Die Dichte der eutektischen Körner und die Ausbildung der Graphitlamellen beeinflussen maßgeblich die mechanischen Eigenschaften von GJL. Dabei ist die Keimbildung, d.h. die Ausscheidung des Kohlenstoffs aus der Schmelze zwingend auf das Vorhandensein von Keimbildungsfördernden Fremdsubstraten in ausreichender Zahl angewiesen. Für einen besseren Keimhaushalt ist in den Gießereien übliche Verfahrenspraxis Impfmittel einzusetzen. Die Zugabemenge eines als geeignet getesteten Impfmittels wird über die gesamte Produktion unterschiedlichen Gussteile konstant gehalten. Auf Veränderungen des metallurgischen Ausgangszustands der Schmelze wird durch Veränderungen der Impfmittelmenge oder -zusammensetzung nicht reagiert. Um eine hohe Qualität des Gusseisens und die Prozesssicherheit während der Produktion zu gewährleisten sind konstante Keimbilungsbedingungen und Graphitverteilung in der Schmelze erforderlich. Dafür sind genaue Kenntnisse zu den Grundlagen der Keimbildung, wie Zusammensetzung und Morphologie der Fremdsubstrate notwendig.
Für die Untersuchung der Graphitkeimbildung in GJLSchmelzen, wurden aus verschieden geimpften Schmelzen Probekörper der Qualität EN-GJL-200 hergestellt. Die Proben wurden in unterschiedlichen Erstarrungszuständen abgeschreckt bzw. nicht abgeschreckt, um somit Aussagen über den Verlauf der Keimbildung und des Kornwachstums zu erhalten Die Untersuchungen zur Graphitkeimbildung erfolgten sowohl mikroskopisch als auch durch thermodynamische Berechnungen. Für eine Analyse der Keimbildungszentren erwiesen sich die Rasterelektronenmikroskopie mit EDX/WDX sowie das kontrollierte Abtragen von Oberflächenschichten mittels FIB mit REM-EDX-EBSD -Analyse als die derzeit effektivsten Methoden. Für die thermodynamischen Untersuchungen wurden Thermo-Calc-Rechnungen (thermodynamischen Gleichgewicht) und Gefüge-Simulationen mit MICRESS (Berücksichtigung von Diffusionsvorgängen) durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass MnS-Partikel als keimbildungsfördernde Fremdsubstrate für die Graphitbildung dienen können.
Das Ergebnis der experimentellen und der thermodynamischen Untersuchungen ist, dass die Graphitkeimbildung in GJL-Schmelzen an MnS-Partikeln statt findet. Abbildung 1 zeigt exemplarisch eine REM-Aufnahme, in der ein Zentrum der Graphitlamellen, in dessen Mitte MnS gemessen wurde, dargestellt ist. Das MnS-Partikel ist als helles Dreieck erkennbar und befindet sich in der Mitte der Lamellen, die senkrecht zu den Seiten des MnS-Dreiecks laufen. Für eine 3D-Darstellung eines Graphitlamellenzentrums wurden Messungen mit Hilfe von FIB mit REM-EDX-EBSD -Analyse durchgeführt.
In weiteren Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass das Verhältnis Mn/S sowie die Gehalte von Mn und S eine wesentliche Rolle für den Keimhaushalt spielen.
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Große Gießereitechnische Tagung 2008 Aachen
