Wie verhindern Sie Risse im Metallguss

Risse in Gussteilen sind die kostspieligsten Defekte in der Metallproduktion. Sie zerstören Teile, verschwenden Materialien und verzögern Produktionspläne.

Der Schlüssel zur Vermeidung von Rissen liegt im Verständnis ihrer drei Hauptarten: Heißrisse entstehen während der Verfestigung, Kaltrisse treten nach dem Abkühlen auf und Schwindungsrisse entstehen durch ungleichmäßige Kontraktion.

Jeder Typ erfordert spezifische Präventionsstrategien. Durch Temperaturkontrolle, Anpassung der Legierungszusammensetzung und Optimierung des Formdesigns können Hersteller die meisten Gussrisse verhindern, bevor sie entstehen.

Heiße Tränen

Heißrisse sind gezackte Risse, die entstehen, wenn Metall teilweise fest ist – zwischen flüssigem und festem Zustand. Sie entstehen, weil verschiedene Bereiche unterschiedlich schnell abkühlen und dadurch Spannungen entstehen, die das schwache, matschige Metall auseinanderreißen.

Diese Risse treten typischerweise an scharfen Ecken, Übergängen von dick zu dünn und in eingeschränkten Bereichen auf, in denen sich das Metall während der Abkühlung nicht frei bewegen kann.

Präventionsstrategien für heiße Tränen:

• Reduzieren Sie scharfe Ecken – Runden Sie alle Innenecken mit großzügigen Radien ab, um die Spannung während der Erstarrung gleichmäßig zu verteilen
• Kontrollieren Sie die Kühlraten – Verwenden Sie Kokillen in dicken Abschnitten und Isolierung in dünnen Bereichen, um eine gleichmäßige Erstarrung im gesamten Gussteil zu erreichen
• Legierungszusammensetzung ändern – Fügen Sie Kornverfeinerer wie Titan oder Bor hinzu, um kleinere, stärkere Kornstrukturen zu erzeugen, die dem Reißen widerstehen
• Formdesign verbessern – Erstellen Sie zusammenklappbare Kerne und flexible Formteile, die sich mit dem schrumpfenden Metall bewegen, anstatt es zurückzuhalten
• Gießtemperatur optimieren – Gießen Sie bei der niedrigsten praktischen Temperatur, um thermische Gradienten zu minimieren und die Erstarrungszeit zu verkürzen

Kalte Risse

Kaltrisse entstehen, nachdem das Gussteil vollständig erstarrt und auf unter 400 °C abgekühlt ist. Im Gegensatz zu Heißrissen haben diese Risse glatte Oberflächen und verlaufen oft entlang der Korngrenzen.

Sie entstehen durch Eigenspannungen, die bei niedrigeren Temperaturen die Festigkeit des Metalls übersteigen.

Methoden zur Vermeidung von Kaltrissen:

• Kühlgeschwindigkeit steuern – Gussteile langsam durch kritische Temperaturbereiche abkühlen, insbesondere bei kohlenstoffreichen Stählen und spröden Legierungen
• Richtig wärmebehandeln – Spannungsarmglühen unmittelbar nach dem Gießen, um innere Spannungen zu beseitigen, bevor sie Risse verursachen
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturschwankungen – Heiße Gussteile niemals in kaltem Wasser abschrecken oder während der Abkühlung Zugluft aussetzen
• Design für gleichmäßige Dicke – Sorgen Sie für eine gleichmäßige Wandstärke, um Spannungskonzentrationen durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten zu vermeiden
• Wählen Sie die richtige Legierung aus – Wählen Sie duktile Legierungen mit guter Tieftemperaturzähigkeit für Teile, die thermischen Zyklen ausgesetzt sind

Schwindrisse

Schwindungsrisse entstehen, wenn flüssiges Metall die erstarrenden und sich zusammenziehenden Bereiche nicht versorgen kann. Diese Risse treten häufig als unregelmäßige Hohlräume oder lineare Defekte in den zuletzt erstarrenden Bereichen auf.

Sie kommen am häufigsten in schweren Abschnitten und isolierten Hotspots vor.

Wirksame Schwindrissvermeidung:

• Entwerfen Sie geeignete Steigleitungen – Die Steigleitungen sollten 1.5-mal größer sein als die Abschnitte, die sie versorgen, und an den höchsten, dicksten Stellen positioniert werden
• Richtungsgebundene Erstarrung erzeugen – Entwickeln Sie Kühlmuster, sodass das Metall in Richtung der Steigleitungen zunehmend erstarrt und die Flüssigkeitszufuhrwege erhalten bleiben
• Reduzieren Sie die Abschnittsdicke – Ersetzen Sie feste Abschnitte durch gerippte oder kernige Designs, die gleichmäßig kühlen, ohne isolierte Hotspots zu erzeugen
• Fütterungshilfen hinzufügen – Verwenden Sie exotherme Hülsen und Isoliermaterialien an Steigrohren, um diese länger flüssig zu halten als das Gussteil
• Schrumpfzugabe berechnen – Berücksichtigen Sie bei der Mustergestaltung und der Steigrohrdimensionierung die typische Volumenschrumpfung von 5–7 %
• Verbesserung der Gating-Systeme – Entwerfen Sie Angusskanäle und Anschnitte, die die Metalltemperatur aufrechterhalten und eine gleichmäßige, turbulenzfreie Befüllung ermöglichen