1 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE 68 3.3.2.2 WELLENLAENGENDISPERSIVE
ROENTGENFLUORESZENZANALYSE 71 3.3.2.3 ROENTGENPULVERDIFFRAKTOMETRIE 72
3.3.3 UNTERSUCHUNGEN ZUM KORROSIONSVERHALTEN 73 3.3.3.1 PROBENFORM 73
3.3.3.2 DURCHFUEHRUNG DER KORROSIONSVERSUCHE (SAE-WECHSELTEST). 73 XI
3.3.3.3 QUANTIFIZIERUNG DER OBERFLAECHENKORROSION 75 3.3.4 ANGEWANDTE
GUSSNACHBEHANDLUNGSVERFAHREN 75 3.3.4.1 STRAHLVERFAHREN 75 3.3.4.2
BEIZEN 76 4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 78 4.1 PROZESSSIMULATION 78 4.1.1
TEMPERATURABHAENGIGE WERKSTOFFDATEN DES STAHLWERKSTOFFS 78 4.1.2
TEMPERATURABHAENGIGE WERKSTOFFDATEN DES SANDSYSTEMS 80 4.1.3 ERGEBNISSE
DER SIMULATIONSRECHNUNGEN 82 4.1.3.1 FORMFUELLUNG 82 4.1.3.2 ERSTARRUNG
UND ABKUEHLUNG 83 4.1.4 ZUSAMMENFASSUNG 85 4.2 EIGENSCHAFTEN DUENNWANDIGER
STAHLGUSSBAUTEILE IM SANDGUSS 86 4.2.1 EIGENSCHAFTEN DICKER WANDSTAERKEN
IM GUSSZUSTAND 86 4.2.1.1 ABKUEHLVERHALTEN 86 4.2.1.2 GEFUEGE UND
MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 87 4.2.2 EIGENSCHAFTEN DUENNER WANDSTAERKEN IM
GUSSZUSTAND 90 4.2.2.1 ABKUEHLVERHALTEN 90 4.2.2.2 GEFUEGE UND MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN 91 4.2.2.3 EIGENSPANNUNGEN 95 4.2.3 EINFLUSS DER
WAERMEBEHANDLUNG 97 4.2.3.1 ABKUEHLVERHALTEN 97 4.2.3.2 GEFUEGE 98 4.2.3.3
MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 103 4.2.3.4 EIGENSPANNUNGEN 107 4.2.4
ZUSAMMENFASSUNG 112 4.3 GRENZFLAECHENREAKTIONEN ZWISCHEN SCHMELZE UND
FORMSAND 113 4.3.1 HINTERGRUND DER UNTERSUCHUNGEN 113 4.3.2
RANDSCHICHTANALYSE DER STAHLGUSSPROBEN 115 4.3.2.1 PROBENENTNAHME UND
MESSPOSITIONEN 115 4.3.2.2 ATOMKONZENTRATIONSVERLAUF VON CHROM IN DER
PROBENMITTE.. 116 4.3.2.3 CR-KONZENTRATIONSVERLAUF IN DER RANDSCHICHT
118 4.3.3 RANDSCHICHTANALYSE DES FORMSANDSYSTEMS 124 XII 4.3.3.1 ANALYSE
DES FORMSAND-SCHLICHTESYSTEMS VOR DEM ABGUSS 124 4.3.3.2 MAKROANALYSE
DER SANDFORM NACH DEM ABGUSS 131 4.3.3.3 MIRKOANALYSE DES
FORMSAND-SCHLICHTESYSTEMS NACH DEM ABGUSS 135 4.3.4
PHYSIKALISCH-CHEMISCHE BESCHREIBUNG DER GRENZFLAECHENREAKTIONEN 148
4.3.4.1 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE AUS DEN
GRENZFLAECHENUNTERSUCHUNGEN 148 4.3.4.2 BILDUNG DESTEPHROIT 148 4.3.4.3
BILDUNG DER MANGAN-CHROM-OXIDPHASE 153 4.3.4.4 UEBERPRUEFUNG DER
ERGEBNISSE IM AUFSCHMELZVERSUCH 154 4.3.5 AUSWIRKUNG DER
GRENZFLAECHENREAKTIONEN AUF DAS KORROSIONSVERHALTEN 167 4.3.6 DISKUSSION
MOEGLICHER MASSNAHMEN ZUR VERBESSERUNG DER KORROSIONSBESTAENDIGKEIT 169
4.3.6.1 GUSSNACHBEHANDLUNG DURCH STRAHLEN ODER BEIZEN 169 4.3.6.2
GIESSTECHNISCHE MASSNAHMEN 182 4.3.7 ZUSAMMENFASSUNG 182 5 ZUSAMMENFASSUNG
UND AUSBLICK 184 6 LITERATURVERZEICHNIS 188
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UNTERSUCHUNGEN ZUR HERSTELLUNG DUENNWANDIGER DUPLEX-STAHLGUSSBAUTEILE IN
SANDFORMEN VORGELEGT VON DIPLOM-INGENIEUR CHRISTIAN WAECHTER AUS
GERMARINGEN VON DER FAKULTAET III - PROZESSWISSENSCHAFTEN DER TECHNISCHEN
UNIVERSITAET BERLIN ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES DOKTOR DER
INGENIEURWISSENSCHAFTEN - DR.-ING. - GENEHMIGTE DISSERTATION
PROMOTIONSAUSSCHUSS: VORSITZENDER: PROF. DR. RER. NAT. F. BEHRENDT
BERICHTER: PROF. DR. RER. NAT. H. SCHUBERT BERICHTER: PROF. DR. RER.
NAT. W. REIMERS BERICHTER: DR. RER. NAT. K.-L. WEISSKOPF ULB DARMSTADT
IE: 12. SEPTEMBER 2005 16170003 _,. * *JRLIN 2005 D83 !X
INHALTSVERZEICHNIS 0 FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN XIII 1 EINLEITUNG UND
PROBLEMSTELLUNG 1 1.1 POTENTIALE VON STAHLGUSSWERKSTOFFEN IM FAHRZEUGBAU
1 1.2 PROBLEMSTELLUNG 4 2 GRUNDLAGEN 7 2.1 STAHLGUSSBAUTEILE -
GIESSVERFAHREN UND EINSATZBEREICHE 7 2.1.1 EINTEILUNG DER GIESSVERFAHREN 7
2.1.2 SANDGUSS 8 2.1.3 FEINGUSS 9 2.1.4 GEGENSCHWERKRAFT-GIESSVERFAHREN
MIT SANDFORMEN 11 2.2 AUSTENITISCH-FERRITISCHE DUPLEX-STAEHLE 13 2.2.1
ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 13 2.2.1.1 DEFINITION DER DUPLEX-STAEHLE 13 2.2.1.2
EINORDNUNG IN DIE ROSTFREIEN STAHLGUSSGUETEN 13 2.2.2 ERSTARRUNG UND
GEFUEGEBILDUNG 16 2.2.2.1 ERSTARRUNGSVERHALTEN 16 2.2.2.2 GEFUEGEBILDUNG
17 2.2.2.3 WIRKUNG DER LEGIERUNGSELEMENTE 20 2.2.2.4
WAERMEBEHANDLUNGSPROZESSE FUER DUPLEX-STAEHLE 22 2.2.3 AUSBILDUNG VON
EIGENSPANNUNGEN 23 2.2.3.1 DEFINITION DER EIGENSPANNUNGEN 23 2.2.3.2
EIGENSPANNUNGEN IN GUSSBAUTEILEN 24 2.2.4 KORROSIONSVERHALTEN 26 2.2.4.1
ALLGEMEINES ZUR KORROSIONSBESTAENDIGKEIT ROSTFREIER STAEHLE. 26 2.2.4.2
KORROSIONSBESTAENDIGKEIT VON DUPLEX-STAEHLEN 29 2.3 FORMSAND- UND
SCHLICHTESYSTEM 29 2.3.1 DEFINITION UND BEGRIFFSBESTIMMUNG 29 2.3.2
FORMSANDE FUER STAHLGUSSWERKSTOFFE 30 2.3.3 BINDERSYSTEME FUER FORMSANDE
32 2.3.3.1 EINTEILUNG DER BINDERSYSTEME 32 2.3.3.2 COLD-BOX-VERFAHREN
MIT ORGANISCHEM BINDER 32 2.3.4 SCHLICHTEN FUER STAHLGUSSWERKSTOFFE 35
2.4 CHEMISCHE REAKTIONEN ZWISCHEN SCHMELZE UND FORMSAND 37 2.4.1
BEKANNTE REAKTIONEN ZWISCHEN STAHLSCHMELZE UND FORMSANDSYSTEM 37 2.4.2
PHYSIKALISCH-CHEMISCHE REAKTIONSBESCHREIBUNG 39 EXPERIMENTELLES 43 3.1
GIESSTECHNISCHE VERSUCHE 43 3.1.1 GEGENSCHWERKRAFT-GIESSVERFAHREN 43 3.1.2
PROBEFORM 45 3.1.3 PROZESSSIMULATION ZUR VORBEREITUNG DER GIESSVERSUCHE
48 3.1.3.1 ERMITTLUNG PHYSIKALISCHER WERKSTOFFKENNWERTE 49 3.1.3.2
AUFBAU UND AUSWERTUNG DER SIMULATION 50 3.1.4 MESSTECHNISCHE ERFASSUNG
DER GIESSPROZESSES 52 3.1.5 ZEITLICHER ABLAUF UND PARAMETER DER
GIESSVERSUCHE 53 3.2 EIGENSCHAFTEN DUENNWANDIGER STAHLGUSSBAUTEILE IM
SANDGUSS 56 3.2.1 AUSWAHL DER DUPLEX-LEGIERUNG 56 3.2.2
CHARAKTERISIERUNG DES GUSSWERKSTOFFS 57 3.2.2.1 GEFUEGE- UND
LEGIERUNGSANALYSE 57 3.2.2.2 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 59 3.2.2.3
EIGENSPANNUNGSMESSUNGEN AN PRINZIPBAUTEILEN 62 3.2.2.4 WAERMEBEHANDLUNG
64 3.3 ANALYSE DER GRENZFLAECHE STAHL/FORMSANDSYSTEM 65 3.3.1 METHODEN
ZUR ANALYSE DER RANDSCHICHT IM STAHLWERKSTOFF 65 3.3.1.1
LICHTMIKROSKOPIE 65 3.3.1.2 RAUIGKEITSMESSUNG 66 3.3.1.3 AUGER-ANALYSE
66 3.3.2 METHODEN ZUR ANALYSE DER RANDSCHICHT IM FORMSANDSYSTEM 68
3.3.2.1 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE 68 3.3.2.2 WELLENLAENGENDISPERSIVE
ROENTGENFLUORESZENZANALYSE 71 3.3.2.3 ROENTGENPULVERDIFFRAKTOMETRIE 72
3.3.3 UNTERSUCHUNGEN ZUM KORROSIONSVERHALTEN 73 3.3.3.1 PROBENFORM 73
3.3.3.2 DURCHFUEHRUNG DER KORROSIONSVERSUCHE (SAE-WECHSELTEST). 73 XI
3.3.3.3 QUANTIFIZIERUNG DER OBERFLAECHENKORROSION 75 3.3.4 ANGEWANDTE
GUSSNACHBEHANDLUNGSVERFAHREN 75 3.3.4.1 STRAHLVERFAHREN 75 3.3.4.2
BEIZEN 76 4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 78 4.1 PROZESSSIMULATION 78 4.1.1
TEMPERATURABHAENGIGE WERKSTOFFDATEN DES STAHLWERKSTOFFS 78 4.1.2
TEMPERATURABHAENGIGE WERKSTOFFDATEN DES SANDSYSTEMS 80 4.1.3 ERGEBNISSE
DER SIMULATIONSRECHNUNGEN 82 4.1.3.1 FORMFUELLUNG 82 4.1.3.2 ERSTARRUNG
UND ABKUEHLUNG 83 4.1.4 ZUSAMMENFASSUNG 85 4.2 EIGENSCHAFTEN DUENNWANDIGER
STAHLGUSSBAUTEILE IM SANDGUSS 86 4.2.1 EIGENSCHAFTEN DICKER WANDSTAERKEN
IM GUSSZUSTAND 86 4.2.1.1 ABKUEHLVERHALTEN 86 4.2.1.2 GEFUEGE UND
MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 87 4.2.2 EIGENSCHAFTEN DUENNER WANDSTAERKEN IM
GUSSZUSTAND 90 4.2.2.1 ABKUEHLVERHALTEN 90 4.2.2.2 GEFUEGE UND MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN 91 4.2.2.3 EIGENSPANNUNGEN 95 4.2.3 EINFLUSS DER
WAERMEBEHANDLUNG 97 4.2.3.1 ABKUEHLVERHALTEN 97 4.2.3.2 GEFUEGE 98 4.2.3.3
MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 103 4.2.3.4 EIGENSPANNUNGEN 107 4.2.4
ZUSAMMENFASSUNG 112 4.3 GRENZFLAECHENREAKTIONEN ZWISCHEN SCHMELZE UND
FORMSAND 113 4.3.1 HINTERGRUND DER UNTERSUCHUNGEN 113 4.3.2
RANDSCHICHTANALYSE DER STAHLGUSSPROBEN 115 4.3.2.1 PROBENENTNAHME UND
MESSPOSITIONEN 115 4.3.2.2 ATOMKONZENTRATIONSVERLAUF VON CHROM IN DER
PROBENMITTE. 116 4.3.2.3 CR-KONZENTRATIONSVERLAUF IN DER RANDSCHICHT
118 4.3.3 RANDSCHICHTANALYSE DES FORMSANDSYSTEMS 124 XII 4.3.3.1 ANALYSE
DES FORMSAND-SCHLICHTESYSTEMS VOR DEM ABGUSS 124 4.3.3.2 MAKROANALYSE
DER SANDFORM NACH DEM ABGUSS 131 4.3.3.3 MIRKOANALYSE DES
FORMSAND-SCHLICHTESYSTEMS NACH DEM ABGUSS 135 4.3.4
PHYSIKALISCH-CHEMISCHE BESCHREIBUNG DER GRENZFLAECHENREAKTIONEN 148
4.3.4.1 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE AUS DEN
GRENZFLAECHENUNTERSUCHUNGEN 148 4.3.4.2 BILDUNG DESTEPHROIT 148 4.3.4.3
BILDUNG DER MANGAN-CHROM-OXIDPHASE 153 4.3.4.4 UEBERPRUEFUNG DER
ERGEBNISSE IM AUFSCHMELZVERSUCH 154 4.3.5 AUSWIRKUNG DER
GRENZFLAECHENREAKTIONEN AUF DAS KORROSIONSVERHALTEN 167 4.3.6 DISKUSSION
MOEGLICHER MASSNAHMEN ZUR VERBESSERUNG DER KORROSIONSBESTAENDIGKEIT 169
4.3.6.1 GUSSNACHBEHANDLUNG DURCH STRAHLEN ODER'BEIZEN 169 4.3.6.2
GIESSTECHNISCHE MASSNAHMEN 182 4.3.7 ZUSAMMENFASSUNG 182 5 ZUSAMMENFASSUNG
UND AUSBLICK 184 6 LITERATURVERZEICHNIS 188 |
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