GussTough-Substitution von Seltenen Erd-Metallen zur Entwicklung kaltzäher duktiler Gusseisenwerkstoffe

 

Resourcenunabhängigkeit  für Mobilität und Energie

Duktiles Gusseisen wird seit vielen Jahren für die Herstellung hochbelasteter Bauteile im Maschinen- und Fahrzeugbau verwendet. Bauteile, die aus diesen Werkstoffen gefertigt werden, bieten ein hervorragend ausbalanciertes Verhältnis zwischen Werkstoff-/ Bauteileigenschaften und Kosten. In Deutschland wurden im Jahre 2011 etwa 1,73 Mio. Tonnen Gusseisen mit Kugelgraphit mit einem Produktionswert von etwa 3,14 Mrd. EURO, wobei die Fahrzeugtechnik mit 750.000 Tonnen und der Maschinenbau mit 544.000 Tonnen den größten Anteil haben. Die Einstellung der hier geforderten Materialeigenschaften erfordert den Einsatz von Cer, das als Seltenes Erd-Metall zur Gruppe der bezüglich Marktverfügbarkeit und wirtschaftlicher Bedeutung von der EU als extrem kritisch eingestuften Rohstoffe gehört.

 Nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit durch technische Kompetenz

Die nachhaltige Sicherung von Unternehmensbestand und von Arbeitsplätzen ist eine der entscheidenden Zukunftsaufgaben für die deutsche Wirtschaft. Für die betroffenen Unternehmen der Gießereiindustrie, des Fahrzeug- und Maschinenbaus ist die Entkopplung der dargestellten Ressourcenproblematik vom wirtschaftlichen Wachstum eine zwingend erforderliche Maßnahme zur nachhaltigen Sicherung ihrer Wettbewerbsfähigkeit und damit ihrer Weltmarktkompetenz.

Das Projekt GussTough legt zur Problemlösung einen ganzheitlichen Forschungsansatz zugrunde, der die gesamte Wertschöpfungskette berücksichtigt. Es werden optimierte Werkstoffsysteme entwickelt, die in der Kombination der Cer-Substitution mit einer festen, aber hochzähen metallischen Matrix eine innovative Werkstofffunktionalität bezogen auf Anwendung und Einsatz bieten. Die Grundforderung nach ökologischer und ökonomischer Effizienz hinsichtlich der verwendeten Einsatzmaterialien muss über die Entwicklung einer optimal angepassten stofflichen Verwertung der Prozessabfälle gewährleistet werden. GussTough umfasst so die vollständige Wertschöpfungskette für die neuen Gusseisenwerkstoffe: Werkstoffherstellung-Bauteilherstellung und Eigenschaftscharakterisierung - Bauteilkonstruktion - Werkstoffkreislauf und Recycling. Die werkstoffwissenschaftlichen Grundlagen für die Herstellung Cer-freier hochzäher duktiler Gusseisenlegierungen werden erarbeitet.

Ohne den Einsatz von Cer wäre nach derzeitigem Stand der Technik die  Weiterentwicklung von Windenergieanlagen in Leistungsklassen höherer Energiedichte gefährdet, der in Deutschland höchst kompetente Industriezweig „Werkzeugmaschinen“ könnte seine technologische Kompetenz und seine weltweite Marktstellung nicht weiter entwickeln und absichern, die Entwicklung von Leichtbaufahrwerksteilen wäre massiv behindert.

Die zentrale Zielsetzung des Verbundforschungsvorhabens GussTough ist die Substitution von Seltenen Erden aus dem Herstellprozess für Bauteile aus duktilen Gusseisenwerkstoffen. Gleichzeitig wird eine geschlossene Wertschöpfungskette entwickelt, die die mit dieser Substitution unmittelbar verknüpften Potenziale einer bisher nicht realisierbaren Werkstoffoptimierung erschließt.

Mit den wissenschaftlichen Partnern sind Kompetenzen aus den Bereichen Metallurgie und Werkstofftechnik  im Verbund vertreten. Die materialtechnische Entwicklung der Cer-Sub-stitution erfolgt durch Elkem AS. Die Herstellung von De-monstratoren mit modifizierten Gusseisenwerkstoffen sowie deren stoffliche Wiederverwertung erfolgt durch die Gieße-reien Heger Guss und CLAAS GUSS. Die Gießereien be-treiben darüber hinaus gemeinsam mit MAGMA, dem füh-renden Entwickler von gießereispezifischer Prozessoptimie-rungssoftware die Entwicklung angepasster Fertigungspro-zesse. Eine wesentliche Rolle spielen die Endanwender Enercon und MAN, die in den Bereichen regenerative rege-nerative Energieerzeugung und Kraftfahrzeugtechnik für lebensdauergerechte Bauteilauslegung und die Umsetzung der Anwendungen in Form von marktfähigen Demonstratoren verantwortlich zeichnen.

 



Koordinator: Dipl.-Ing. Hartwig Haurand, HegerGuss GmbH - Werksleitung

 Projektpartner (Karte):

  • HegerGuss GmbH - Werksleitung
  • Technische Universität Clausthal - Fakultät für Natur- und Materialwissenschaften - Institut für Metallurgie
  • WRD Wobben Research and Development GmbH
  • CLAAS GUSS GmbH - Christopherushütte
  • MAGMA Gießereitechnologie Gesellschaft für Gießerei- Simulations- und Regeltechnik mbH
  • Hochschule Kempten - Hochschule für angewandte Wissenschaften
  • ZF FRIEDRICHSHAFEN AG

Laufzeit: 01.08.2014 bis 31.07.2017

 FKZ: 03X3596