5 Schritte der Druckgussmaterialbehandlung

Ihr Druckgussprozess läuft einwandfrei, dennoch weisen die fertigen Teile Mängel auf? Oftmals beginnt das eigentliche Problem schon viel früher – bei der Materialaufbereitung. Für hochwertige Druckgussteile ist eine strenge Qualitätskontrolle bereits bei der Materialauswahl unerlässlich. Der folgende Artikel beschreibt die 5 Schritte der Druckgussaufbereitung.

Materialbericht

Ein Werkstoffgutachten ist ein vom Lieferanten oder Prüfinstitut für Druckgussrohstoffe ausgestelltes Dokument, das die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs detailliert beschreibt.

Typische Druckgussrohstoffe sind verschiedene Legierungen, vor allem Aluminiumlegierungen, sowie Zinklegierungen, Magnesiumlegierungen und Kupferlegierungen. Eine Legierung bedeutet, dass das Material neben dem primären metallischen Element geringe Mengen anderer metallischer oder nichtmetallischer Elemente enthält.

Obwohl diese nichtprimären Elemente in geringen Konzentrationen vorhanden sind, können sie die Gießbarkeitseigenschaften des Materials, wie etwa Fließfähigkeit und Schmelzpunkt, beeinflussen.

Durch diesen Bericht können Sie die mechanischen Eigenschaften der Druckgusslegierung, wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung. Und ob die Legierung zum Gießen des von Ihnen gewünschten Produkts geeignet ist, können Sie anhand des Materialberichts feststellen. 

Darüber hinaus finden Sie in diesem Bericht auch Informationen zu den physikalischen Eigenschaften des Materials, wie beispielsweise Härte und Dichte.

Wenn Sie beispielsweise Druckguss-Strukturkomponenten wie Gehäuse, Zylinder und Rahmen benötigen, sind Aluminium-Silizium-Legierungen die beste Wahl. Diese Legierungen enthalten 10%-25% Silizium und verleihen ihnen hervorragende Gusseigenschaften und Verschleißfestigkeit. Manchmal wird 0,2%-0,6% Magnesium hinzugefügt, um die mechanischen Eigenschaften und die Hitzebeständigkeit Ihrer Druckgussteile zu verbessern.

Dieser Materialbericht spielt eine wichtige Rolle bei der Rückverfolgung. Wenn Sie in Zukunft die Quelle des Materials zurückverfolgen müssen, dient er als hervorragender Beweis.

Materialprüfung

Nach dem Betreten der Druckgusswerkstatt müssen Metallmaterialien einer weiteren Prüfung unterzogen werden, um sicherzustellen, dass die in die Produktion zu gebenden Druckgussmaterialien mit den bereitgestellten Berichten übereinstimmen. Im Allgemeinen umfasst die Materialprüfung die folgenden Punkte.

Aus externer Sicht müssen Sie beobachten, ob es offensichtliche Einschlüsse, Risseoder Oxidablagerungen auf der Oberfläche des Gussmaterials (z. B. Aluminiumbarren). 

Allerdings lässt sich allein durch visuelle Prüfung nicht feststellen, ob die Zusammensetzung der Gusslegierung den Normen entspricht. Daher sind Spektralanalysen und metallografische Prüfungen erforderlich.

Spektralanalyse

Die Spektralanalyse ist eine der am weitesten verbreiteten und effizientesten Methoden zur Prüfung von Druckgussrohstoffen. Bei diesem Verfahren wird aus dem Rohmaterial eine polierte Metalloberfläche hergestellt und mit speziellen Instrumenten analysiert. 

Es kann den Gehalt von Elementen wie Aluminium, Silizium, Kupfer, Magnesium und Mangan genau messen. Durch den Vergleich dieser Ergebnisse mit dem Materialbericht können Hersteller überprüfen, ob das Druckgussmaterial die erforderlichen Schmelzstandards erfüllt.

Metallografische Prüfungen

Bei der metallografischen Prüfung handelt es sich im Wesentlichen um eine genaue Untersuchung der Mikrostruktur metallischer Werkstoffe. 

In der Praxis wird eine kleine Metallprobe entnommen, sorgfältig geschliffen und poliert und anschließend mit einem ätzenden Mittel behandelt, um die Körner und Strukturdetails des Metalls freizulegen. Unter dem Mikroskop können Sie die Größe und Verteilung dieser Körner sowie innere Defekte wie Poren oder Einschlüsse erkennen. 

Auf diese Weise erhalten wir durch die metallografische Analyse einen klaren mikroskopischen Einblick, ob ein Material tatsächlich den Gussstandards entspricht.

Materialschmelzen

Druckgießen ist ein Umformverfahren, bei dem flüssiges Metall bei hohen Temperaturen zum Einsatz kommt, daher ist das Schmelzen des Materials ein unerlässlicher Schritt. Wie der Name schon sagt, beinhaltet das Schmelzen des Materials das Erhitzen der Druckgusslegierung in einem Schmelzofen bis es flüssig wird. 

Als Rohstoffe kommen typischerweise Aluminiumbarren, Zinkbarren etc. zum Einsatz. Der Schmelzprozess erfordert eine strenge Temperaturkontrolle, um sicherzustellen, dass die Druckgusslegierung bei niedrigen Temperaturen nicht erstarrt oder bei hohen Temperaturen oxidiert oder andere Gase aufnimmt. 

Am Beispiel einer Aluminiumlegierung muss die Temperatur im Allgemeinen zwischen 680 und 750 °C geregelt werden. 

Natürlich für halbfester DruckgussDie Anforderungen an die Temperaturregelung während des Schmelzprozesses sind unterschiedlich. Beim halbfesten Druckguss muss die Temperatur der Druckgusslegierung zwischen der Solidus- und der Liquiduslinie liegen. Weitere Informationen finden Sie auf unserer Website. Dort finden Sie Artikel mit spezifischen Erklärungen.

Nach dem Schmelzen der Druckgusslegierung kann diese einer Veredelungsbehandlung unterzogen werden, um ein reineres Druckgussmaterial zu erhalten.

Entgasungsprozess

Entgasung ist der Prozess, bei dem Wasserstoff aus geschmolzenem Metall während des Druckgusses entfernt wird. Sie fragen sich vielleicht, warum Wasserstoff überhaupt in geschmolzenem Metall vorhanden ist? Nun, wenn Metalle vom festen in den flüssigen Zustand übergehen, steigt ihre Fähigkeit, Wasserstoff zu absorbieren.

Nehmen wir zum Beispiel Aluminium: Wenn geschmolzenes Aluminium heißer wird, nimmt es mehr Wasserstoff auf. Sobald es jedoch abkühlt und erstarrt, wird dieser Wasserstoff herausgedrückt. Da Druckgussteile so schnell erstarren, hat der Wasserstoff nicht genügend Zeit zu entweichen und bleibt in Form von Poren im Bauteil eingeschlossen.

Diese Poren können die Qualität des Druckgussteils erheblich beeinträchtigen, da sie dessen Festigkeit und Duktilität verringern und sogar die Oberfläche weniger glatt machen. Man könnte also sagen, dass die Entgasung einer der wichtigsten Schritte bei der Vorbereitung von Materialien für den Druckguss ist.

Als einer der Veredelungsschritte für Druckgussmetalle besteht der Entgasungsprozess normalerweise darin, ein Inertgas – am häufigsten Stickstoff – durch ein rotierendes Hohlrohr in die Schmelze einzuspritzen. 

Sobald der Stickstoff in die Schmelze gelangt, reagiert er nicht mit dem Aluminium selbst. Stattdessen greift er den Wasserstoff und trägt ihn an die Oberfläche, wo er aus der Aluminiumschmelze entweichen kann.

Manchmal verwenden Druckgussingenieure Flow-3D Cast, um den Entgasungsprozess zu simulieren. Durch die Optimierung von Parametern wie dem Design der Hohlwelle und der Rotationsgeschwindigkeit können sie bessere Entgasungsergebnisse erzielen und so die Gesamtqualität des Druckgusses verbessern.

Schlacke im Druckgussverfahren entfernen

Das Entfernen der Schlacke ist nahezu der letzte Schritt bei der Behandlung von Druckgussmaterialien.

Bei der Schlackenentfernung geht es darum, das geschmolzene Metall von unerwünschten Verunreinigungen zu reinigen. Beim Druckguss ist dieser Schritt unerlässlich, sobald das Metall geschmolzen ist. Die Schlacke besteht typischerweise aus Verunreinigungen oder Oxiden. Sie bildet sich nicht nur auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls, sondern kann auch in der Flüssigkeit selbst vorkommen.

Nehmen wir Aluminium als Beispiel. Bei erhöhten Temperaturen reagiert Aluminium leicht mit Sauerstoff, wodurch die Bildung von Oxiden nahezu unvermeidlich ist. Daher werden beim Schmelzprozess häufig Oxide beobachtet.

Neben den inhärenten Eigenschaften von Aluminium fördern auch Feuchtigkeit im Tiegel und schlechtes Flussmittel die Oxidbildung. Bei Druckgussteilen führt das Vorhandensein von Oxiden zu Schrumpfung, Poren und Einschlüssen.

Daher ist die Entfernung von Metallschlacke, also die Beseitigung von Verunreinigungen und Schadstoffen aus der Metallschmelze, ein unverzichtbarer Schritt.

Um Verunreinigungen aus geschmolzenem Metall zu entfernen, werden häufig Flussmittel zugesetzt. Einige dieser Mittel bilden eine Schutzschicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums und tragen so zur Minimierung der Oxidation bei. Andere wirken, indem sie Oxidpartikel zusammenführen und sie an die Oberfläche schweben lassen, wo sie sich leichter entfernen lassen. 

Darüber hinaus kann das während der Entgasung in das geschmolzene Metall eingeleitete Stickstoffgas auch Oxidschlacke adsorbieren und diese beim Aufsteigen der Blasen an die Oberfläche befördern.

Abschluss

Von der Inspektion bis zur Schlackenentfernung gewährleistet jeder Schritt der Materialbehandlung die Einhaltung der Druckgussnormen und garantiert die Qualität der Teile. Bei Sunrise setzen wir auf strenge Rohstoffkontrollen, damit Ihre Komponenten durch dauerhafte Zuverlässigkeit und Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt überzeugen. Wenn Sie auf der Suche nach einem Druckgusshersteller in China, kontaktieren Sie uns gerne!