Porositätsdefekte sind unerwünschte Löcher oder Hohlräume, die sich in Metallgussteilen bilden und die Teile schwächer machen und die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls erhöhen. In Feinguss, Porosität ist eines der häufigsten Probleme, mit denen Hersteller konfrontiert werden.
Es gibt drei Hauptarten von Porosität: Gasporosität (glatte, runde Blasen), Schrumpfporosität (gezackte, baumartige Hohlräume) und Mikroporosität (winzige, verbundene Hohlräume). Jeder Typ hat unterschiedliche Ursachen und erfordert unterschiedliche Lösungen.
Durch Gasporosität entstehen runde Blasen, die wie Nadellöcher oder Lunker im Metall aussehen. Diese Blasen entstehen, wenn im flüssigen Metall eingeschlossene Gase beim Abkühlen nicht entweichen können.
Die Hauptursache ist Wasserstoffgas aus Feuchtigkeit. Wenn Wasserdampf mit heißem Metall in Berührung kommt, zerfällt er in Wasserstoff. Beim Abkühlen des Metalls bildet dieser Wasserstoff Blasen, da kaltes Metall nicht so viel Gas aufnehmen kann wie heißes Metall.
Weitere Gasquellen sind:
Der beste Weg, Gasporen vorzubeugen, besteht darin, Feuchtigkeit und Gase vor dem Gießen zu entfernen. Erhitzen und trocknen Sie die Keramikform gründlich, um das gesamte Wasser zu entfernen. Dieser einfache Schritt verhindert die meisten Wasserstoffprobleme.
Verwenden Sie Vakuumschmelzen oder Argongasschutz, um das Metall vor Luft zu schützen. Diese Methoden entfernen gelöste Gase und verhindern das Eindringen neuer. Die Zugabe spezieller Flussmittel hilft außerdem, Wasserstoff aus der Schmelze zu ziehen.
Gießen Sie das Metall langsam und gleichmäßig ein, um Luftblasen zu vermeiden. Formen mit Bodenfüllung funktionieren besser als solche mit Oberfüllung, da sie weniger Turbulenzen erzeugen. Halten Sie Ihr Metall sauber und vermeiden Sie verunreinigten Schrott, der Feuchtigkeit oder Öle enthalten könnte.
Schrumpfungsporosität äußert sich in Form von rauen, eckigen Löchern oder Rohren im Gussteil. Diese Schrumpfung entsteht, weil Metall im festen Zustand weniger Platz einnimmt als im flüssigen Zustand – typischerweise schrumpft es um 3–7 Volumenprozent.
Diese Defekte bilden sich in dicken Bereichen, die zuletzt abkühlen. Wenn das umgebende Metall zuerst erstarrt, wird die Versorgung dieser Bereiche mit flüssigem Metall unterbrochen. Ohne frisches Metall, das den Raum füllt, bilden sich Hohlräume, da die verbleibende Flüssigkeit schrumpft.
Häufige Ursachen sind:
Eine gute Konstruktion verhindert den größten Teil der Erstarrungsschrumpfung. Fügen Sie Anschnitte und Speiser hinzu, die länger flüssig bleiben als das Gussteil und so den Weg für das Nachfließen von frischem Metall ermöglichen. Platzieren Sie diese Speiser in der Nähe dicker Abschnitte, die den meisten Metallbedarf haben.
Verwenden Sie Kühlkörper (Metalleinsätze), um die Abkühlung in dicken Bereichen zu beschleunigen. Dies erzwingt eine gerichtete Erstarrung vom Gussteil in Richtung der Speiser. Isolierkissen auf dünnen Abschnitten können deren Abkühlung verlangsamen und dicken Bereichen mehr Zeit geben, richtig zu erstarren.
Berücksichtigen Sie bei Ihrer Konstruktion ausreichend Schrumpfungstoleranz – in der Regel 1–2 % mehr Größe in dicken Abschnitten. Glätten Sie scharfe Ecken mit großen Radien, um plötzliche Dickenänderungen zu vermeiden.
Mikroporosität erzeugt Netzwerke winziger Hohlräume, die nur unter dem Mikroskop sichtbar sind. Diese innere Porosität bildet sich in den letzten Phasen des Gefrierens zwischen Metallkristallen (Dendriten).
Legierungen mit großem Gefrierbereich sind besonders anfällig für diesen Defekt. Beim Wachstum der Dendriten fangen sie kleine Taschen mit flüssigem Metall ein. Diese eingeschlossene Flüssigkeit kann die um sie herum stattfindende Schrumpfung nicht kompensieren, wodurch unzählige winzige Hohlräume entstehen.
Hochlegierte Stähle und Superlegierungen weisen häufig Mikroporosität auf, da sie über einen weiten Temperaturbereich erstarren. Schnelles Abkühlen verschlimmert dies, da dem flüssigen Metall weniger Zeit bleibt, zwischen den Dendriten zu fließen.
Verlangsamen Sie die Abkühlung, um dem flüssigen Metall mehr Zeit zu geben, schrumpfende Bereiche zu füllen. Niedrigere Gießtemperaturen helfen, aber nur um 50–100 °C, um andere Probleme zu vermeiden. Druckguss verschließt während der Erstarrung einige Poren.
Die effektivste Lösung ist das heißisostatische Pressen (HIP) nach dem Gießen. Bei diesem Verfahren werden hohe Temperaturen und hoher Druck eingesetzt, um innere Hohlräume zu schließen.
Wählen Sie nach Möglichkeit Legierungen mit engen Gefrierbereichen. Fügen Sie Kornverfeinerer hinzu, um kleinere, gleichmäßigere Kristalle zu erzeugen, die die Mikroporosität zwischen ihnen verringern.
Oberflächenporosität zeigt sich in Form kleiner Löcher auf der Gussoberfläche. Schlechte Formbeschichtungen oder Oxideinschlüsse diese Defekte verursachen. Verwenden Sie sauberes Metall und geeignetes Flussmittel, um Oxide vor dem Gießen zu entfernen.
Reaktionsporosität entsteht, wenn das Metall chemisch mit der Form reagiert. Dabei entstehen Gase direkt an der Metall-Form-Grenzfläche. Wählen Sie Formmaterialien, die nicht mit Ihrer spezifischen Legierung reagieren.
Porosität im Guss schwächt Teile und führt zu Fehlern. Das Verständnis der einzelnen Porositätsarten hilft jedoch, sie zu vermeiden. Gasporosität erfordert Feuchtigkeitskontrolle und ausreichende Entlüftung. Schwindungsporosität erfordert eine gute Zuführung. Mikroporosität erfordert kontrollierte Kühlung oder Nachbehandlung. Mit den richtigen Techniken können Sie einwandfreie Gussteile mit minimalen Porositätsfehlern herstellen.
