Heißrisse beim Druckguss - Druckgussfehler

Heißrisse sind die fehlerhaften Risse, die in den späteren Phasen der Druckgussverfestigung auftreten. Sie sind durch krumme Risse mit unregelmäßigen Oberflächenbrüchen gekennzeichnet. Es ist eine der häufigsten Gussfehler in Temperguss- und Stahlgussteilen sowie einigen Leichtmetallgussteilen.

Obwohl Schrumpfung die Hauptursache für den Defekt ist, tragen mehrere andere Faktoren maßgeblich zu seinem Auftreten bei. Diese physikalischen und mechanischen Ursachen führen zu oberflächlichen und sogar inneren Rissen. Daher ist es notwendig, alle beteiligten Faktoren zu berücksichtigen, um diesen Defekt richtig zu diagnostizieren.

In diesem Artikel werden die Merkmale, Arten, Ursachen, Auswirkungen und Abhilfemaßnahmen für Heißrisse während eines Druckgussprozesses kurz erläutert.

Merkmale der Heißrissbildung

Heiße Risse können in Länge, Farbe, Form und Tiefe variieren. Meistens weisen sie jedoch folgende Merkmale auf:

Oxidierte Farbe ohne metallischen Glanz.
Unregelmäßige, ungleichmäßige und gewundene/reißende Form.
Weite Öffnung mit allmählicher Verengung im Inneren.
Beginn und Ausbreitung entlang der Korngrenze.
Es können Brüche durch den gesamten Guss verlaufen.
Dendriten beeinflussen häufig den Querschnitt.
Der innere Riss reicht nicht bis zur Oberfläche.

Die Unterscheidung zwischen Heißrissen und Kaltrissen ist durch die Betrachtung des Bruchbildes und der Risseigenschaften möglich. Die gerissene Oberfläche erscheint bei Stahl- oder Eisengussteilen oft schwarz, während Aluminium-Druckgussteile habe gräuliche Tränen.

Arten von Heißrissen

Je nach Lage der Warmrisse oder Risse an Gussteilen kann der Defekt in folgende Typen unterteilt werden:

Äußere Risse:Auf der Gussoberfläche sichtbare Risse sind äußere Risse. Sie treten hauptsächlich an Ecken und Kanten, in Bereichen mit starken Dickenänderungen und bei langsameren Umformungsprozessen auf. Äußere Risse können verteilt an der Korngrenze auftreten.
Innere Risse:Im Gussteil bilden sich innere Risse, deren Erkennung anspruchsvollere Prüfmethoden erfordert. In den letzten Erstarrungsphasen können sehr unregelmäßige innere Risse auftreten.

Ursachen für Heißrisse

Mehrere theoretische und praktische Gründe führen zur Bildung von heißen Rissen oder Brüchen, insbesondere:

Innere Spannung: Wenn die Form länger zum Erstarren braucht, entstehen innere Spannungen, die zu Rissen führen. Die fehlgeschlagene Kontraktion verstärkt die Spannung, da die Form den geschmolzenen, aber erstarrenden Guss hält.
Scharfe Ecken: Wenn eine Innenecke zuletzt erstarrt, bleibt diese Stelle heißer als andere glatte Stellen. Die Struktur wird an dieser scharfen Kante anfällig, was schließlich zu Rissen führen kann.
Schwindporosität: Stellen, die zu heiß sind, um in Oberflächennähe gleichmäßig zu erstarren, entwickeln Schwindungsporosität. Dies ist ein häufiger Fehler beim Druckgussverfahren und führt zu Oberflächenbrüchen oder äußeren Rissen.
Thermische Kontrolle: Die Wärmeregelung sollte die Verweilzeit des Gusses, insbesondere bei dünnwandigen Proben, nicht beeinträchtigen. Eine schlechte Kühlung führt zu übermäßiger Kontraktion und damit zu Warmrissen.
Würfelbewegungen: Vernachlässigbare Matrizenverschiebungen sind schwer zu erkennen, treten aber beim Trennen der Matrizen auf. Verschiedene Faktoren können einzeln oder zusammen aufgrund fehlerhafter Ziehkraft Risse auslösen.
Ungleichmäßiges Auswerfen: Probleme mit dem Auswurfsystem beim Herausziehen des Gussteils können zu einer Verwindung des Festkörpers führen. Dies führt zu einem ungleichmäßigen Auswurf und damit zu Rissen an den oberen oder unseitigen Oberflächen.
Fließende Muster: Beim Gießen mit Fließmustern kann es zu einer dünnen Oxidschicht als Oberflächenfehler kommen, meist in AluminiumlegierungenDiese Schicht behindert den Erstarrungsprozess und verursacht Brüche.
Falsche Proportionen: Eine falsche Dosierung der Nebenlegierungsbestandteile führt zu einer ungleichmäßigen Erstarrung. Zu viele Modifikatoren bewirken dies ebenfalls und tragen zu Warmrissen beim Gießen bei.
Übermäßige Variation: Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, werden häufig Variationen im Druckgussprozess eingesetzt. Übermäßige Verformungen können jedoch aus nicht berücksichtigten Gründen zu Heißrissen in den Gussteilen führen.

Stellen, die zu Heißrissen neigen

Die Schrumpfspannung konzentriert sich in den unten genannten Bereichen eines Gussstücks. An diesen Stellen kommt es während des Prozesses meist zu Heißrissen.

Ungleichmäßige Wandstärken
Kleine Innenwinkel
Große lineare Schrumpfung
Überlappungsverzweigungen
Größerer oder kleinerer Steigrohr

Auswirkungen von Heißrissen beim Gießen

Diese Erstarrungsbrüche wirken sich negativ auf einige der wichtigsten Gussanforderungen aus, darunter:

1. Schlechte Ästhetik: Äußere Heißrisse können die Gesamtästhetik des Gussstücks erheblich beeinträchtigen. Oberflächenfehler können in bestimmten Branchen den Wert mindern oder sogar vermindern.
2. Beeinträchtigte Stärke: Heißrisse in Gussteilen stellen oft schwerwiegende Probleme für die strukturelle Integrität dar. Der betroffene Abschnitt versagt leicht bei Scher- oder Drehmomentbelastung, was seine großflächige Verwendbarkeit beeinträchtigt.
3. Unsachgemäße Abdichtung: Risse in dünneren Wänden bieten für bestimmte Anwendungen nur einen minimalen Dichtungsschutz. Gussteile für die Hydraulik oder den Automobilbau werden aufgrund schwerer Undichtigkeiten unbrauchbar.
4. Erhöhter Abfall: Gabel- oder verzweigte Brüche führen zum völligen Verfall der Druckgussteile und verursachen nicht nur zusätzliche Produktionskosten, sondern auch zusätzlichen Metallabfall.

Heiße Tränen verhindern

Es gibt zahlreiche mechanische und metallurgische Maßnahmen, um Heißrisse beim Druckguss zu vermeiden. Die folgenden Vorsichtsmaßnahmen können das Risiko jedoch deutlich reduzieren.

1. Verbesserte Gussform –Durch Designverbesserungen wie die Gewährleistung einer gleichmäßigen Wandstärke und die Vermeidung scharfer Ecken können Spannungskonzentrationen im Gussteil verringert werden, die zu Heißrissen führen könnten.

2. Überlegenes Schmelzen von Legierungen –Mechanische Prozesse wie Entgasen oder Raffinieren können Oxide und Gase ausschließen. Die Kontrolle schädlicher Verunreinigungen kann Risse reduzieren.

3. Richtiger Gießprozess –Die genauen Messungen können eine ordnungsgemäße Abkühlung und anschließende Verfestigung einleiten und aufrechterhalten, wodurch Brüche verringert werden. Dazu gehören vor allem:

Minimale Verweil- oder Haltezeit zum Entfernen des Gussstücks aus der Form (Kokille).
Eine richtig ausgelegte Wärmeregelung hat keinen Einfluss auf die Verweilzeit.

4. Richtige Legierungsbestandteile –Eisen (Fe), Kupfer (Cu) und Silizium (Si) sollten für Aluminiumlegierungen ohne übermäßige Modifikatoren im perfekten Bereich liegen.

5. Verlangsamung des Prozesses –Durch sorgfältiges Beobachten lässt sich die Entstehung von Rissen verhindern. Und eine Verlangsamung des Prozesses hilft oft, Unregelmäßigkeiten zu erkennen.

6. Sofortmaßnahmen zur Behebung –Druck auf heißere Stellen kann die Auswirkungen umkehren. Das Erwärmen der umliegenden kalten Stellen kann die Erholung ebenfalls beschleunigen.

Es ist nicht immer möglich, rissfreie Gussteile herzustellen. Dennoch können vorbeugende Maßnahmen zu hervorragenden Ergebnissen bei der Kontrolle solcher Defekte führen. Das tatsächliche Ergebnis hängt jedoch von der gewählten Legierung und der verwendeten Form ab.

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