Druckguss ist ein Metallumformverfahren, bei dem durch 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 schwer zu erreichen wären.
Beim Druckguss wird zunächst eine Stahlform, die sogenannte Gießform, angefertigt. Die Gießform besteht aus zwei Hälften, die zusammen einen Hohlraum bilden, der die Form des fertigen Teils hat.
Sobald der Prozess beginnt, wird die Matrize mit enormer Kraft verschlossen.
Anschließend wird flüssiges Metall unter hohem Druck in die Form eingespritzt. Das Metall füllt den Hohlraum sehr schnell vollständig aus, wodurch detaillierte Teile mit dünnen Wänden hergestellt werden können.
Nach dem Erstarren des Metalls öffnet sich die Matrize und das Teil wird ausgeworfen. Der Vorgang kann schnell wiederholt werden, wodurch Hunderte identischer Teile pro Stunde hergestellt werden.
Was ist Porosität beim Druckguss?
Die hohen Geschwindigkeiten beim Druckgießen führen dazu, dass eine gewisse Porosität nahezu unvermeidlich ist.
Porosität bezeichnet Löcher, Hohlräume oder Lufteinschlüsse, die sich im Inneren oder auf der Oberfläche eines Druckgussteils bilden. Diese Defekte reichen von winzigen mikroskopischen Poren (Mikroporen) bis hin zu größeren, sichtbaren Hohlräumen.
Manchmal zeigt es sich als kleine Vertiefungen an der Oberfläche oder wird bei Tests im Inneren entdeckt.
Man kann sich Porosität als unerwünschte Hohlräume in eigentlich massivem Metall vorstellen. Diese Hohlräume können in verschiedenen Mustern auftreten:
- Oberflächenporosität: An der Außenseite der Teile sichtbar
- Innere Porosität: Versteckt in der Teilestruktur
- GasporositätEntsteht durch eingeschlossene Gase
- SchrumpfporositätEntsteht beim Abkühlen und Zusammenziehen von Metall.
Porosität ist beim Druckguss tatsächlich üblich. Die meisten Hersteller akzeptieren ein gewisses Maß an innerer Porosität, aber übermäßige oder oberflächliche Porosität kann die Teile unbrauchbar machen.
Ursachen der Porosität beim Druckguss
Mehrere Faktoren tragen zur Porosität beim Druckguss bei. Hauptursache ist eingeschlossene Luft oder Gas während des Metalleinspritzvorgangs. Wenn flüssiges Metall mit hoher Geschwindigkeit in die Form strömt, kann es Luft einschließen, die nicht entweichen kann.
Eine mangelhafte Temperaturkontrolle führt ebenfalls zu Porosität. Bei ungleichmäßiger Gießtemperatur erstarrt das Metall unterschiedlich schnell, wodurch Hohlräume entstehen.
Andere häufige Ursachen sind:
- Unzureichende Entlüftung im Werkzeugdesign
- Zu viel Schmiermittel auf den Werkzeugoberflächen
- Unsachgemäße Tor- oder Läufersysteme
- Falsche Metalleinspritzgeschwindigkeit
- Turbulenter Metallfluss während des Füllvorgangs
Wie man die Entstehung von viel Porosität verhindern kann
Design-Überlegungen
Beginnen Sie mit einer Werkzeugkonstruktion, die einen gleichmäßigen Metallfluss fördert. Vermeiden Sie scharfe Kanten und abrupte Dickenänderungen, die Lufteinschlüsse oder Turbulenzen verursachen können.
Integrieren Sie ausreichend dimensionierte Überlaufschächte und Entlüftungsöffnungen in Ihr System. WerkzeugkonstruktionDiese Merkmale ermöglichen es Gasen, während des Gießprozesses zu entweichen, wodurch eingeschlossene Luftblasen reduziert werden.
Erwägen Sie den Einsatz einer Vakuumunterstützung in Ihrem Druckgusssystem. Dadurch wird die Luft aus dem Formhohlraum entfernt, bevor das flüssige Metall eindringt, wodurch die Gasporosität deutlich reduziert wird.
Achten Sie darauf, dass Ihr Absperrsystem den Metallfluss so lenkt, dass die Gase zu den Entlüftungsöffnungen gedrückt und nicht eingeschlossen werden.
Materialauswahl
Wählen Aluminiumlegierungen Wenn möglich, sollten die Gasabsorptionseigenschaften gering sein. Einige Legierungen weisen von Natur aus eine hohe Wasserstoffbeständigkeit auf, wodurch das Risiko von Gasporosität verringert wird.
Stellen Sie sicher, dass Ihr Metall vor dem Gießen ordnungsgemäß entgast ist.
Lagern Sie die Materialien unbedingt in kontrollierten Umgebungen, um Feuchtigkeitsaufnahme zu vermeiden. Feuchtigkeit kann beim Schmelzen Wasserstoff in Ihre Legierungen einbringen.
Sie können auch Flussmittelbehandlungen anwenden, um Verunreinigungen zu entfernen, die Porosität verursachen könnten. Sauberes Metall ergibt sauberere Gussteile mit weniger Fehlern.
Kontrolle der Prozessparameter
Stellen Sie die richtige Temperatur für Ihr Metall und Ihre Matrize ein. Ist es zu heiß, dehnen sich die Gase aus; ist es zu kalt, erstarrt das Metall, bevor die Gase entweichen können.
Halten Sie den Haltedruck während der Erstarrung konstant. Dies beugt Schwindungsporosität vor, indem zusätzliches Metall in Bereiche gepresst wird, die sonst Hohlräume bilden könnten.
Achten Sie auf die Zykluszeiten und Abkühlraten. Die Kühlung stellt sicher, dass Gase genügend Zeit haben zu entweichen, bevor das Metall vollständig erstarrt.
Porositätserkennung und -messung
Es gibt verschiedene Methoden, um diese verborgenen Hohlräume aufzuspüren, von einfachen Sichtprüfungen bis hin zu fortschrittlichen Bildgebungstechnologien.
Zerstörungsfreie Prüfmethoden
Die Röntgenprüfung ist eine der gängigsten Methoden, um Porosität zu erkennen, ohne die Bauteile zu beschädigen. Dieses Verfahren erzeugt Bilder, die innere Hohlräume als dunklere Flecken vor dem metallischen Hintergrund darstellen.
Sie können mehrere Teile schnell scannen und Probleme identifizieren, ohne etwas aufzuschneiden.
Die Computertomographie (CT) liefert eine detailliertere 3D-Ansicht innerer Strukturen. Mit dieser fortschrittlichen Technik lässt sich genau erkennen, wo Porosität im Bauteil auftritt und deren Volumen präzise messen.
Die Computertomographie ist besonders nützlich bei komplexen Bauteilen, bei denen die Lage der Porosität von Bedeutung ist.
Die Ultraschallprüfung nutzt Schallwellen, um Fehlstellen im Inneren von Metallteilen zu erkennen. Wenn die Schallwellen auf einen Hohlraum treffen, werden sie unterschiedlich reflektiert.
Diese Methode eignet sich gut zum Auffinden größerer Porositätscluster.
Quantitative Porositätsbewertung
Die Messung der Porosität hilft festzustellen, ob ein Bauteil den Qualitätsstandards entspricht. Das Archimedische Prinzip vergleicht das Gewicht eines Bauteils in Luft und in einer Flüssigkeit, um die durch innere Hohlräume verursachten Dichteunterschiede zu berechnen.
Mit diesem einfachen Verfahren erhalten Sie einen Gesamtporositätsprozentsatz.
Die Metallografie umfasst das Schneiden einer Probe, das Polieren der Oberfläche und deren Untersuchung unter einem Mikroskop. Dabei lassen sich Größe und Verteilung der Poren auf der Schnittfläche messen.
Diese Methode liefert detaillierte Informationen über bestimmte Bereiche, erfordert aber die Zerstörung der Probe.
Bildanalysesoftware kann die Porosität anhand von Röntgen- oder CT-Scandaten quantifizieren. Die Software berechnet automatisch Porenanteile, Porengrößen und Porenverteilung.
Umgang mit Porositätsproblemen
Sanierung poröser Gussteile
Untersuchen Sie Ihre Gussteile unter 5- bis 10-facher Vergrößerung, um Porositätsprobleme genau zu erkennen. Dies hilft Ihnen festzustellen, ob es sich um Gasporosität (runde Blasen) oder Schrumpfungsporosität (unregelmäßige Hohlräume) handelt.
Bei geringfügigen Porositätsproblemen ist die Imprägnierung wirksam. Dabei werden Hohlräume mit einem Dichtmittel gefüllt, wodurch die Bauteile druckdicht werden. Dieses Verfahren wird häufig für Bauteile eingesetzt, die Flüssigkeiten oder Gase aufnehmen müssen.
Sekundäre Verfahren wie das Heißisostatische Pressen (HIP) können die innere Porosität beseitigen. Bei diesem Verfahren werden hoher Druck und hohe Temperatur eingesetzt, um das Material zu verdichten und innere Hohlräume zu eliminieren.
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Häufig gestellte Fragen
Welche Arten von Porosität treten häufig in Gussmetallen auf?
Beim Druckguss treten typischerweise drei Hauptarten von Porositätsproblemen auf. Gasporosität entsteht, wenn während der Erstarrung Gase im Metall eingeschlossen werden und kleine, runde Hohlräume bilden.
Schwindungsporosität entsteht, wenn Metall ungleichmäßig abkühlt. Dabei bilden sich in dickeren Abschnitten unregelmäßig geformte Hohlräume, da sich das Metall zusammenzieht.
Interdendritische Porosität entsteht zwischen den Dendritenstrukturen während der Kristallisation des Metalls, oft in Bereichen mit langsamerer Abkühlungsrate.
Welche Porositätswerte gelten gemäß ASTM E505 für Gussteile?
Der ASTM-Standard E505 verwendet Referenzradiografien, um den Porositätsgrad auf einer Skala von 1 bis 7 zu klassifizieren. Stufe 1 kennzeichnet eine minimale Porosität, während Stufe 7 eine starke Porosität anzeigt.