Vakuum Feinguss ist ein Metallgussverfahren, das in einer Vakuumkammer und nicht unter normalen atmosphärischen Bedingungen stattfindet. Diese spezielle Technik kombiniert traditionelle Feingussverfahren mit Vakuumtechnologie, um Metallteile von höchster Qualität und mit weniger Defekten herzustellen. Der Prozess entfernt Luft und Gase aus der Gussumgebung, was zu saubereren und stärkeren Metallkomponenten führt.
Durch die Entfernung von Sauerstoff aus der Gießkammer verhindert das Vakuum die chemische Reaktion zwischen dem heißen Metall und dem Luftsauerstoff. Wenn Metalle in normaler Luft bis zu ihrem Schmelzpunkt erhitzt werden, verbinden sie sich leicht mit Sauerstoff und bilden Oxide. Diese Oxidpartikel schwächen das Endprodukt und verursachen Oberflächendefekte.
Beim Vakuumgießen sinkt der Sauerstoffgehalt auf weniger als 0.001 % der normalen atmosphärischen Konzentration. Diese nahezu vollständige Abwesenheit von Sauerstoff bedeutet, dass das geschmolzene Metall während des gesamten Gießprozesses rein bleibt. Das Ergebnis ist ein fertiges Teil mit sauberer Oberfläche und gleichbleibenden Materialeigenschaften von der Oberfläche bis zum Kern.
Geschmolzene Metalle können erhebliche Mengen an Gasen, insbesondere Wasserstoff und Stickstoff, lösen, die in der Atmosphäre vorhanden sind. Die Vakuumumgebung erleichtert die Entfernung dieser gelösten Gase aus der Schmelze vor und während des Gießens. Wenn Metall unter Normaldruck erstarrt, bilden diese gelösten Gase Blasen, die winzige Löcher, sogenannte Porositäten, erzeugen.
Beim Vakuumgießen wird der Druck auf etwa 0.1 bis 10 Millibar reduziert, verglichen mit dem normalen atmosphärischen Druck von 1013 Millibar. Bei diesem niedrigen Druck entweichen gelöste Gase aus der Metallschmelze, bevor diese erstarrt. Im Vakuumguss hergestellte Teile weisen 80–90 % weniger Porosität auf als solche, die mit herkömmlichen Gussverfahren hergestellt werden.
Das Vakuum kann den Fluss des geschmolzenen Metalls in den Formhohlraum aktiv fördern. Durch das Evakuieren der Luft aus der Form wird der Gegendruck, der den Metallfluss behindern könnte, eliminiert.
In einer Vakuumumgebung fließt geschmolzenes Metall 30–40 % leichter in enge Räume und schmale Kanäle. Der Druckunterschied zwischen der Vakuumkammer und dem geschmolzenen Metall zieht das Metall tatsächlich in jede Ecke der Form. Dieser Zugeffekt gewährleistet die vollständige Füllung selbst schwierigster Geometrien und reduziert das Risiko unvollständiger Gussteile.
Der Gesamteffekt der Vakuumumgebung besteht in der Herstellung von reinerem Metall mit einem deutlich geringeren Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen und gelösten Gasen. Ohne Einwirkung atmosphärischer Verunreinigungen behält das Metall während des gesamten Gießprozesses seine chemische Zusammensetzung.
Diese erhöhte Reinheit führt direkt zu verbesserten mechanischen Eigenschaften. Vakuumgegossene Teile weisen im Vergleich zu Standardgussteilen eine um 15–20 % höhere Zugfestigkeit und eine um 25 % bessere Ermüdungsbeständigkeit auf. Das Fehlen von Einschlüssen führt zudem zu einer gleichmäßigeren Mikrostruktur, die das Verhalten des Teils bei Wärmebehandlung verbessert und Oberflächenveredelung Operationen.
Es wird ein präzises Wachs- oder Kunststoffmodell erstellt, das die exakte Form des gewünschten Metallteils wiedergibt. Dieses Modell wird typischerweise durch Einspritzen von Wachs in eine Metallform hergestellt. Für komplexe Teile können mehrere Wachsmodelle auf einem zentralen Wachsbaum oder Angusssystem zusammengefügt werden.
Die Wachsmuster Die Baugruppe wird wiederholt in einen Keramikschlicker (normalerweise mit Siliziumdioxid, Zirkon oder Aluminiumoxid) getaucht und anschließend mit feuerfestem Sand oder Stuck beschichtet. Dieser Vorgang wird 5–15 Mal wiederholt, wobei jede Schicht zwischen den Schichten trocknen muss, bis eine ausreichend dicke Keramikschale (normalerweise 6–10 mm) um das Wachsmodell herum aufgebaut ist.
Die Keramikschale mit dem Wachsmuster wird in einen Autoklaven oder Schnellbrennofen bei Temperaturen von etwa 90–175 °C (200–350 °F) gelegt. Durch die Hitze schmilzt das Wachs und entfernt es. Zurück bleibt eine hohle Keramikform in der exakten Form des gewünschten Teils. Verbleibende Wachsreste werden ausgebrannt.
Die leere Keramikschale wird untersucht auf Risse oder Defekte, dann auf Temperaturen zwischen 800-1100 °C (1470-2010 °F) vorgewärmt. Dieses Vorwärmen dient dazu, die Keramik weiter auszuhärten, jegliche Feuchtigkeit zu entfernen und den thermischen Schock beim Eingießen des geschmolzenen Metalls zu minimieren.
Die vorgewärmte Keramikform wird in eine Vakuumgießkammer gelegt. Die Kammer wird versiegelt und die Luft evakuiert, um ein Vakuum zu erzeugen, das typischerweise Drücke von 10^-2 bis 10^-4 Torr erreicht. Dieses Vakuum verhindert Oxidation und Gasporosität im Endguss.
Das Gussmetall (z. B. Titan, Aluminium, Stahl oder Superlegierungen) wird in einem separaten Tiegel in der Vakuumkammer mittels Induktionserwärmung oder Elektronenstrahlschmelzen geschmolzen. Das Metall wird auf die entsprechende Gießtemperatur erhitzt, die je nach Legierung variiert, aber typischerweise 50–150 °C über dem Schmelzpunkt liegt.
Unter Aufrechterhaltung des Vakuums wird das geschmolzene Metall in die Keramikform gegossen. Das Vakuum gewährleistet die vollständige Füllung selbst dünner Abschnitte und komplizierter Details und verhindert gleichzeitig Lufteinschlüsse und Oxidation. Einige Systeme nutzen zusätzliches Vakuum oder Druckdifferenzial, um den Metallfluss zu unterstützen.
Die gefüllte Form verbleibt während der ersten Erstarrung in der Vakuumkammer, um die richtigen metallurgischen Eigenschaften sicherzustellen. Nach der Erstarrung wird das Vakuum aufgehoben und das Gussteil kann entweder in kontrollierter Atmosphäre oder an der Luft auf Handhabungstemperatur abkühlen.
Die Keramikschale wird durch mechanische Vibration, Hochdruckwasserstrahlen oder chemische Auflösung vom erstarrten Metallgussteil entfernt. Bei manchen Anwendungen kann die Schale entfernt werden, während das Gussteil noch warm ist, um die unterschiedliche Wärmekontraktion auszunutzen.
Die einzelnen Gussteile werden mit Sägen, Trennscheiben oder Brennern aus dem Angusssystem herausgeschnitten. Anschnitte und Steigrohre werden entfernt und die Gussoberflächen durch Schleifen, Sandstrahlen oder chemische Behandlungen gereinigt. Zu den abschließenden Arbeitsschritten können Wärmebehandlung, mechanische Bearbeitung, Oberflächenbehandlungen und Qualitätsprüfungen einschließlich Maßprüfungen und zerstörungsfreier Prüfung gehören.
