M e t a l l R u b R i k 242 6 2011 65 Jahrgang METALL F o R s c h u n g 5 9 Empirische Modellierung der Werkstoffeigenschaften hinsichtlich Härte Phasenbildung und Gießeigenschaften Die nach der Versuchskampagne 1 mit tels Modde 7 erstellten Modelle konnten durch die gemessenen metallkundlichen gießtechnologischen und physikalischen Kennwerte der Gießversuche der Serien 2 und 3 erweitert werden Die vorgestellten Ergebnisse basieren auf multiplen Regres sionen ermittelter Messdaten von insge samt 50 untersuchten Silizium Mangan Messingen Der selektierte Auswertungs algorithmus führte zu hervorragenden Modellen mit hoher Qualität In der Tabel le 1 sind alle relevanten statistischen und Qualitätskennzahlen aufgelistet Die in den Klammern angeführten Werte bezie hen sich auf die aus der Versuchsserie 1 mit 30 Legierungen generierten Modelle Hierbei ist R das Bestimmtheitsmaß und Q die Varianz Das Bestimmtheitsmaß Korrelationskoeffizient beschreibt die Abweichung von den gemessenen zu den durch das Modell berechneten Werten Die Varianz stellt hingegen einen Kennwert für die Prognosegenauigkeit des Modells für nicht gemessene Werte dar Beide Größen setzen die Grenzen der Richtigkeit bzw des Zusammenhanges der mit einem Modell berechneten zu den tatsächlich ermittelten Daten fest Hierbei definiert R die obere und Q die untere Grenze Die Validität als weiterer Kennwert gibt die Modellqua lität wieder und gilt somit als Kriterium für deren Anwendbarkeit Als ein Maß für die Streuung zwischen Zufallsvaria blen ist die Reproduzierbarkeit ebenfalls eine zentrale Kenngröße der Statistik res pektive der statistischen Auswertung von Messergebnissen Ausscheidungsverhalten der Mangansilizide Zur analytischen Ermittlung der Anzahl und Form der Mangansilizide diente sowohl die licht als auch die elektronen optische Mikroskopie REM Wie bereits im ersten Teil der Veröffentlichungsreihe beschrieben konnte die Anzahl der auf tretenden intermetallischen Mn 5 Si 3 Pha sen nicht durch automatische Methoden ermittelt werden Die Quantifizierung der Hartphasen erfolgte somit durch Zählen anhand ausgewählter REM Bilder 1 Da bei allen Versuchen Proben abgegossen wurden sowohl solche mit einer schnellen Erstarrung in einer Stahlkokille als auch jene mit langsamer Erstarrung in einer furangebundenen Sandform ließ sich die Phasenformierung und die Morphologie in Abhängigkeit von der Erstarrungsge schwindigkeit untersuchen Die aus der Gesamtzahl der Versuche her vorgegangenen Modelle zur Bildung von Mn 5 Si 3 Auscheidungen in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung sowohl bei schneller als auch bei langsa mer Abkühlung sind in gekürzter Form als Gleichung 1 und 2 dargestellt Die zuge hörigen Modde Diagramme sind in den Bildern 3 sowie 4 ersichtlich Als quantitatives Ergebnis repräsentiert die Zahl 2 ein sehr starkes die Zahl 1 ein mittelmäßig starkes Auftreten und die Zif fer 0 ein vollkommenes Fehlen der stöchi ometrischen Verbindung Mn 5 Si 3 Mn 5 Si 3 Phasen schnell 0 1418 0 0069 Zn 0 0154 Si 0 6423 Mn 0 0571 Zn Mn 0 1429 Si Mn Glg 1 Mn 5 Si 3 Phasen langsam 0 4400 0 0533 Zn 0 1646 Si 0 8516 Mn 0 01734 Zn Si 0 0481 Zn Mn 0 1930 Si Mn Glg 2 Aus den beiden Modellen ist abzuleiten dass bei niedrigen Zn Gehalten erst höhere Anteile an Si und Mn zu einer Entstehung der Mangansilizide führen Wird mehr Zink zulegiert treten die intermetallischen Phasen bereits bei geringen Si und Mn Konzentrationen im Werkstoff auf Zink bildet mit Kupfer einen Mischkristall in dem die Löslichkeit weiterer Elemente hier Silizium und Mangan bei steigen den Zinkanteilen abnimmt Dies führt zu einer früheren Ausbildung der Mn 5 Si 3 Phasen Bei langsamer Erstarrung steuern die beiden Komponenten Si und Mn die Ausscheidungsbildung über den gesamten Legierungsbereich faktisch gleich stark Im Gegensatz dazu dominiert bei einer schnel len Erstarrung und höheren Zinkkonzent rationen der Einfluss von Mangan Gießtechnologische Eigenschaften Die durch die erweiterten Datensätze gewonnenen neuen Erkenntnisse erlaub Bild 3 Grafische Darstellung des empirischen Modells zur Interpretation der Mangansilizid Aus scheidungen als Funktion der Elemente Zn Si und Mn schnell erstarrte Proben Bild 4 Grafische Darstellung des empirischen Modells zur Interpretation der Mangansilizid Aus scheidungen als Funktion der Elemente Zn Si und Mn langsam erstarrte Proben Bild 5 Grafische Darstellung des empirischen Modells zur Interpretation der Lauflänge in der Gieß spirale in Abhängigkeit von den Legierungselementen Zn Si und Mn

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