Gußeisenwerkstoffe: Teil 3 Bildband [Reprint 2020 ed.] 9783112327081, 9783112327074

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Gußeisenwerkstoffe Eigenschaften unlegierter und niedriglegierter Gußeisen mit Lamellengraphit/KugelgrapWt/Vermiculargraphit im Temperaturbereich bis 500° C Teil 3: Bildband

von

Dipl.-Ing. Erich Nechtelberger Österreichisches Gießerei-Institut, Leoben

Herausgegeben von der Forschungsvereinigung für Verbrennungskraftmaschinen e.V., Frankfurt/Main

1977 Fachverlag Schiele & Schön GmbH, Berlin

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various alloys

Bild

12:

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to upgrade

an unalloyed

cast iron

to a required

degree.

Legierungsfaktoren zur Errechnung der Zugfestigkeit von legiertem Gusseisen mit Lamellengraphit. Die Zugfestigkeit des unlegierten Werkstoffes wird mit den sich für die betreffende Zusatzmenge der Legierungselemente ergebenden Paktoren multipliziert: crB leg. = crB unleg. . f., . f g . f

2

3 Nummer

Bild' 13:

4 der

5

Meßstelle

Härteverteilung in Zylinderköpfen (Nach A . Mocsy, entnommen aus

usw.

Nach

Basisaisan: 12 VoCi

Z3%Si

Legirrung

J 2 3

i

5

0

10 20 Wanddicka

Bild

14:

Bild

15:

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Zusatz in % Cr Ni Mo 0.30 0.25 030

ÖJ5

075 1.25 150 200

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50

mm

Wanddickenabhängigkeit der Zugfestigkeit Yerschieden legierter Zylinderkopfgusseisen (nach P.G. Sefing 1 0 2 ^)

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G G 2 5

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Belastung (Emin)

570 US

( 6 0 m m

P l a t t e )

Niecbverformung Cr in/um in %

Druckspannung Ä> w o 6£Q kp/rnm

7

34.8s

60.50

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53,0

0.1325

2

35.01

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C

18,2

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0.0250

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60

Zeit in min

Bild

22;

Kriechverhalten bei wiederholter Druckbelastung der Probe aus Bild 21

100

Bild

23:

200 Temperatur

300

400

in °C

Warmzugfestigkeit von unlegierten^-GGlSorten.*'

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100 200

300

400

Temperatur

Bild

45:

20

100

200

300

400

in °C

Abhängigkeit des E-Moduls von Gusseisen mit Lamellengraphit von Zusammensetzung und Temperatur. Nach E. Nechtelberger ' ')

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Zugfestigkeit

E-Modulabfall für elastische Dehnung (Tangentenmodul Ej) E-Modulabfall Gesamtdehnung (Sekantenmodul

20

40

60

80

Zugspannung Bild

48:

JOO

120

140

für £
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Bild

83:

Beziehung zwischen Zugfestigkeit und Dehnung bei Gusseisen mit Kugelgraphit. (Nach W. Siefer u. K. Orths entnommen aus 14)



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200

300

400

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5ü0

(°C)

Warmfestigkeit von molybdän- und unlegiertem ferritischen Gußeisen mit Kugelgraphit (Kurzzeitversuch)

Bild

107 e . f :

Fach

2 ? ß )

Warmfestigkeit von zinn-, molybdän- und unlegiertem perlitischen Gußeisen mit Kugelgraphit (Ku r zzeitversuch)

Zusammensetzung

$Mn #Ni

S24 3,42 1,85 0,57 0,037 0,018 —

S26 3,38 2,63 0,59 0,024 0,015 1,45

S27 3,36 2,30 0,26 0,025 0,020 0,96

S30 3,50 2,41 0,42 0,051 0,010 0,72

Bild 108a; Warmhärte von ferritischem und ferritischperlitischem GGG. Nach H. Merchant u. M i t a r b . 2 2 7 ^

Bjld 108b; Warmhärte von perlitischem (Gusszustand) und ferritisch geglühtem GGG im Vergleich zu Stahl. Nach E.R. Pettv u. H. O'Neill, entnommen aus 189) f b. 15.

Temperatur

extrapoliert | gernessen Jmgerqtunn2C^300 • perOtisch, Gußzustand oftrritisch. GuOzustand • —• _— j?JL. y X''

700 600

£500

200

. 400

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100

10-5 Itt* 10"3 10"' 10"> 1

Dehngeschwindigkeit in °/o/h

10 102

Zusammensetzung

perlit. GGG

ferrit GGG

3,31 3,67 2,40 2,79 0,08 0,42 * Mn 0,020 0,030 # P 0,010 £ S 0,013 — 0,036 # Sn 0,051 0,041 * Mg Raumtemp. - Eigenschaften a„ N/mm 2 691 443 B 9 283 443 6C * 23,8 1.5 £ c < si

Bild

109:

Vergleich des Warmkriechzugverhaltens von perlitischem und ferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit im Gusszustand. (Kaah E. v. Rajakovics u. E. Nechtelberger ', entnommen aus

B. 44)

FEKRITIC STRESS'/ LOG, TIME

NODULAR

IRON

CURVES FORGIVEN

STRAINS

FERRHfC 0-4°/o o-5°/o

o-2%o-3%/

10%

427°C

NODULAR

CAST IRON CO-77% NO

18 IG

Dehnuncf

m iz 10 $ (?

k z IO

IO

IO

10

IO

TIME, h (LOG

SCALE)

~ie.it in h Zusammensetzung: i> C * Si 1o Mn # P f> S # Ni * Mg

3,38 2,32 0,55 0,023 0,009 0,77 0,041

RT - Eigenschaften a

B

°0,1 6

5 HB

N/mm 2

437

N/mm 2

278

%

26 150

Extrapolationswerte aus dem Larson-Miller-Diagramm, Bild 112: 350°C, 10 5 Stunden Beanspruchung N/mur 185 B a Q 1 N/mm'1 93 Bild

110:

Kriechverhalten von ferritische« GGG bei 427 C (Nach H.T. A n g u s 4 9 \ Fig. 8)

0

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CREEP T E S T S A T 4QO°C

PE A R L i T I C N O D U L A R C A S T I R O N

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Dehnung

in h

TIME

HOURS

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. SCALE)

Zusammensetzung 1° C

2,95

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¿,'44 0,05 0,024 1,11

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IOOO

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IOOOO

ET - Eigenschaften N/mm 2

crB

725

a0|1N/mm2 6 HB

409

4,5 271

If t Zeitstandfestigkeit für 400°C CTg N/mm.22 100

h

433

1000

h

355

10000

h

293

Extrapolationswerte aus dem Larson-Miller-Diagramm, Bild 112: o 5 350 C, 10 Std. Beanspruchung crB aQ)1 Bild

111:

N/mm 2

340

2

139

N/mm

Kriechverhalten von perlitischem GGG bei 400°C (Nach J.A„ Towers, entnommen aus ^9) ^ j>ig# 7 )

L A R S O N - M I L L E R P A R A M E T E R , T (,20*log t ) • T in ° K , tin Hours

TIME-HOURS

—Rupture strength, nodular iron pearlitic and ferritic. Pearlitic Nodular, tensile 46-9 tonjhr elongation 4 o"0• Brinell 271 (1 11% Ni). Ferritic Nodular, tensile 30 tnuiiir. elongation 17'',,, Brinell 156 Ni)

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Bild 151: Abhängigkeit des E-Moduls von perlitischem GGV (CompactedGraphite Iron 1 = Eisen 11 nach Tafel 44) im Vergleich zu perlit. GGG und perlit. GGL 30 bei Zugbeanspruchung (a) und bei Druckbeanspruchung (b). (Nach K.B. Palmer 2 3 2 ^)

0,65

0.60 r -

CO 0,55 2 1 4 ) 237) )#

Bild 155: Wöhlerkurven ungekerbter und gekerbter Umlaufbiegewechselproben der perlitischen Gusseisen mit Yermiculargraphit 12, 13 und 14 nach Tafel 44 OTÖOS 3 Ü3CS4 • !»C\ 5 y\srCf-E2 » «fiO* 5 k -NCCffS s££ z* cvcie« :r

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3,7-3,8

°/o C

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Bild

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156:

Wärmeausdehnungskoeffizienten von Zylinderkopfgusseisen mit Lamellengraphit (Eisen 13 bis 20 nach Tafel 50, vgl. auch Tafel 10) 67\ (Nach E. Nechtelberger ').

Bild j i I

yf*

r/% / ij ° '

Mittlere lineare Ausdehnungskoeffizienten von Zylinderkopfgusseisen nach Tafel 16. D, E, L, N, R, Y = GGL F, G = GGG (Nach S.G. Baker u. J.A. Pope 1 1 "^)

^

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200 300 TEM?ERATUB£

400 "c

157:

SOO

600

Bild 158: Schema der Wärmeleitung In Eisengusswerkstoffen (Nach H. K e m p e r s 6 ^ )

Gußeisen mit Kugelgraphit lamellengraphit

Bild 159? Schema des Einflusses der Gi^aphitform auf die thermische und elektr. Leitfähigkeit im Vergleich zu Stahl. (Nach K. Löhberg u. J. M o t z 2 4 0 )

Bild

160;

Einfluss des

Legierungsgehaltes auf die Wärmeleitfähigkeit von Stählen bei 20 C. (Nach Messwerten von Bungardt u . ^ j Spyra 4 entnommen aus 21

3

1

*

IS

20 ¿3 30

Summe Legimnisgetolt inAlom-%

%C

%Mn

Temperatur Schrilttum °C

%P

o A A O • •

20 100 150 100 20 T95 1400

3,1 bis 3,8 0,34 bis 0.54 0 . 0 4 7 b i s 0 . 0 8 6 3.6 0.16 b i s 0.20 n.b. 3.5 0.37 0.02

O

0.30

:}

0.36

3.5

Ni-legier mit 1.98

Ni-Gehalt i

Bild 161: Einfluss des Siliciumund Nickelgehaltes auf die Wärmeleitfähigkeit von ferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit bei RT.

5 4 2 3 1

(Nach K. Röhrig u. Mitarb.

7

Klammern

14

\ b . 62)

Schrifttumsangaben siehe Kap. 2.4.1)

o MiHegiert

0,13

37,

Messwerte der ausgezogenen Kurve o — — nach H. Kempers . i» Si

Wärmeleitfähigkeit cal/cm.s.°C

0,65 1,1 1,65 2,0 2,3 4,8

0.041 0

J 2.0

1.0

Siliciumgehalt

3.0 in

I 4.0

%

oF

^SJP \

\x 30* BV \

-

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6CI R A T C 3 11 - 3 82 Ni 0 05 - 7 81 Si 1 II - 3 ¿8

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SlNNOT JOURNAL OF METALS AUG 19SJ I C 3 33 - 3 57 N> i 1? - 1 33 Si 1 12 1 38 BORA

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FERRITE

. TEMPER

V 3 7 * / . T-C. F L A K E

GRAPHITE

MAINLY

TC 2 i l V . W H I T E IRON

TC 3 32 - 3 ¿9 Ni 0 - 2 91 Si 2 04- 2 73 3CIRA BO RA TC 51 Ni

PEARLITIC

PEARLITIC MAINLY

FERRITIC

-NODULAR

PEARLITIC

FERRITIC

^UNALLOYED ~~ F L A K E [GRAPHITE JlRONS TC 2 7 5 3-35"/.

S — — >NOOULAR

25°C


« a p -P -H O t h ® |> ® m M m - p M S - H • H hO ®

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Bild :

(Nach Ch. Irmler 1 ^)

r* dz

6. Ox-clils):

r und rr Kül.I- l«u-. limili, räum, IU WhikI von d< r

Diel.e /», IV Verlauf von 0 in der Wund lui liueureni Ti-iri[ji?ratui'rtl>fidl b je L;mgcneinlieit, \* dem liiKvrvn Verlauf il>erli>»erto Teni]>crctuiiii-huiti^iui^ 7u verS"hiedenen'/.:•itiu, i? (.-: 0) mittl-re Tempoi-ntm- der Jiri:mr]'um-0:nrl'i>iche,

168:

ih

0 (j — h) Tenilicr.mir der [/»trai Kulili';iuui-Ob'?ri Lielie Sclienu des Temporal mvciluufs in der Zylindeikopfwfliid.

(b)

O N E F A C E H E A T E D B U T NO R E S T R A I N T ON EXPANSION ANO NO S T R E S S

(C) _ _ _ R ö m p r- e s- s- S ¡ q N _ l Tension | COLO

"

_ NEUTRAL AXIS

i

PARTIAL R E S T R A I N T WITH C O M P R E S S I V E S T R E S S ON T H E HOT F A C E ANO T E N S I L E S T R E S S ON T H E C O O L F A C E

(d:

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HOT I COMPRESSION I I£=»0 S T R E S S

C O M P L E T E R E S T R A I N T WITH Z E R O S T R ' . S S "J'. COLO FACE ANO I N C R E A S E D C O M P R E S S I V E S T R E S S ON HOT F A C E

Development

Bild

169a bis d:

of thermal

stress

Aufbauschema von Wärme Spannungen in ebenen Platten

a)

Ausgangszustand

b)

einseitige Erwärmung und unbehinderte Wärmeausdehnung ohne Wärmespannungen

c)

Teilweise behinderte Wärmeausdehnung mit Druckspannungen auf der heissen und Zugspannungen auf der kalten Seite Vollständig behinderte Wärmeausdetmung mit erhöhten Druckspannungen auf der heissen Seite, während die kalte Seite spannungsfrei ist.

d)

(Nach H.T. Angus, 2. Aufl.,

45

Warmstreckgrenze für Druck &330korn• -GG20 GG30 GG 30 7 / 6630 unlegiert 0J5VoMo / J

thermische

V Spannungskurven

^

1 o> § c c *

600

20

100

200

300

400

500

20

100

200

300

400

500

500

400

I 6

300-

•S o> c

3 C

C *

Temperatur

Bild

170 a, b:

in °C

Spannungsauf bau durch Temperaturunterschiede im Vergleich zu den Festigkeitseigenschaften "bei Gusseisen mit Lamellengraphit (a) und Gusseisen mit Kugelgraphit (b)

600 -

C)

GGV35 unleg.

500 -

/

400 /

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Temperatur

Bild

Druck

¿0,2-Zug

170c:

in °C

Spannungsaufbau durch Temperaturunterschiede im Vergleich zu den Festigkeitseigenschaften bei Gusseisen mit Vermiculargraphit

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Spannungs- und Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Auiheiz- und Abkühlzeit (1). Werkstoff A (GG-20). Zusammensetzung: 3,53 V. C, 1,67'/. Si, 0,7S •/. Mn, 0,13 P. 0,11 •/. S, 0,12 •/. Cu. Sättigungsgrad S c - 0,9«. Anlieferungszustand: „ B - 217 N/mm», HB - 183. Spannungsarm geglüht: 0 B = 212 N/mmi, HB - IM. Ferritisch geglüht: „ ß - 119 N/mm«, HB = 9».

Bild

Werkstatt A. spannunQsarm

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Bild 171b: Spannungsverlauf in Abhängigkeit von deg Temperatur bis ca. 340 C (Beide Bilder.nach A. Erker u. F. Rij^y » entnommen

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G-raphitausbildung, ungeätzt,

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Nennleistung 4 0 0 0 PS/Zylinder bei 108 U/min Effektiver Mitteldruck 10,7 kg/cm*

206(210) 220(223) 199(203) 183(186) II (233) ,242(247) 265(271) :82(285) .309(312)

Temperatur ( 3 C )

136(138) 130(133; 273(280)

193(196) (219)

s216

Ol-Temperaturen an der Verbrennungsraumwand eines bohningsgekühlten R N 76-Zylinderdeckels. RD90-Motor 1000

2000

3000

4000

5000

Zylinderleistung ( P S ) 1 - 8 Meßpunkte

Temperaturen bei verschiedener Last.

Bild

241:

RN76-Motor

Leistung M i t t l e r e r effektiver Druck Drehzahl Zünddnick Spezifische- L u f t n f e ^ z ;

1 6 9 2 kW/Zyl. 8,6 b a r 1 1 9 U/min 74.6 bar 9 . 8 kg/kWh

Leistung M i t t l e r e r effektiver Druck Drehzahl Spezifische L u f t cienge Zunddruck

1 4 0 1 ( 1 4 7 1 ) kW/Zyl. 9,81 (10,3) b a r 1 2 2 ( 1 2 2 ) U/min 9 . « ( 9 , 8 ) kg/kWh 71,6 (84,4) bar

Nach G.J. Hellingman261)

100%-

b

c

d

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Spannungsdifferenz

100%

a

b

c

a

b

c

•

Ära V e r s u c h s m o t o r l R S A 7 6 gemessene W e r t e

•

A u f R N 7 6 * M o l o r extrapolierte W e r t e (in K l a m m e r n )

¿.Spannungsvergleich zwischen RD90-Zylinderdeckel und bohrungsgekühUen RN76-Prototyp-Zylinderdeckel; durch Gaskräfte hervorgerufene Spannungen (Mitte), statische und thermische Spannungen (unten) (MiSES-Kriterium).

Bild 242 ajj: Temperatur- (a) und Spannungsverteilung (b) eines bohrungsgekühlten einteiligen rotationssymmetrischen Zylinderdeckels. (Nach P. Borgeaud 2 5 8 ))

Bild

243:

Blattrippenbildung mit Kanalrissen im Wassermantel eines Zylinderkopfes (Nach. E. Nechtelberg££8)

Bild 244a: Stegriss durch thermische Überbelastung infolge Kühlungsbehinderung nach Bild 244b.

Bild 244b: Blattrippenbildung und Yererzung im Kühlkanal unter dem Steg nach Bild 244a. (Nach E. Nechtelberger269))

Bild 245: Thermischer Ermüdungsriss infolge schlechter Kühlung im Steg eines Dieselzylinderkopfes. 17°) thermischer Ermüdungsriss frischer Anriss durch Probenahme H = 26 mm Steghöhe (sie soll lt. Zeichnung 14 mm betragen)

Wandstärke s = 6 mm Soll-Wandstärke lt. Zeichnung = 4 mm!

Flotationszone mit Ballung geplatzter Sphäroliten

Metaliott*phi*cAHuessc Uhnntietrtseunchung an verschiedenen Prn iSiwmütLtillle G.ra'phi|'taci4ritt3unör OninUliefüsfe vgl. mm a % Ferrit Perlit •V'.is-.-cimS.t; » fgMnMMKO. aM. reiche' icnlackirrThjfuEe un.J Eimeftttp Seester •

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