Gussfehlervermeidung

Unsere globalen Experten empfehlen:

Für eine genaue Beurteilung und Einschätzung des Fehlers ist es wichtig zu wissen, ob zuvor ein fehlerfreier Abguss möglich war oder ob der Fehler bei einem komplett neuen Gussteil auftritt. Wurde zum Beispiel das Gießmaterial oder das Speiser-/Anschnitt-System geändert?

Im ersten Schritt empfehlen wir Ihnen grundlegend zu betrachten, ob in Ihrem Prozess genügend Metall zur Verfügung steht, das verwendete Einguss- und Anschnittsystem richtig ausgelegt ist und eine entsprechend optimale Gießhöhe (metallostatischer Druck) verwendet wird.

Der Temperaturfaktor ist ebenfalls sehr entscheidend: eine zu geringe Gießtemperatur führt immer wieder zum Kaltlauf-Fehler. Betrachten Sie deshalb den Temperaturverlauf des Gießmetalls genauer (Liquidus- + Solidus-Temperatur), ebenso die Temperatur-Messstellen auf korrekte Funktion. Bleibt der gewünschte Temperaturhaushalt auch bei Störungen innerhalb der festgelegten Toleranzen? Sind in Ihrem Prozess Einrichtungen, wie z. B. Kühleisen eingebunden, welche die Fließfähigkeit und/oder das Erstarrungsverhalten des Metalls beeinflussen? Stimmen die Temperaturen im Ofen (Warmhalte- oder Vergiessofen) und der Giesspfanne?

Haben Sie diese Punkte überprüft, sollten Sie ein Augenmerk darauflegen, ob der Fehler immer an derselben Formkavität (mehrere Gussteile desselben Typs in einer Gusstraube) oder immer wieder an der gleichen Stelle des Gussteils auftritt. Überprüfen Sie, ob es starke Wandstärkenunterschiede in lokaler Nähe, starke Differenzen durch unterschiedliche Querschnittsgeometrien (Einschnürungen) vorliegen oder ob es durch schlecht abgedichtete Kernmarken zu Verlust von Schmelze kommt (Hinterlaufen von Kernmarken).

Generell ist eine gute Entlüftung der Form und der Kerne sehr wichtig! Es sollten Luftpfeifen eingesetzt werden, die zu einer besseren Form-Entlüftung führen und damit Lufteinschlüsse und schlechte Formfüllung durch zu hohen Staudruck verhindern.

Sollte nach Überprüfung aller genannten Punkte das Problem immer noch bestehen, dann kontaktieren Sie bitte unseren ASK-Tech Service.

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Sie beschreiben einen so genannten Blattrippenfehler. Dieser manifestiert sich in Form von dünnen, metallischen Auswüchsen an Gussstücken, zumeist in Winkeln, Ecken und Kanten. Blattrippen entstehen durch die Ausdehnung des Quarzsandes bei einem bestimmten Temperaturgradienten (573°C bei Quarzsand). Der Formstoff reißt dadurch auf, das einströmende Gießmetall füllt den entstandenen Spalt und bildet einen rippenartigen Ansatz. Dieser Effekt wird noch durch den schnelleren Binderzerfall bei höheren Gießtemperaturen verstärkt.  

Ein zu feiner Sand, zu hohe Feinanteile, führen zu einer hohen Packungsdichte, was eine Ursache für Blattrippen sein kann. Der jeweilig verwendete Basis-Formstoff ist nach seinem spezifischen Verhalten zu betrachten. Weiterhin begünstigen mangelhafte thermische Beständigkeit, zu hohe Gießtemperatur und Gießhöhe sowie zu lange Gießzeiten die Bildung von Blattrippen. Ein ungünstiges Anschnitt-System kann eine Ursache für sogenannte Hot Spots (thermische Zentren) sein, welches den Gussfehler begünstigt.

In mehreren Bereichen können Sie Ihr Verfahren optimieren.

Kernseitig führt die Verwendung von einem Mehrkornsand mit gröberer Körnung (Siebverteilung) oder alternativ ein weniger ausdehnender Sand (Chromerz- oder Zirkonsand) zur Blattrippenvermeidung. Altsand-Regenerate oder Sand mit einem Anteil von 5-6% Feldspat sowie Formstoff-Additive mit guter Wärmeleitfähigkeit haben ebenso einen positiven Einfluss. Die durch den Quarzsprung entstehende Druckspannung wird durch die geringeren Erweichungstemperaturen dieser Spezial-Sande und Additive gepuffert.

Formseitig kann der Bentonitgehalt erhöht werden, um die Nasszugfestigkeit zu fördern. Weiterhin verbessert eine Feinquarzreduzierung die Gasdurchlässigkeit. Die Reduzierung der Neusandmenge und / oder die Verwendung von weniger feuchten Formstoffen hilft, das Gaspotential und somit den Gasdruck in der Form zu reduzieren.

Daneben kann ein Schlichte-Einsatz Abhilfe schaffen. Wählt man hier eine geeignete Plättchenstruktur bei keramischen Füllstoffen, fördert dies die Gasdruckbeständigkeit. Eine Erhöhung der Schichtdicke führt zu verbesserter Isolierfähigkeit. Kann die Schlichte langsam trocken, verhindert dies die Rissbildung in der trockenen Schlichte-Schicht.

Wir empfehlen ebenso zu überprüfen, ob ein geeignetes Anschnitt- und Speisungssystem eingesetzt wird, welches eine örtliche Überhitzung von Formen und Kernpartien und somit einen Hot Spot Effekt vermeidet. Eine Verbesserung kann auch durch eine Verkürzung der Gießzeit erreicht werden.

Sollte nach Überprüfung aller genannten Punkte das Problem immer noch bestehen, dann kontaktieren Sie bitte unseren ASK-Tech Service.

Ich habe bei einem Gussteil, das im Grünsand gefertigt wurde, immer wieder im oberen Bereich ausgedehnte, raue Oberflächen, die häufig zum Ausschuss führen und Kosten und Zeit intensiver Nacharbeit verursachen. Wie kann ich diese Fehler abstellen?

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Es könnte sich in diesem Fall um einen Penetrationsfehler handeln.

Dieser Fehler kann bei allen im Sandformverfahren (vorzugsweise im Grünsandverfahren) hergestellten Gussteilen auftreten, unabhängig vom Werkstoff. Penetrationen treten besonders an Stellen starker Aufheizung der Formteile wie an Kanten oder an Anschnitten, an Stellen schwacher Verdichtung des Formstoffes sowie bei dickwandigen Gussstücken auf. Der Gussfehler befällt häufig ganze Gussstückpartien und ist am Gussstück mit bloßem Auge wie in Ihrem Fall erkennbar.

Mögliche Ursachen für einen solchen Defekt können eine zu hohe Feuchtigkeit im Grünsand (“freies” Wasser), eine zu hohe oder ungleichmäßig verdichtete Form sowie eine zu hohe Gießgeschwindigkeit oder mangelnde Abführung der Formgase aus dem Formhohlraum sein. Wir empfehlen daher vier verschiedene Bereiche zu überprüfen und gegebenenfalls zu optimieren.

Der erste Bereich ist der Formstoff: Hier sollte man darauf achten, thermisch stabilen Bentonit mit hohem Montmorillonit-Gehalt einzusetzen, was dazu führt, dass der Anteil an inerten Feinstoffen sowie auch der Wasserbedarf reduziert wird. Einen positiven Effekt kann ebenso eine Drosselung der Staubrückführung herbeiführen. Weiterhin sollte hier ein Augenmerk auf den Aufbereitungsgrad des Grünsandes geworfen werden. Es ist möglich, den Altsand vorzubefeuchten, die Wasseraufnahme des Bentonits zu beschleunigen oder eventuell die Mischzeiten zu verlängern. Der Einsatz von feineren Kernsanden oder feinerem Neusand als Umlaufsand, bei denen die Sandkörnung reduziert ist, kann helfen, den von Ihnen beschriebenen Defekt zu vermeiden. Bitte beachten Sie dabei jedoch, dass die AFS Zahl des Sandes nie unter 60 liegen darf; hilfreich ist es, die Gasdurchlässigkeit der Formstoffmischung zu prüfen. Eine weitere Möglichkeit für Verbesserung ist der Einsatz von Materialien mit geringer Koks- aber höherer Glanzkohlenstoffbildung.

Zweitens sollten Sie speziell an der Formanlage überprüfen, ob hier die Verdichtung absolut gleichmäßig und so gering wie möglich eingestellt ist. Dazu sollten Sie die Formhärte prüfen und ggf. den Verdichtungsdruck reduzieren. Bei alledem sollte die Formanlage eine gleichmäßige Sandeinfüllung in die Formkästen gewährleisten.

Drittens könnte bei den genutzten Formen und Kernen ein Schlichten der Teile bzw. eine Erhöhung der Schichtdicke bei gefährdeten Konturen der Formen und / oder Kerne eine wirksame Maßnahme darstellen.

Zuletzt können Sie bei der Anschnitt- und Gießtechnik Einfluss nehmen, indem Sie überprüfen, ob die Modellabstände eventuell zu gering ausgelegt sind. Erhöhen Sie die Abstände, vermeiden Sie dabei Hot Spots.

Weiterhin können Sie hier versuchen, die Form mit Luftpfeifen auszustatten, um die Giessgase abzuführen. Zur Vermeidung von Wasserkondensation beim Nassguss können gefährdete Formpartien mit einem wasserresistenten Trennmittel besprüht werden.
Die Formfüllung kann durch eine Veränderung im Anschnitt-System optimiert werden, indem die Gießgeschwindigkeit reduziert wird.

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Der von Ihnen beschriebene Gussfehler Blasenfehler, tritt überwiegend als Folge mangelhafter Gasabführung im Kern oder in der Form auf und ist häufiger beim Eisenguss mit Lamellengraphit (GJL) als beim Sphäroguss (GJS) zu finden. Hohlräume mit rundlichen, glatten Wänden treten dann meist großflächig auf. Ursache für die gerundeten oder länglichen Blasen sind vom erstarrenden Metall eingeschlossene Gase an der Oberfläche des Gussstückes, oft mit Schlacke oder Oxiden verbunden. Solche Fehlstellen treten in der Regel im Oberkasten einer Form, in schlecht entlüfteten Taschen und/oder Hinterschneidungen auf.

Wir empfehlen Ihnen, die Gas-Bildung ursächlich getrennt voneinander zu überprüfen.

Kerne

Die Freisetzung von Kerngasen kann die Blasenbildung begünstigen. Vorteilhaft kann eine Binderreduktion oder der Einsatz von Gas-Stoßverzögernden Bindern sein. Merke: je geringer der Binderanteil, desto geringer ist das Gaspotential.

Je nach Geschwindigkeit bei der Formfüllung mit dem Gießmetall ist die Gasdurchlässigkeit der Formstoffüberzüge (Schlichte) zu berücksichtigen. Dabei gilt im Allgemeinen: schnelle Formfüllung = geringe Gasdurchlässigkeit, langsame Formfüllung = hohe Gasdurchlässigkeit.

Stellen Sie in jedem Fall eine gute Trocknung der Kerne nach dem Schlichten sicher!

Bei der Einlagerung von Kernen sollte auf eine trockene Umgebung (niedrige relative Luftfeuchtigkeit) geachtet werden, so dass es zu keiner Feuchtigkeitsaufnahme kommen kann. Warme oder heißeingelagerte Kerne neigen zu einer verstärkten Feuchtigkeitsaufnahme!

Eine mangelhafte Kernentlüftung spielt ebenfalls eine große Rolle. Bitte stellen Sie bei der Verwendung von Formstoffüberzügen (Schlichte) sicher, dass die Kernmarken frei von Schlichte sind (Absaugen, Versäubern). Teilweise empfiehlt es sich, nachträglich Kernentlüftungsbohrungen einzubringen oder Kernentlüftungen mittels keramischen Einsätzen zu verbinden.

Formen

Bei der Formherstellung vor allem auf automatischen Grünsand-Formanlagen darf die Verdichtung des Formstoffes nicht zu hoch sein. Eine zu geringe Gasdurchlässigkeit des Formstoffes (Sand-Bindergemisch) oder eine zu hohe Gasfreisetzung z.B. aus dem verwendeten Glanzkohlenstoffbildner bei Bentonit gebundenem Formstoff (Grünsand / Nassguss), führen zu einem erhöhtem Gas-Risiko.

Wenn bei der Formherstellung ein zu feuchter und/oder zu warmer Sand verwendet wird, dann kann dies zum „Kochen der Form“ und damit zu einem erhöhten Dampfdruck in der Form führen. Weiterhin können Sie die Gasabführung formseitig verbessern, indem Sie den Feinstaubanteil reduzieren, eine gröbere Sandkörnung verwenden, Kohlenstoffträgeranteile reduzieren oder langsam reagierende Glanzkohlenstoffbildner einsetzen sowie Bentonit mit hohem Montmorillonit-Gehalt (hohe spezifische Bindefähigkeit) und hoher thermischer Stabilität verwenden. Eine kontinuierliche Kontrolle der Formstoffaufbereitung ist dazu zwingend erforderlich. Ebenso bringt eine Verminderung der Verdichtungskraft und eine dadurch verringerte Formhärte Erfolge; der Formsand sollte gleichmäßig verdichtet sein.

Bei der Überprüfung von Anschnitt- und Gießtechnik ist es wichtig, für ausreichende Formentlüftung zu sorgen (Luftpfeifen). Verbesserungen lassen sich mit einer Steigerung der Gießhöhe und verlängerten Gießzeiten erzielen.

Schmelze

Achten Sie darauf, dass die Schmelze ausreichend entgast wird, besonders sind die spezifische Kochtemperatur und die Haltezeit (Abstehen der Fe-Schmelze) einzuhalten. Verwenden Sie saubere Einsatzstoffe, z.B. rostfreie Stähle und Gussbruch, um das Einbringen von Oxiden direkt zu Beginn der Schmelzaktivitäten zu verringern. Beim Aufschmelzen ist das Temperaturintervall, in welchem die Schmelze verstärkt Gas aufnehmend ist, rasch zu durchfahren.

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Ausgelöst werden Probleme im Kernschießprozess durch vielerlei Faktoren. Zunächst sollte die Eignung der gewählten Kernschießmaschine für den Kernkasten überprüft werden, dabei sind Verhältnisse verschiedener Volumina interessant. Wichtig ist ein ausreichendes Schuss-Volumen der Maschine in Bezug auf das zu füllende Werkzeug (Kernkasten-Volumen). Der Schießkopf muss einen ausreichend großen Schießbereich bieten. Prüfen Sie, ob der Schießkopf ein ausreichendes Volumen bietet, um auch bei grenzwertig gewählter Schießrohr- bzw. Kernschießmaschinengröße den Kernkasten zu füllen (Wurmlöcher). Hier könnten Leitbleche, Sparstücke oder Sand-Labyrinthe im Schießkopf hilfreich für eine optimierte Füllung des Kernkastens sein.

Weiterhin sollten auch alle druckluftführenden Komponenten, Dichtungen und Ventile der Kernschießmaschine einschließlich der Schießdüsendichtungen geprüft werden.

In einem weiteren Schritt sollten die Einschussquerschnitte betrachtet werden, z.B. ob die Summe der Einschussquerschnitte ausreicht, um den Kernkasten in der geplanten Zeit zu füllen und / oder ob die Einschüsse an einer für die Füllung günstigen Position liegen (z.B. Kernmarken). Gleiches gilt für die Entlüftungsquerschnitte: Überprüfen Sie, ob die Summe der Entlüftungsquerschnitte ~50% der Summe der Einschussquerschnitte entspricht. Entlüftungsdüsen sollen für die Füllung an günstigen Positionen im Kernkasten liegen. Die Art und Dimensionierung der Entlüftungsdüsen inkl. der dahinter befindlichen Abluftkanäle muss geeignet sein, um eine ausreichende Abfuhr der Luft beim Schuss zu gewährleisten. Bei dem kalt-gashärtenden PU-Cold Box System ist auch auf die notwendige Spülung mit dem Katalysator-Gas zu achten. Die gleichmäßige Aushärtung steht hierbei im Vordergrund.

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Gussporosität und Oberflächenfehler sind ein Problem, das dem Sandguss anhaftet. Es handelt sich dabei um Fehler, die die Qualität eines Teils verschlechtern können und sogar dazu führen können, dass einige Teile für die vorgesehenen Anwendungen, wie z.B. in Drucksystemen, ungeeignet sind.

Wenn beim Gießen von geschmolzenem Metall in eine Sandform das Metall in Spalten zwischen den Sandkörnern eindringt, kann am fertigen Gussteil eine raue Oberfläche entstehen. Dies geschieht, weil der Sand grobkörnig ist oder die Oberfläche nicht versiegelt wurde. Grobe Sandkörner begünstigen ein stärkeres Eindringen des Metalls.

Gasfehler sind die Folge, wenn Gas im geschmolzenen Metall eingeschlossen ist oder wenn beim Gießen Formgase entstehen. Dies kann zu Lunkern (kugel- oder ovalförmige Hohlräume in der Gussstückoberfläche oder innerhalb des Gussstücks) oder zu Lochporosität (das Ergebnis von Wasserstoff, der während des Gießens in der Masse des geschmolzenen Metalls eingeschlossen wird) führen.

Für den Metallgießer erhöhen Porosität und Oberflächendefekte auch die Kosten und den Aufwand der Gussstücknachbearbeitung. Eine Möglichkeit, einige Oberflächendefekte bei Stahlgussteilen zu beheben, besteht darin, einen Zusatz zur Sandaufbereitungssequenz zu implementieren. Eisenoxid-Additive werden seit vielen Jahren verwendet und sind typischerweise eine Form von rotem Eisenoxid (Hämatit, Fe2O3) und schwarzem Eisenoxid (Magnetit, Fe3O4) oder manchmal eine Mischung aus beiden. Sie wirken als Flussmittel, um die Erweichung des Sandes zu fördern, der mehr Wärmespannungen aufnehmen kann, bevor ein Riss im Kern/in der Form entsteht.

Da Eisenoxide sauerstoffreich sind, können sie auch einige Gase während des Gießprozesses binden. Sie werden typischerweise in Mengen von 2-5% verwendet. Es ist jedoch zu beachten, dass die Auswirkungen des Additivs auf den Bindemittelbedarf aufgrund der geringen Partikelgröße vieler dieser Produkte berücksichtigt werden müssen.

ASK Chemicals bietet ein neues Sandadditiv namens VEINO ULTRA™ 450 an, das eine Verbesserung gegenüber seinem Vorgänger VEINO ULTRA™ 350 darstellt und eine höhere Zugfestigkeit bietet. Es reduziert die Blattrippenbildung, erhöht den Penetrationswiderstand und widersteht Orangenhautdefekten in kohlenstoffarmen Stählen. Der erste Vorteil für eine Stahlgießerei besteht in der Reduzierung der Kosten für Reinigungsräume.

Darüber hinaus haben sowohl VEINO ULTRA™ 350 als auch VEINO ULTRA™ 450 die Fähigkeit, verschiedene Formgase, die während des Gießprozesses entstehen, "abzusaugen".  Typischerweise wird dem Rohsand eine Zugaberate zwischen 2 bis 6 % bezogen auf das Sandgewicht vorgemischt. Es wird empfohlen, die Sandformen und -kerne zu beschichten, wenn VEINO ULTRA™ 350 verwendet wird, um eine glatte Gussoberfläche zu erhalten; VEINO ULTRA™ 450 kann jedoch auch ohne Beschichtung verwendet werden.

In der Praxis hat sich VEINO ULTRA™ 450 beim Ersatz von Standard-Eisenschwarzoxiden bewährt. Da VEINO ULTRA™ 450 gröber als schwarzes Eisenoxid ist, hat es weniger Einfluss auf die chemische Festigkeit des Bindemittels, so dass es das Potenzial hat, den Bindemittelgehalt zu reduzieren. Außerdem kann schwarzes Eisenoxid aufgrund der Kornfeinheit schwierig zu transportieren sein und neigt eher zur Staubentwicklung, wodurch eine weniger erwünschte Arbeitsumgebung geschaffen wird.

VEINO ULTRA™ 450 bietet aufgrund seiner groben Beschaffenheit eine Lösung für diese Handhabungsprobleme und macht es weniger staubig, mit besserer Fließfähigkeit und leichterem Transport.