Werkstoff-Innovation dank Modellierung

Numerische Simulationen sind aus heutigen Forschungs- und Entwicklungslabors nicht wegzudenken, denn sie ermöglichen es, Werkstoffe bis auf Nanometerebene zu charakterisieren, Bauteile zu bewerten und die Aussagekraft von Experimenten zu ergänzen. Was moderne Modellierungstechniken der Industrie zu bieten haben, zeigte das Kompetenzzentrum für Materialwissenschaften und -technologie CCMX an der EPF Lausanne.

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GGB Heilbronn GmbH

sia Abrasives Industries AG

TORNOS S.A.

Die im Jahr 1991 aus der EPFL hervorgegangene Firma Calcom ESI in Lausanne ? seit 2003 zur ESI GROUP gehörend ? fokussiert auf metallurgische Software, welche rund um die Welt bei Giessereien im Einsatz steht. Ihre Spezialität sind technologische Knacknüsse, beispielsweise wie man Voraussagen über Gussporosität in virtuelle Crash-Tests integriert, denn dieses Thema sorgte für heisse Köpfe bei Alcan und BMW.

Metallurgische Probleme im Griff

Aluminiumdruckguss-Komponenten sind zunehmend beliebt in leichten Strukturdesigns für Autos, denn sie sorgen für erkleckliche Gewichtseinsparungen. Mit dem Metallgiessen lässt sich eine Komponente komplexer Geometrie, meist aus verschiedenen kleinen, miteinander verbundenen Teilen zusammengesetzt, in einem Prozess herstellen.

Der Druckguss birgt jedoch ein höheres Versagensrisiko, denn im Giess- und Erstarrungsprozess treten beispielsweise Porosität und andere mikrostrukturelle Defekte auf, welche die Bruchfestigkeit reduzieren. Damit die Crash-Simulation ein brauchbares Resultat liefern kann, müssen alle Effekte, also ausser der Porosität auch die effektive Bauteilwandstärke, die verbleibende Spannung in den Teilen und die Eigenschaften abhängig von Mikrostrukturen berücksichtigt werden.

Mit dem heutigen Vorgehen wird zuerst der Gussprozess simuliert, um die ungleiche Verteilung mechanischer Eigenschaf-ten und speziell der Porositätsdistribution innerhalb eines gegebenen Aluminiumgussteils vorauszusagen. Die Calcom-ESI- Spezialisten verglichen numerische Porositätsvoraussagen, die sie mit der Pro-CAST-Software erzielten, mit CT-Scans und Mikrofotographie, wobei weitgehende Übereinstimmung festgestellt werden konnte.