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By Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Patterson, Dr.-Ing. Günter Dietzel (auth.)

Durch inhomogene plastische Verformungen oder durch homogene Deformation inhomogener metallischer Werkstoffe entstehen Eigenspannungen. Eigenspan­ nungen sind Spannungen, die in einem Körper vorhanden sind, ohne daß äußere Kräfte auf diesen einwirken. Diese Spannungen stehen untereinander im Gleich­ gewicht. Sind sie mindestens in zwei Richtungen über makroskopische Bereiche homogen, so handelt es sich um Spannungen erster artwork. Spannungen zweiter artwork sind solche, die über einzelne Körner und Spannungen dritter paintings diejenigen, die über wenige Atomabstände hinweg homogen sind. Eigenspannungen erster und zweiter paintings bauen sich immer aus den Spannungs­ feldern dritter artwork, d. h. den Versetzungen auf. Die im Rahmen dieser Arbeit interessierenden Eigenspannungen sind die erster paintings, die auch als Stückspannun­ gen bezeichnet werden, und z. B. als Wärme-, Guß-, Abschreck- oder Bearbei­ tungsspannungen bekannt sind. Für inhomogene plastische Verformungen gibt es zahlreiche Ursachen, von denen hier nur die Wärmespannungen sowie Umwandlungen und Ausscheidungen, die mit Volumenänderungen verbunden sind, genannt seien [1]. Beim Werkstoff Grauguß hat guy es in den meisten Fällen mit einer überlagerung dieser beiden Erscheinungen zu tun. Wirkt eine bekannte äußere Kraft auf einen Körper ein, so kann guy die Größe und Verteilung der Spannungen berechnen und durch entsprechende Dimen­ sionierung des Körpers die Bruchgefahr bzw. die plastische Verformung ver­ meiden. Sind dagegen bei einem technischen Herstellungsprozeß ungewollt Eigenspannungen in einem Konstruktionselement entstanden, so kennt guy ihre Größe und Verteilung im allgemeinen nicht. Die Messung dieser Spannungen ist in der Regel nur durch Zerstörung des in Frage kommenden Stückes möglich.

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31 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Phosphorgehalt (%) Einfluß des Phosphorgehaltes auf die Eigenspannungen eines ungeimpften Graugusses In der zweiten Versuchsreihe, bei der ein ungeimpftes Eisen ähnlichen Sättigungsgrades vergossen wurde, steigen die Eigenspannungswerte mit dem Phosphorgehalt ebenfalls an, wenn der E-Modul aus dem Zugversuch und aus der Graphitmenge bestimmt wurde (Abb. 31). Wegen der geringeren Festigkeit des Werkstoffes im Vergleich zu dem der ersten Versuchsreihe waren Gitter mit einem Phosphor gehalt von ungefähr 1% nicht gerissen.

Mit der Stehzeit des Stahles in der Kokille wird der Temperaturgradient geringer und damit auch die Spannungen. Die Spannungen können bei höheren Temperaturen plastische Verformungen verursachen. Kritisch für eine Kokille ist also der Zeitpunkt, an dem sich der größte Temperaturgradient einstellt und die Spannungen so hoch werden, daß die Zugfestigkeit überschritten wird. Je nach den Abkühlungsbedingungen im Stahlwerk sind die Kokillen mehr oder weniger eigenspannungsbehaftet. Da bereits vorhandene Eigenspannungen und entstehende Wärmespannungen sich beim Eingießen des Stahles überlagern, ist es nun wichtig zu wissen, welche Spannungen in den jeweiligen Zonen der Kokille nach der Abkühlung auf Raumtemperatur vorliegen.

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