M.Sc. Felix Weber
Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau IWM der RWTH Aachen​

Im Kontext der Transformation moderner Gießereien hin zu einer nachhaltigen Produktion und geschlossenen Stoffkreisläufen muss die konventionelle Gussbauteilqualifizierung erweitert werden. Dabei müssen Varianzen in der Gussqualität als Resultat der Veränderung moderner Schrotte sowie veränderter Prozessketten abgeschätzt werden, um hergestellte Gussbauteile sicher qualifizieren zu können.

Die folgende Herausforderung ist die Vorhersage der Eigenschaften auf Basis eines für Großgussbauteile angepassten Qualifizerungsansatzes. Bisherige Ansätze nutzen Vorhersagen aus der Gießprozesssimulation (GPS) und gefertigter oder entnommener Proben. Sie liefern den lokalen Gefügezustand und ermöglichen Abschätzungen der mechanischen Eigenschaften. Maßgeblicher Nachteil dieser Ansätze ist die deterministische Formulierung und der potentiell hohe experimentelle Aufwand.

Der hier vorgeschlagene neue Ansatz stützt sich maßgeblich auf Informationen, welche aus Hohlbohrproben gewonnen werden. Diese Hohlbohrproben können ohne Verletzung der Bauteilintegrität aus Großgussbauteilen entnommen werden. Sie liefern Informationen über das lokale Gefüge und können in thermographischen Prüfverfahren verwendet werden, welche die Abschätzung einer Schwingfestigkeit erlauben. Die Kombination der Daten erlaubt eine bauteilspezifische Gefüge-Eigenschafts-Korrelation (GEK). Durch eine weitere Kopplung mit der GPS können die experimentell gewonnen Informationen direkt mit dem lokalen Erstarrungsverhalten im Bauteil korreliert werden. Generative Adversarial Networks können als „virtuelles Mikroskop“ eingesetzt werden und erlauben in Kombination mit der GEK eine Festigkeitsvorhersage in nicht untersuchten Bauteilbereichen.

Die maßgeblichen Vorteile eines solchen integrierten Qualifizierungsansatzes zeigt sich in der Möglichkeit, gefertigte Bauteile mit einem reduzierten Arbeitsaufwand zu qualifizieren, bietet das Potenzial, Ausschuss und folglich auch Kosten und Umweltbelastung, zukünftig weiter zu reduzieren.

Mit einer neuartigen messtechnischen Anordnung wird der Druckgießprozess so charakterisiert und simuliert, dass Anforderungen an hybride, anorganisch gebundene Sandkerne genau quantifiziert werden.

Dargestellt werden Ergebnisse einer Untersuchung, welche das Penetrationsverhalten anorganisch gebundener Sandkerne unter Variation der Druckgießparameter zeigen. Zudem wurden unterschiedliche Sand-Binder-Zusammensetzungen mit einem Schlichteüberzug versehen, um das Penetrationsverhalten weiter einzudämmen.