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Werkstoffe für den Druckguss

Druckgussverfahren

Nicht alle Werkstoffe können im Druckgussverfahren verarbeitet werden. 

Werkstoffe für den Druckguss

Verwendet werden im Druckgussverfahren Legierungen auf Basis von

  • Zink
  • Aluminium
  • Magnesium
  • Kupfer

Unterschied zwischen Reinmetall und Legierung

Bei Reinmetallen gibt es einen Erstarrungspunkt.

Bei Legierungen, die sich nicht im Eutektikum befinden, gibt es hingegen ein Temperaturbereich für die Erstarrung. Volumendefizite erstarrender Bereiche können somit besser durch noch flüssige Bereiche nachgespeist werden. Die Lunkerbildung ist bei Legierungen also insgesamt geringer.

Dichtspeisung durch Silizium

Silizium dehnt sich atypischerweise bei Erstarrung/Abkühlung aus, was dazu führt, dass Lunker im Bauteil reduziert werden. Dies geht wiederum mit verbesserten mechanischen Eigenschaften einher. Siliziumhaltige Legierungen eigenen sich daher hervorragend für den Druckguss.

Verschleiß von Druckgussformen in Abhängigkeit des Werkstoffs

Druckgussformen aus Werkzeugstahl sind einer komplexen zyklischen Belastung ausgesetzt, bestehend aus mechanischen, thermischen und chemischen Anteilen. Resultierend ergeben sich insbesondere folgende Schädigungsmechanismen für Druckgussformen:

1.) Thermische Ermüdung der Druckgussform

Thermische Ermüdung, genauer thermisch induzierte mechanische Ermüdung, führt zur Ausbildung sog. „Brandrisse“. Ein Netzwerk aus vielen zunächst kleinen, später größeren Rissen bildet sich auf der Formoberfläche aus.
Diese Risse werden beim Gießen zyklisch mit Schmelze gefüllt und stehen später als Negativ am Gussteil hervor. Dies ist optisch sowie technisch unerwünscht und erschwert zusätzlich die Entformung des Gussteils.

2.) Erosions-Korrosion an der Druckgussform

Erosions-Korrosion führt zu einem makroskopisch-flächigen Angriff der Gussform. Die gemeinsame Erscheinungsform der Überlagerung von Erosion und Korrosion wird auch als sog. „Auswaschung“ bezeichnet. Erosive und korrosive Verschleißanteile beschleunigen sich dabei wechselseitig.
Resultierend baut sich die Gussformoberfläche mit der Zeit ab und wird aufgeraut. Besonders betroffen sind die Bereiche der Gussform, in denen die Strömungsgeschwindigkeit der Schmelze am höchsten ist.

3.) Klebeneigung der Schmelze an der Gussform

Durch Klebeneigung entsteht eine lokale Diffusionsverschweißung von Gussteil und Form. Bei Gussteilentnahme werden Gussteil und Gussform direkt anliegend an die Verschweißung gewaltsam getrennt, wobei es zur Schädigung der Gussformoberfläche kommt.
Material baut sich auf oder wird abgetragen. In gleicher Weise wird das Gussteil geschädigt. Das Losreißen der Verbindung kann zu Oberflächenfehlern oder zur Deformation des Gussteils führen.

Die Schädigungsmechanismen treten nicht isoliert auf, sondern vielmehr im Zusammenspiel, welches im Laufe der Zeit dazu führt, dass die Form gewechselt oder nachgearbeitet werden muss. Die Gussteile erfüllen dann nicht mehr die an sie gestellten Qualitätsanforderungen und der Gießprozess wird instabil, was zu Produktivitätseinbußen führt.
Der Grad der Schädigung ist weiterhin abhängig von der vergossenen Schmelze. Einflüsse sind Gießtemperatur, Wärmeleitfähigkeit und chemische Reaktivität.

Hohe Gießtemperaturen, hohe Wärmeleitfähigkeiten und starke chemische Reaktivitäten fördern Formverschleiß.

Eine geeignete Kennzahl zur Beurteilung der Verschleißbeständigkeit von Gießformen ist die Formstandzeit. Sie gibt Auskunft über die Anzahl der ertragbaren Gießzyklen, bevor die metallische Form gewechselt werden muss.

Nahezu alle Druckgussformen werden aus Werkzeugstahl gefertigt. Durch Optimierung der Mikrostruktur und der chemischen Zusammensetzung von Werkzeugstählen konnte die Verschleißrate in den vergangenen Dekaden deutlich reduziert werden.

Kupferdruckguss

Die Besonderheit des Druckgussprozesses von Kupfer ist liegt in der hohen Gießtemperatur von über 1000°C begründet.

Häufig werden die Legierungen Siliziumtombak oder Messing eingesetzt. Kupfer in reiner Form wird in der Regel für elektrotechnische Anwendungen im Druckgussverfahren vergossen.