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Das Experiment, das auf der Messung der
Matrixeigenschaften von sich nur gestaltmässig und
infolgedessen durch die Geschwindigkeit des Wärmeabfuhrs
unterscheidenden GGG-Gußstücken mit der gleichen chemischen
Analyse basiert, wies nach, dass eine zuverlässige
Regressfunktion der Geschwindigkeit des Durchgangs der
Ultraschallwellen gegenüber die Gefüge-, bzw. mechanischen
Eigenschaften des GGG-Gußes nicht gefunden werden kann.
Daraus folgt, dass es nicht möglich ist, vor dem Beginn der
Ultraschallgeschwindigkeitsmessung festzulegen, welche Härte-,
Festigkeits-, Dehnungs- und weitere Werte von
Matrixeigenschaften ihr entsprechen sollen. Vor der Einführung
dieser Kontrollmethode in die Betriebspraxis sind direkte
Messungen von mechanischen und Gefügeeigenschaften an
statistisch maßgebender Probezahl durchzuführen, neue
Kontrollgrenzen festzusetzen und erst dann dieses Verfahren für
zuverlässig und ausreichend beweiskräftig bei der
Beurteilung des Zustandes der Gußqualität zu halten.
Unabdingbar ist dabei die regelmäßige direkte Kontrolle zur
Überprüfung des Trends von Eigenschaften.
Zugleich ist es nicht möglich, die an einem Typ des GGG-Gusses
ermittelten Korrelationsbeziehungen auf einen anderen Gußtyp
zu übertragen, und dies sogar nicht einmal von einem auf den
anderen Bereich im Rahmen eines Gußstücks, weil man
unterschiedliche statistische Datenfolgen bekommt. Für ein
besonders schwerwiegendes Ergebnis halte ich die Feststellung,
dass die gemessenen statistischen Datenfolgen überwiegend
nicht der normaler Distribution abstammen, was auf weitere
unerfasste Parameter hinweist, die die Messungen auch unter
Laborbedingungen beeinflussen.
Es wurde nachgewiesen, dass die in der Oberflächenschicht der
Proben ermittelten Werte (Brinellhärte, chemische
Zusammensetzung ....) eine größere Streuung aufweisen, denn
sie beschreiben bei den Proben, größenorrdnungsgemäß, nur
eine millimetertiefe Schicht. Dadurch sind solche Messungen
gegen lokale Abweichungen der Eigenschaften empfindlicher.
Demgegenüber beinhalten die Messungen über den vollen
Querschnitt (Ultraschallgeschwindigkeit) den Beitrag der
gesamten Gußwand und neigen folglich weniger zu lokalen
Unhomogenitäten.
Die durch Thermoelemente gemessenen Temperaturwerte können
nicht immer als richtig und genau die Tatsachen erfassend
betrachtet werden. Neben den Fehlern der Thermoelemente und
Messanlagen, die vorausgesehen und korrigiert werden können,
stellen die größten Probleme die Ungenauigkeiten dar, die
bei der Messung durch den Temperaturgradienten entlang des
Thermoelements verursacht werden. Die maximale Messgenauigkeit
kann dann erreicht werden, wenn es entlang des Thermoelements
möglichst niedrigen Temperaturgradienten gibt, d.h. dass es
günstig ist, wenn das Ende des Thermoelements wenigstens
einige Zentimeter in der Wand des gegossenen Metalls steckt.
In der Praxis ist jedoch dieser Grundsatz oft nicht erfüllbar.
Das vorgeschlagene Verfahren der Datenkorrektion basiert auf
dem Vergleich des gemessenen Temperaturverlaufs und dessen
kennzeichnenden Temperaturpunkten mit den Tabellendaten oder
mit dem Temperaturverlauf im aus gleicher Legierung gegossenen
Gußstück, wo die Forderung auf den limitierten
Temperaturgradienten entlang des Thermoelements erfüllt wurde.
Es wurde bewiesen, dass die einzige effektive Art und Weise
der Genauigkeitserhöhung bei den rechnerunterstützten
Simulationen des Gieß- und Erstarrungsprozesses die Anwendung
genauerer thermophysikalischer Daten ist. Ich habe ein
Experiment entworfen, das zur Präzisierung von
thermophysikalischen Daten für die Simulationszwecke dient -
rückläufige Simulation.
Zur praktischen Anwendung habe ich eine in sich geschlossene
Datenbasis thermophysikalischer Werte, vorzüglich für das
Gusseisen mit Kugelgraphit zusammengestellt, die in die
Simulationsberechnungen eingehen und Werte von verschiedenen
Autoren verglichen.
Bei der Bewertung und dem gegenseitigen Vergleich
thermophysikalischer Parameter muss das gelöste Problem immer
berücksichtigt werden, denn der Vergleich der Unterschiede
zwischen den Zahlen selbst liefert uns keine klare Vorstellung
darüber, welche Bedeutung sie bei der Anwendung in den
Berechnungen in Simulationsprogrammen haben. Eine der
Vergleichmöglichkeiten dieser Daten ist, eine Berechnung mit
Anwendung von Daten mehrerer Legierungen durchzuführen.
Auch der Vergleich von Eingangswerten zur Berechnung des Gußgefüges
unter Anwendung der Simulationsprogramme ergibt keine klare
Vorstellung über den prozentuellen Unterschied des Gefüges
nach der Berechnung. Anwendet man die Daten, die für
Legierungen mit der unterschiedlichen chemischen Analyse, wenn
auch für eine Werkstoffgruppe - wie hier für die GGG-Qualitäten
- ermittelt wurden, bekommt man den Unterschied im Anteil
einzelner Komponenten, der sich in der Größenordnung von bis
mehrerer Duzend Prozent bewegt. So eine Berechnung ist für
die Praxis unbrauchbar. Auch hier müssen möglichst genaue
Daten aus den Transformationsdiagrammen benutzt werden. Für
diese Zwecke habe ich in die Arbeit die gesamte Databasis von
Eingangs-Transformationsdiagrammen für das Gußeisen mit
Kugelgraphit und zugehöriger, zur Anwendung in
Simulationsprogrammen bestimmter Werte aufgenommen.
Es wurde nachgewiesen, dass die Verbindung der
rechnerunterstützten Simulation des Temperaturfeldes mit der
Auswertung der Matrix durch die Bildanalyse einen viel
komplexeren Blick auf das Gußstück bringen kann. Wie sich
zeigte, kann die rechnerunterstützte Simulation die
Unterschiede im Temperaturverlauf erfassen, und dies sowohl
auf den einzelnen Gußstellen, als auch im Wandquerschnitt.
Der Verlauf der Erstarrungskurven stimmte darüber hinaus mit
den theoretischen Voraussetzungen der Graphitbildung sehr gut
überein, was wiederum sowohl für den Querschnitt durch den
Bügelguß, als auch für seine Wand gilt.
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