Erstarrungsmechanismen
Während des Gießprozesses kommt es zur Erstarrung von Gussstücken, wenn die Metallschmelze vom flüssigen in den festen Zustand übergeht. Dieser Prozess kann grob in drei Mechanismen eingeteilt werden:Keimbildung, dendritisches Wachstum, UndKornstrukturbildung. Bei der Keimbildung bilden sich im flüssigen Metall kleine Feststoffpartikel. Diese Kerne wachsen zu dendritischen Strukturen heran und verzweigen sich in einem baumartigen Muster. Die endgültige Kornstruktur desGussteilewird durch das Wachstum dieser Dendriten und ihre Wechselwirkung mit der Kühlumgebung bestimmt.
Verfestigung verschiedener Legierungen
Verschiedene Legierungen verfestigen sich auf einzigartige Weise, abhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren thermischen Eigenschaften:
Aluminiumlegierungen: Aluminiumlegierungen weisen typischerweise ein hohes Maß an Fließfähigkeit auf, was die Herstellung komplizierter und dünnwandiger Gussteile ermöglicht. Bei ihrer Erstarrung bildet sich häufig ein feines, gleichachsiges Korngefüge aus. Allerdings neigen Aluminiumlegierungen zu Schrumpfungsporosität und Heißrissen, was die Gussqualität beeinträchtigen kann.
Eisen undStahllegierungen: Gusseisen erstarrt aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts mit einer komplexen Struktur und bildet Graphitflocken oder -kügelchen. Bei der Erstarrung von Stahllegierungen kommt es zur Bildung von Austenitdendriten, die sich beim Abkühlen in Ferrit und Perlit umwandeln. Die Abkühlgeschwindigkeit und die Legierungszusammensetzung beeinflussen maßgeblich die Kornstruktur und die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks.
Kupferlegierungen: Kupferlegierungen wie Messing und Bronze erstarren mit einer säulenförmigen oder gleichachsigen Kornstruktur. Diese Legierungen neigen zur Entmischung, wobei sich verschiedene Elemente in der Legierung während der Erstarrung trennen, was zu Schwankungen in der Zusammensetzung und den Eigenschaften innerhalb des Gussteils führt.
Zusammenhang zwischen Erstarrung und Gussqualität
Das Erstarrungsverhalten einer Legierung hat direkten Einfluss auf die Qualität des Gussstücks. Ein gleichmäßiger und kontrollierter Erstarrungsprozess ist wichtig, um Defekte wie Porosität, Entmischung und Heißriss zu minimieren. Beispielsweise kann eine schnelle Abkühlung zur Bildung feiner Körner führen und so die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks verbessern. Umgekehrt kann eine langsame Abkühlung zu groben Körnern und einer erhöhten Fehleranfälligkeit führen.
Erstarrungszeit und -geschwindigkeit
Die Erstarrungszeit und -geschwindigkeit werden von Faktoren wie der Größe, der Form des Gussstücks und den thermischen Eigenschaften des Formmaterials beeinflusst. Die Erstarrungszeit ist die Dauer, die das gesamte Gussstück benötigt, um vom flüssigen in den festen Zustand überzugehen, während sich die Erstarrungsgeschwindigkeit auf die Geschwindigkeit bezieht, mit der dieser Übergang erfolgt.
Höhere Erstarrungsgeschwindigkeiten werden im Allgemeinen durch Techniken wie die Verwendung von Kokillen erreicht, die dem geschmolzenen Metall schnell Wärme entziehen. Dies führt zu einer feineren Kornstruktur und verbesserten mechanischen Eigenschaften. Eine zu schnelle Abkühlung kann jedoch zu thermischen Spannungen und Rissen führen. Daher ist es entscheidend, ein optimales Gleichgewicht zwischen Erstarrungsgeschwindigkeit und Gussqualität zu erreichen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. Okt. 2024