Projekt 38939/01

Entwicklung und Herstellung von ADI-Werkstoffen mit metallischer Dauerform über das Schwerkraftkokillengussverfahren

Projektdurchführung

Breuckmann GmbH & Co. KG
Dieselstr. 26 - 28
42579 Heiligenhaus

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Projekt hatte das Ziel, ein prozesssicheres und ressourceneffizientes Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Austempered Ductile Iron (ADI) im Schwerkraftkokillenguss zu entwickeln. Hintergrund ist die Substitution von kupferbasierten Legierungen durch Eisenbasiswerkstoffe, um ökologische Vorteile wie Energieeinsparung und Ressourcenschonung zu realisieren. ADI bietet gegenüber konventionellen Gusseisenwerkstoffen eine deutlich höhere Festigkeit und Duktilität. Die angestrebten mechanischen Eigenschaften lagen bei einer Zugfestigkeit von über 1000 MPa und einer Bruchdehnung von mindestens 5 %. Damit sollte durch das Vorhaben ein Beitrag zur nachhaltigen Fertigung und zur Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks geleistet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten umfassten:
• Analyse der Randbedingungen: Untersuchung der fertigungstechnischen Voraussetzungen und Auswahl eines geeigneten Bauteils für die Entwicklung.
• Prozessentwicklung: Konstruktion einer Prozessroute zur Umwandlung des Basiswerkstoffs GJS 500-7 in ein ausferritisches ADI-Gefüge.
• Gießversuche: Durchführung systematischer Versuchsreihen zur Optimierung der Legierungszusammensetzung, Kokillengeometrie und Abkühlbedingungen.
• Additive Fertigung von Kokillen: Einsatz von 3D-gedruckten Kokillen zur gezielten Steuerung der Erstarrungsbedingungen.
• Wärmebehandlung: Isotherme Wärmebehandlung im Salzbad zur Ausbildung des ADI-Gefüges.
• Prüfungen: Mechanische Tests (Zugfestigkeit, Bruchdehnung) und metallographische Analysen zur Validierung der Ergebnisse.



Ergebnisse und Diskussion

Das Projekt konnte die Herstellung eines reproduzierbaren ADI-Gefüges im Schwerkraftkokillenguss erfolgreich demonstrieren. Die besten Ergebnisse wurden durch eine Kombination aus niedriger Austenitisierungstemperatur und nachträglicher isothermer Wärmebehandlung erzielt. Die mechanischen Kennwerte lagen bei einer Zugfestigkeit von über 1000 MPa und einer Bruchdehnung von mehr als 5 %. Kritisch ist die Prozessstabilität: Schwankungen bei Temperaturführung und Handhabung beeinflussen die Qualität erheblich. Für eine industrielle und wirtschaftliche Umsetzung des Verfahrens ist daher eine weitere Automatisierung der Prozessschritte erforderlich.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse wurden in einem Abschlussbericht dokumentiert und sollen in Fachkreisen sowie auf relevanten Konferenzen vorgestellt werden.


Fazit

Das Projekt bestätigt die technische Machbarkeit der ADI-Herstellung im Schwerkraftkokillenguss und legt die Grundlage für eine nachhaltige Serienfertigung von Hochleistungsbauteilen mit reduziertem Energie- und Materialeinsatz. Für die Zukunft wird empfohlen:
• Automatisierung der zeitlichen und thermischen Kopplung von Gieß- und Wärmebehandlungsschritt.
• Untersuchung des Einflusses großer Wandstärkenunterschiede auf die Prozessstabilität.
• Durchführung einer umfassenden ökologischen Gesamtbewertung zur quantitativen Bestätigung der Umweltvorteile.