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Einfluss der Porosität auf die Schwingfestigkeit von Proben und Bauteilen aus Aluminiumdruckguss

Influence of porosity on fatigue strength of aluminum die-cast specimens and components
 
: Zhang, G.; Sonsino, C.M

:

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 35 (2004), Nr.3, S.125-134
ISSN: 0933-5137
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer LBF ()
SCHWINGFESTIGKEIT; BAUTEIL; ALUMINIUM; DRUCKGUSS

Abstract
Aluminiumdruckgussteile werden im Fahrzeugbau zur Erzielung eines Leichtbaus in großem Umfang eingesetzt. Als typische Beispiele sind unterschiedliche Halter, Motorblöcke, Räder und Lenker zu nennen.
Durch die in der Gussschmelze enthaltenen Gase entstehen nach dem Erstarren überwiegend kugelförmigen Poren, die je nach Bauteilform und Abkühlbedingung statistisch verteilt sind. Im Bauteilinneren ist die Porenkonzentration in der Regel höher als am Bauteilrand.
Für die rechnerische Schwingfestigkeitsuntersuchung von Druckgussteilen wird häufig der einfache Weg beschritten, indem die Schwingfestigkeitskennwerte an glatten Proben in Zug- und Druckversuchen ermittelt werden. Die Verwendung der auf diese Weise ermittelten Kennwerte auf Bauteile führt jedoch häufig zu Lebensdauerabschätzungen, die bei weitem zu konservativ sind.
In der vorliegenden Arbeit wird versucht, die Kerbwirkung an den Poren anhand von einfachen Modellen abzuschätzen. Es wird dann gezeigt, wie diese Überlegung auf Bauteile übertragen werden kann, wobei den Tatsachen, dass die Spannungsverteilung in einem realen Bauteil in der Regel inhomogen ist und dass die Randschicht porenarm ist, eine zentrale Bedeutung zukommt. Damit lassen sich die Kerbunempfindlichkeit eines Aluminiumdruckgusses und die dadurch bedingten konservativen Lebensdauerabschätzungen in vielen Fällen erklären.

 

Aluminium die-casting is widely used in the automotive industry. Brackets, engine blocks, wheels and suspension arms etc. are typical applications.
Due to the gases contained in the melt, more or less spherical pores arise in the cast components during the cooling procedure, usually with a higher concentration in the middle. The distribution of the pores depends both on the casting condition and on the form of the components and is stochastic.
In the past, the simple way is often chosen for the fatigue life estimation of aluminium die-casting: The fatigue strengths of the material, e.g. in the form of S-N curves, are determined by an unnotched specimen which are then used in the fatigue calculation. However, the application of these data to real components with notches leads in many cases to fatigue life estimations which are by far too conservative.
In the present paper a simple geometrical model of pores is presented. Using this model, the notch stress caused by a pore can be estimated. The behaviour of pores in a real component with notches will be treated. It will be shown that the mentioned conservative nature of the fatigue life prediction and the apparent notch insensitivity of aluminium die-casting can be explained by the facts that the stress distribution in a real component, contrary to an unnotched specimen, is inhomogeneous and that the porosity density on the surface is often low.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-37703.html