Bestimmung der strukturabhängigen Ultraschallschwächung in Gusswerkstoffen am Beispiel von gegossenen Nickel-Aluminium-Bronzen

Gusswerkstoffe wie Duplexstähle und Nickel-Aluminium-Bronzen spielen aufgrund ihrer Festigkeitseigenschaften und ihrer Korrosionsbeständigkeit eine wichtige Rolle unter anderem bei der Fertigung von Schiffsantriebskomponenten und Bauteilen im Off-Shore-Bereich. Aufgrund ihrer für den Ultraschall ungünstigen Eigenschaften zählen sie zu den schwerprüfbaren Werkstoffen. Die Streuung elastischer Wellen an (Grob-)Korn- und/oder Phasengrenzen führt zu einer mitunter beträchtlichen Schallschwächung und damit zu einem geringen Nutzsignal bei der bildgebenden Ultraschallprüfung. Durch die Simulation auf der Basis physikalischer Modelle gelingt es, diese Effekte quantitativ zu erfassen und verbesserte oder neue Prüfverfahren zu entwickeln, wenn die entsprechenden Materialparameter als Eingangsgrößen vorliegen. In diesem Beitrag befassen wir uns daher mit der experimentellen Bestimmung der frequenzabhängigen Schallschwächung. Die Untersuchungen mit Standard-Prüfköpfen unterschiedlicher Frequenz und Bandbreite haben wir an einem speziell gegossenen Bronze-Testkörper durchgeführt. Die in den verschiedenen Dickenbereichen während des Abkühlprozesses ausgebildeten Gefüge entsprechen den in realen Bauteilen vorhandenen Kornstrukturen und sind daher als repräsentativ für gegossene Schiffspropeller aus Cu3 anzusehen. Wir berichten über die Bestimmung der frequenzabhängigen Schallschwächungskoeffizienten für die untersuchten Wanddicken von 30 mm bis 200 mm und deren Korrelation mit der im Gefüge vorliegenden Korngrößen.