Druckguss ist ein Metallumformungsverfahren, bei dem durch das Einspritzen von geschmolzenem Metall in wiederverwendbare Formen präzise, detaillierte Teile hergestellt werden.
Es bietet eine hervorragende Maßgenauigkeit, glatte Oberflächen und komplexe Formen, die mit anderen Techniken nur schwer zu erreichen wären.
Der Druckguss beginnt mit der Herstellung einer Stahlform, der sogenannten Matrize. Die Matrize besteht aus zwei Hälften, die zusammen einen Hohlraum bilden, der die Form des fertigen Teils hat.
Zu Beginn des Vorgangs wird die Matrize mit enormer Kraft zugeklemmt.
Anschließend wird geschmolzenes Metall unter hohem Druck in die Form gespritzt. Das Metall füllt den Hohlraum sehr schnell aus, wodurch detaillierte Teile mit dünnen Wänden entstehen.
Nachdem das Metall erstarrt ist, öffnet sich die Matrize und das Teil wird ausgeworfen. Der Vorgang kann schnell wiederholt werden, sodass Hunderte identischer Teile pro Stunde hergestellt werden.
Was ist Druckgussporosität?
Aufgrund der hohen Geschwindigkeit beim Druckguss ist eine gewisse Porosität fast unvermeidlich.
Porosität bezeichnet Löcher, Hohlräume oder Lufteinschlüsse, die sich innerhalb oder auf der Oberfläche eines Druckgussteils bilden. Diese Defekte reichen von winzigen mikroskopischen Poren (Mikroporen) bis hin zu größeren sichtbaren Hohlräumen.
Manchmal sind es kleine Einkerbungen auf der Oberfläche oder werden bei Tests im Inneren entdeckt.
Stellen Sie sich Porosität als unerwünschte Hohlräume in eigentlich massivem Metall vor. Diese Hohlräume können in verschiedenen Mustern auftreten:
- Oberflächenporosität: Sichtbar an der Außenseite der Teile
- Innere Porosität: Versteckt in der Teilestruktur
- Gasporosität: Entsteht durch eingeschlossene Gase
- Schwindporosität: Entsteht, wenn Metall abkühlt und sich zusammenzieht
Porosität kommt beim Druckguss häufig vor. Die meisten Hersteller akzeptieren ein gewisses Maß an innerer Porosität, übermäßige Porosität oder oberflächliche Porosität kann jedoch Teile unbrauchbar machen.
Ursachen für Porosität beim Druckguss
Verschiedene Faktoren tragen zur Porosität beim Druckguss bei. Der Hauptgrund dafür ist eingeschlossene Luft oder Gas während des Metallspritzvorgangs. Wenn geschmolzenes Metall mit hoher Geschwindigkeit in die Form strömt, kann sich Luft darin einschließen, die nicht entweichen kann.
Auch eine schlechte Temperaturkontrolle führt zu Porosität. Bei ungleichmäßiger Gusstemperatur erstarrt das Metall unterschiedlich schnell, wodurch Hohlräume entstehen.
Andere häufige Ursachen sind:
- Unzureichende Entlüftung im Matrizendesign
- Zu viel Schmiermittel auf den Matrizenoberflächen
- Unsachgemäße Anguss- oder Kanalsysteme
- Falsche Metalleinspritzgeschwindigkeit
- Turbulenter Metallfluss beim Füllen
So verhindern Sie, dass zu viel Porosität entsteht
Überlegungen zum Entwurf
Beginnen Sie mit einem Matrizendesign, das einen gleichmäßigen Metallfluss fördert. Vermeiden Sie scharfe Ecken und plötzliche Dickenänderungen, die Luft einschließen oder Turbulenzen verursachen können.
Integrieren Sie ausreichend dimensionierte Überlaufschächte und Entlüftungsöffnungen in Ihre FormenbauDiese Eigenschaften ermöglichen den Gasen während des Gießvorgangs das Entweichen und reduzieren so die Zahl eingeschlossener Luftblasen.
Erwägen Sie die Verwendung einer Vakuumunterstützung für Ihr Druckgusssystem. Dadurch wird die Luft aus dem Formhohlraum entfernt, bevor das geschmolzene Metall eindringt, wodurch die Gasporosität deutlich reduziert wird.
Stellen Sie sicher, dass Ihr Angusssystem den Metallfluss so leitet, dass die Gase in Richtung der Entlüftungsöffnungen gedrückt werden, anstatt sie einzuschließen.
Materialauswahl
Wählen Aluminiumlegierungen mit geringeren Gasabsorptionseigenschaften, wenn möglich. Einige Legierungen widerstehen von Natur aus der Wasserstoffabsorption, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Gasporosität verringert wird.
Stellen Sie sicher, dass Ihr Metall vor dem Gießen richtig entgast ist.
Denken Sie daran, Materialien in kontrollierten Umgebungen zu lagern, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern. Feuchtigkeit kann beim Schmelzen Wasserstoff in Ihre Legierungen einbringen.
Sie können auch Flussmittelbehandlungen verwenden, um Verunreinigungen zu entfernen, die Porosität verursachen können. Sauberes Metall führt zu saubereren Gussteilen mit weniger Defekten.
Kontrolle der Prozessparameter
Stellen Sie die richtige Temperatur für Ihr Metall und Ihre Matrize ein. Bei zu hoher Temperatur dehnen sich die Gase aus; bei zu niedriger Temperatur erstarrt das Metall, bevor die Gase entweichen können.
Halten Sie während der Erstarrung einen konstanten Haltedruck aufrecht. Dies beugt Schrumpfungsporosität vor, indem zusätzliches Metall in Bereiche gedrückt wird, in denen sich sonst Hohlräume bilden könnten.
Achten Sie auf die Zykluszeiten und Abkühlraten. Durch die Kühlung können Gase entweichen, bevor das Metall vollständig erstarrt.
Porositätserkennung und -messung
Zum Aufspüren dieser verborgenen Hohlräume stehen mehrere Methoden zur Verfügung, von einfachen Sichtprüfungen bis hin zu fortschrittlichen Bildgebungstechnologien.
Zerstörungsfreie Prüfverfahren
Die Röntgenprüfung ist eine der gängigsten Methoden, um Porosität zu erkennen, ohne Teile zu beschädigen. Bei dieser Methode entstehen Bilder, die innere Hohlräume als dunklere Flecken vor dem Metallhintergrund zeigen.
Sie können schnell mehrere Teile scannen und Probleme identifizieren, ohne etwas aufzuschneiden.
CT-Scans (Computertomografie) bieten eine detailliertere 3D-Ansicht der inneren Strukturen. Mit dieser fortschrittlichen Technik können Sie genau erkennen, wo Porosität im Bauteil auftritt, und dessen Volumen präzise messen.
CT-Scans sind besonders nützlich bei komplexen Teilen, bei denen es auf die Porositätslokalisierung ankommt.
Bei der Ultraschallprüfung werden Schallwellen eingesetzt, um Unstetigkeiten in Metallteilen zu erkennen. Treffen die Schallwellen auf einen Hohlraum, werden sie unterschiedlich reflektiert.
Diese Methode eignet sich gut zum Auffinden größerer Porositätscluster.
Quantitative Porositätsbewertung
Durch die Messung der Porosität lässt sich feststellen, ob ein Teil den Qualitätsstandards entspricht. Die Archimedes-Methode vergleicht das Gewicht eines Teils in Luft mit dem einer Flüssigkeit, um Dichteunterschiede zu berechnen, die durch innere Hohlräume verursacht werden.
Mit diesem einfachen Ansatz erhalten Sie einen Gesamtporositätsprozentsatz.
Bei der Metallografie wird eine Probe zerschnitten, die Oberfläche poliert und unter dem Mikroskop untersucht. Dabei lassen sich Größe und Verteilung der Poren auf der Schnittfläche messen.
Diese Methode liefert detaillierte Informationen über bestimmte Bereiche, erfordert jedoch die Zerstörung der Probe.
Bildanalysesoftware kann die Porosität anhand von Röntgen- oder CT-Scandaten quantifizieren. Die Software berechnet automatisch Porenanteile, Porengrößen und Porenverteilung.
Behebung von Porositätsproblemen
Sanierung poröser Gussteile
Untersuchen Sie Ihre Gussteile unter 5- bis 10-facher Vergrößerung, um Porositätsprobleme richtig zu identifizieren. So können Sie feststellen, ob es sich um Gasporosität (runde Blasen) oder Schwindungsporosität (unregelmäßige Hohlräume) handelt.
Bei kleineren Porositätsproblemen ist eine Imprägnierung wirksam. Bei diesem Verfahren werden Hohlräume mit einem Dichtmittel gefüllt, wodurch die Teile druckdicht werden. Es wird häufig für Teile verwendet, die Flüssigkeiten oder Gase enthalten müssen.
Sekundäre Verfahren wie das heißisostatische Pressen (HIP) können innere Porosität beheben. Bei diesem Verfahren werden hohe Drücke und Temperaturen verwendet, um innere Hohlräume zu komprimieren und zu beseitigen.
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Unsere Expertise in der Optimierung des Schmelzflusses, des Hochdruckeinspritzens und der präzisen Maschinenparameter gewährleistet minimale Schwindungsporosität und eliminiert Lufteinschlüsse während des Gießprozesses. Durch die Anpassung der Wandstärke, der Legierungsauswahl (einschließlich Zink und Magnesium) und der Erstarrungskontrolle bekämpfen wir die Ursachen von Porosität in jeder Phase. Für kritische Anwendungen bieten wir Vakuumimprägnierung oder Überdruckverfahren an, um Poren zu versiegeln und die Haltbarkeit auch nach der Bearbeitung zu verbessern.
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Häufig gestellte Fragen
Welche Arten von Porosität kommen in Gussmetallen häufig vor?
Bei Druckgussteilen treten typischerweise drei Haupttypen von Porositätsproblemen auf. Gasporosität tritt auf, wenn bei der Erstarrung Gase im Metall eingeschlossen werden und kleine, runde Hohlräume entstehen.
Schrumpfungsporosität entsteht, wenn Metall ungleichmäßig abkühlt. Durch die Kontraktion des Metalls entstehen unregelmäßig geformte Hohlräume in dickeren Abschnitten.
Interdendritische Porosität tritt zwischen den Dendritenstrukturen auf, wenn das Metall kristallisiert, oft in Bereichen mit langsameren Abkühlungsraten.
Was sind die Porositätsstufen nach ASTM E505-Standard für Gussteile?
Der ASTM E505-Standard verwendet Referenzröntgenbilder, um die Porositätsgrade auf einer Skala von 1 bis 7 zu klassifizieren. Stufe 1 zeigt eine minimale Porosität an, während Stufe 7 eine starke Porosität anzeigt.