Porosität in der Mikrogießerei
Fast ohne Ausnahme gibt es ein gemeinsames Thema, wenn über Probleme im Zusammenhang mit Gussmetallen gesprochen wird: die Besorgnis, dass Güsse irgendeine Form von Porosität enthalten könnten, die das Bauteil für die vorgesehene Anwendung ungeeignet macht. Obwohl technologische Fortschritte, wie die computergestützten Simulationen der Erstarrung von Gussstücken, Werkzeuge bereitgestellt haben, um die Porosität in Gießereiteilen zu minimieren, kann in Gussstücken, die mit höchster Sorgfalt entworfen wurden, immer noch eine gewisse Porosität vorhanden sein, sei es in Mikrogüssen, Sandgüssen oder Druckgussverfahren.
Es ist allgemein anerkannt, dass je nach Position der Porosität im Guss bestimmte Porositätswerte in vielen kommerziellen Anwendungen standardmäßig akzeptiert werden, während in anderen Anwendungen, bei denen die Endfestigkeit des Gusses entscheidend ist, eine Porosität von null erforderlich ist.
Was ist Porosität in Gussstücken?
Porosität wird häufig verwendet, um jede Art von Hohlraum, Loch oder Diskontinuität in einem Gussstück zu beschreiben. Die Morphologie der Poren, in Bezug auf Größe, Form, Oberflächenbeschaffenheit, Position und Häufigkeit, ist jedoch entscheidend, um den spezifischen Defekt zu definieren, dessen Ursache zu bestimmen und zu analysieren, inwieweit dieser negativ die Eigenschaften oder die Funktionalität des Gusses beeinflusst. In diesem Artikel werden die häufigsten Arten von Porosität in Gussstücken besprochen, wie man sie erkennt, wie man sie minimiert und wie man mit ihnen umgeht, wenn Güsse mit null Porosität erforderlich sind.
Akzeptanzkriterien für Porosität in Gussstücken
Es ist üblich, dass viele Gießereien Gussstücke mit Porosität produzieren. Es ist jedoch niemals akzeptabel, einfach hinzunehmen, dass Porosität dauerhaft vorhanden ist, da die richtige Methodik in der Gießerei IMMER darin besteht, geeignete Techniken anzuwenden, um sie zu reduzieren oder zu beseitigen. Sicherlich dürfen wir uns niemals mit einer Produktintegrität unter dem optimalen Niveau zufriedengeben; der wichtigste Punkt, den es zu betonen gilt, ist jedoch, dass das Vorhandensein einer bestimmten Menge Porosität nicht unbedingt bedeutet, dass das gegossene Produkt für die vorgesehene Anwendung unakzeptabel ist. In der Tat ist es oft das Design des Gusses selbst, das ein entscheidender Faktor bei der Bildung der Porosität ist, und ebenso oft wird diese praktisch keine Auswirkungen auf die Funktionalität des Produkts haben.
Natürlich gibt es auch viele Situationen, in denen jede Porosität in einem Gussstück nicht toleriert werden kann, sodass sie erkannt und entfernt werden muss, wobei das Gussstück als 100 % frei von Mängeln in Bezug auf Integrität zertifiziert wird.
Ursachen der Porosität in Gussstücken
Geschmolzenes Metall weist in der Regel Hohlräume aufgrund von Schrumpfporosität, Gasblasenporosität (oder Rückdruck, wie es manchmal genannt wird) oder Einschlüssen von Fremdstoffen wie nichtmetallischen Schlacken, Staub oder refraktären Fragmenten auf. Jede dieser Ursachen wird im Folgenden detailliert besprochen.
Schrumpfung
Da geschmolzenes Metall (Flüssigmetall) ein größeres Volumen als dasselbe Gewicht an festem Metall hat und der Gießprozess das Ausfüllen einer Form mit diesem geschmolzenen Metall umfasst, muss eine Kompensation vorgesehen werden, damit das Metall in das Gussstück fließt, während es sich solidifiziert und schrumpft. Dies geschieht durch das Einfügen von Gießanschlüssen rund um den Guss, in der Regel in den dickeren Bereichen des Gusses, da diese die letzten Bereiche sind, die sich solidifizieren; das geschmolzene Metall wird daher zuerst zu den dünneren Bereichen geführt.
Mit den Fortschritten in computergestützten Simulationen ist die Gießerei in der Lage, die meisten Schrumpfprobleme zu minimieren, indem sie mit dem Kunden an einem optimalen Design für das Bauteil arbeitet und so einen besseren Fluss des Gussmetalls ermöglicht.
Gasblasen
Einige Legierungen, die von NIC hergestellt werden, haben die Fähigkeit, große Mengen an Gasen wie Stickstoff, Sauerstoff oder Wasserstoff im geschmolzenen Zustand zu lösen. Diese Legierungen können diese Gase jedoch im festen Zustand nicht oft halten. Daher treten während des Gießprozesses diese Gase aus der Lösung und bilden kleine Blasen oder Blasentaschen, die im Gussstück eingeschlossen werden, während es sich solidifiziert.
Diese Hohlräume erscheinen normalerweise als kleine runde Löcher und befinden sich fast immer im dickeren Abschnitt des Gussstücks. Diese Bedingung wird durch den Einsatz von Entgasungsmitteln im Metall kontrolliert. Diese reagieren mit den gelösten Gasen und bilden feste Schlacken, die vom geschmolzenen Metall entfernt oder herausgefiltert werden können, bevor es gegossen wird.
Diese Technik ist effektiv, garantiert jedoch nicht immer ein Gussstück zu 100 % ohne Blasen, da das geschmolzene Metall weiterhin mit der Atmosphäre reagiert, selbst nach der Entgasung. Daher erlaubt der Großteil der Spezifikationen eine gewisse Menge dieser Art von Hohlräumen im Gussstück.
Einschlüsse
Einschlüsse sind in der Regel der einfachste Gussfehler zu verstehen. Es handelt sich dabei um kleine Fragmente von nichtmetallischen Materialien, die in den Guss gelangen. Dies können kleine Partikel von Refraktärmaterial aus dem Ofen oder vom Gießcluster, Fragmente der keramischen Hülle aus der Form selbst oder sogar kleine Stücke von Schlacken sein, die durch Entgasungsmittel entstehen. Aus der Sicht der Gießerei reduzieren gute Praktiken, saubere Formen und der Einsatz von keramischen Filtern die nichtmetallischen Einschlüsse, jedoch gibt es keine Möglichkeit, vollständig zu verhindern, dass kleine Fragmente in den Metallfluss und in das Gussstück transportiert werden.
Obwohl alle drei Kategorien von Porositätsfehlern schädlich für die innere Integrität des Gusses erscheinen können, ist es so, dass die typischen kleinen Hohlräume, die mit Gussstücken verbunden sind, unterschiedliche Auswirkungen auf die Funktionalität haben können, die von keinem Schaden bis hin zu erheblichen Schäden reichen, wenn sich die Hohlräume in Bereichen mit starker Belastung des Gussstücks befinden.
Wie man Porosität in Gussstücken vermeidet
Die Prozesskontrollen, die sicherstellen, dass ein Gussstück so frei wie möglich von diesen verschiedenen Formen der Porosität ist, sind den erfahrenen Gießereien gut bekannt. Der Einsatz von Software zur Vorhersage der Erstarrung, der Einsatz geeigneter Entgasungsmittel für die geschmolzene Legierung und der Einsatz von Metallfiltern sind nur einige der verfügbaren Werkzeuge.
Mit guten Gießereipraktiken kann die Porosität in einem Gussstück auf ein akzeptables Minimum reduziert werden. Es ist jedoch immer wichtig, im Hinterkopf zu behalten, dass Porosität in Gussstücken aufgrund der Natur des Prozesses, bei dem geschmolzenes Metall bei hohen Temperaturen und chemisch aktiv in die Form fließt, fast nie vollständig eliminiert werden kann.
„Null-Porosität“-Güsse
Der Begriff „Null-Porosität“ in Gussstücken ist ein wenig irreführend, da immer eine gewisse Form von Porosität vorhanden sein wird, die aufgrund der intrinsischen Natur des Gießprozesses in die Gussmatrix gelangt. Wenn jedoch die Möglichkeit von Porosität zur Nichteinhaltung des Bauteils in seiner vorgesehenen Anwendung führen könnte, wie bei einem Bauteil, das Druck hält oder ein Bauteil mit extrem hoher Festigkeit, gibt es Nachbearbeitungstechniken, die verwendet werden können, um die Dichte des Gusses zu maximieren. Diese sind der Prozess des HIPP (Hot Isostatic Pressing) und die Impregnierung.
HIPP-Prozess (Hot Isostatic Pressing)
Der Hot Isostatic Pressing (HIP) Prozess ist ein Fertigungsverfahren, das hohe Temperatur und isostatischen Druck verwendet, um Materialien wie Metalle, Keramiken und Verbundstoffe zu verdichten. Dieser Prozess verbessert die Eigenschaften der Materialien erheblich, indem er die Porosität reduziert und die Dichte erhöht.
Impregnierung
Die Impregnierung ist eine weitere Methode, die häufig verwendet wird, um Porosität in gegossenen Komponenten zu beseitigen. Sie wird auch als Porositätsversiegelung oder Versiegelung poröser Metalle bezeichnet.
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Bei Edr Fittings Srl sind wir Experten im Bereich der Gießerei. Wir können mit Ihnen zusammenarbeiten, um die potenziellen Risiken und Auswirkungen der Porosität auf Ihre spezifische Anwendung sowie die wirtschaftlichen Aspekte der Produktion zu beraten, wenn Ihr Design eine minimale oder null Porosität erfordert.
