Wichtige Ursachen von Blasenbildung beim Druckguss erklärt

Zusammenfassung

Blasenbildung beim Druckgießen ist ein Oberflächenfehler, der durch aufgewölbte Blasen gekennzeichnet ist, die durch die Expansion von eingeschlossenem Gas direkt unterhalb der Metallhaut entstehen. Die Hauptursache ist die Einschließung von Gas oder Luft infolge turbulenter Metallströmung und unzureichender Formlüftung. Weitere entscheidende Faktoren sind übermäßige Temperaturen der Schmelze oder des Werkzeugs, unsachgemäße Anwendung von Formtrennmitteln sowie Verunreinigungen oder physikalische Unregelmäßigkeiten in der Aluminiumlegierung selbst.

Die Rolle von Gas- und Lufteinschlüssen bei der Blasenbildung

Die grundlegendste Ursache für Blasenbildung beim Druckguss ist die Einschließung von Gas im Formhohlraum während der Metallinjektion. Blasen sind im Wesentlichen eine spezifische Form der Gasporosität, bei der das eingeschlossene Gas sich unmittelbar unter der Oberfläche des Gussteils befindet. Während das flüssige Metall erstarrt, steht dieses eingeschlossene Gas unter enormem Druck. Wenn das Bauteil aus der Form ausgestoßen wird, entfällt die äußere Stützwirkung, und die noch weiche Metalloberfläche kann durch das expandierende Gas nach außen gedrückt werden, wodurch sich eine charakteristische Blase bildet.

Dieses Gas kann aus mehreren Quellen stammen. Am häufigsten handelt es sich um Luft, die sich bereits vor dem Gussvorgang im Formhohlraum und im Angusssystem befindet. Wird das flüssige Metall zu schnell eingespritzt oder ist der Strömungsweg nicht optimiert, entsteht Turbulenz. Diese turbulente, chaotische Strömung überschlägt sich selbst und schließt Luftblasen ein, die nicht mehr entweichen können, bevor das Metall erstarrt. Wie in einer technischen Analyse von CEX Casting , eine schlechte Gatter- und Läufergestaltung ist ein häufiger Grund, da sie keinen gleichmäßigen, laminaren Metallfluss in die Form ermöglichen.

Unzureichende Entlüftung ist ein weiterer kritischer Faktor. Entlüftungen sind kleine Kanäle, die dazu dienen, die Luft aus dem Hohlraum entweichen zu lassen, während das flüssige Metall diesen füllt. Wenn diese Entlüftungen verstopft sind, zu klein oder ungünstig positioniert, kann die Luft nicht entweichen und bleibt in der Gussform eingeschlossen. Die Folge sind Porosität und, falls nahe der Oberfläche, Blasenbildung. Die Optimierung des Entlüftungssystems ist ein entscheidender Schritt zur Vermeidung dieser Art von Fehler.

Um die Einschließung von Gas und Luft zu vermeiden, sollten mehrere bewährte Methoden angewandt werden:

• Gatter- und Läuferdesign optimieren: Gießsimulationssoftware verwenden, um ein System zu entwerfen, das eine gleichmäßige, nicht-turbulente Füllung des Formhohlraums fördert.
• Ausreichende Entlüftung sicherstellen: Saubere und effektive Entlüftungen sowie Überlaufgatter entwerfen und instand halten, um eine vollständige Entfernung der Luft zu gewährleisten.
• Einspritzgeschwindigkeit kontrollieren: Passen Sie das Spritzprofil, insbesondere die anfängliche langsame Einspritzphase, so an, dass Luft sanft aus dem Hohlraum gedrückt wird, bevor die Hochgeschwindigkeitsfüllung beginnt.
• Vakuumunterstützung nutzen: Bei kritischen Bauteilen kann ein Vakuum-Druckgussverfahren eingesetzt werden, um aktiv Luft aus dem Hohlraum vor der Einspritzung zu entfernen und so das Risiko von Lunkerbildung nahezu vollständig auszuschließen.

Prozessparameter: Wie Temperatur und Schmiermittel Blasen verursachen

Neben der physikalischen Einschließung von Luft spielen betriebliche Prozessparameter eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von Bedingungen, unter denen Blasen entstehen können. Die Temperaturkontrolle und die Applikation von Schmiermitteln sind zwei der kritischsten Bereiche. Übermäßig hohe Temperaturen, sei es in der Schmelze oder im Werkzeug selbst, können gasbedingte Probleme verschärfen. Laut einer Übersicht von Sunrise Metal , können hohe Temperaturen den Dampfdruck innerhalb der geschmolzenen Legierung erhöhen und dazu führen, dass sich die Werkzeugschmiermittel zersetzen und Gase freisetzen, die dann eingeschlossen werden.

Die Schmierstoffe oder Trennmittel sind notwendig, um zu verhindern, dass das Gussteil an der Form haftet, aber ihre unsachgemäße Anwendung ist eine Hauptursache für Gasporosität und Blasenbildung. Wenn zu viel Trennmittel aufgetragen wird oder es ungleichmäßig verteilt ist, kann sich die überschüssige Flüssigkeit in der Form sammeln. Bei Kontakt mit dem heißen flüssigen Metall verdampft dieses überschüssige Trennmittel augenblicklich und erzeugt eine große Gasmenge, die keine Zeit hat, durch die Entlüftungen zu entweichen. Wie in einem Bericht von The Hill & Griffith Company angemerkt wurde, ist das Kolbenschmiermittel oft der einzige größte Faktor, insbesondere wenn zusätzliches Schmiermittel verwendet wird, um eine abgenutzte Kolbenspitze auszugleichen.

Feuchtigkeit ist ein weiterer entscheidender Faktor. Jegliche Restfeuchtigkeit in der Form – sei es durch lecken­de Kühlwasserleitungen, tropfende Sprüher oder sogar das Trennmittel selbst – verwandelt sich beim Einspritzen in Dampf. Dieser Dampf verhält sich wie jedes andere eingeschlossene Gas und erzeugt Druck unter der Oberfläche des Gussteils, was zu Blasen führen kann. Daher ist die Aufrechterhaltung einer trockenen Formumgebung von größter Bedeutung.

Um Blasenbildung aufgrund von Prozessparametern zu vermeiden, sollten die Bediener folgende Korrekturmaßnahmen befolgen:

1. Strenge Temperaturkontrolle gewährleisten: Sicherstellen, dass sowohl die Schmelzlegierung als auch die Gießform innerhalb ihrer vorgeschriebenen Temperaturbereiche gehalten werden, um eine Überhitzung und übermäßige Gasbildung zu verhindern.
2. Schmiermittel sparsam und gleichmäßig auftragen: Automatisierte Sprühsysteme verwenden, um eine minimale, gleichmäßige Beschichtung mit einem hochwertigen Trennmittel mit geringem Rückstand aufzutragen.
3. Verdunstungszeit einplanen: Sicherstellen, dass nach dem Versprühen ausreichend Zeit vergeht, damit Wasser oder Lösungsmittelträger im Schmiermittel vollständig verdunsten können, bevor die Form geschlossen wird.
4. Regelmäßige Wartung durchführen: Regelmäßig auf lecken­de Wasser- oder Hydraulikleitungen prüfen und reparieren sowie sicherstellen, dass die Sprüh­düsen nicht tropfen.

Material- und physikalische Fehler als Ursachen

Die letzte Kategorie von Ursachen betrifft die Integrität des Gussmaterials und das Vorhandensein physikalischer Unstetigkeiten innerhalb des Metallflusses. Blasen können aus Verunreinigungen in der Legierung selbst entstehen. Elemente mit niedrigen Siedepunkten, wie beispielsweise Blei oder Cadmium, können während des Gießprozesses oder einer anschließenden Wärmebehandlung verdampfen und dabei internen Gasdruck erzeugen. Ebenso können Aluminiumlegierungen beim Schmelzen Wasserstoff aufnehmen, der sich während der Erstarrung wieder freisetzen möchte, was zu Porosität und Blasenbildung führt.

Physikalische Fehler, die während des Füllprozesses entstehen, sind ebenfalls äußerst nachteilig. In Engineering Failure Analysis hebt hervor, dass kalte Flocken – halbverfestigte Metallstücke, die sich von den Wänden der Druckkammer lösen – eine Hauptursache für große Blasen sind, insbesondere in Bereichen nahe dem Angusssystem. Diese Flocken erzeugen Unstetigkeiten in der Mikrostruktur des Gussteils. Das in diesen Hohlräumen vorhandene Gas dehnt sich während der Wärmebehandlung aus und bildet signifikante Oberfläsenblasen. Zu weiteren ähnlichen Fehlerarten zählen Kalteinläufe, Kaltstöße und Oxidfilme, die alle die Homogenität des Metalls stören und als Initiativstellen für das Blasenbildungsverhalten wirken.

Um diese Materialfehler zu vermeiden, ist eine strenge Kontrolle des gesamten Prozesses von der Rohstoffbehandlung bis zur Endproduktion erforderlich. Eine Partnerschaft mit einem Lieferanten, der ein starkes Engagement für die Qualitätskontrolle unter Beweis stellt, ist unerlässlich. Zum Beispiel verlassen sich Hersteller von Hochleistungs-Automotiveinheiten oft auf zertifizierte Prozesse wie IATF 16949 und interne Qualitätskontrolle, um die Materialienintegrität von Anfang bis Ende zu gewährleisten, was eine kritische Praxis zur Verhinderung solcher Defekte ist.

Um diese unterschiedlichen Ursachen besser zu verstehen, wird in der folgenden Tabelle Blasen verglichen, die durch Gasporosität entstehen, mit Blasen, die durch physikalische oder chemische Defekte entstehen:

Lösungen umfassen gründliches Vorwärmen und Trocknen der Rohmaterialien, die Verwendung hochreiner Legierungen sowie effektive Entgasungsbehandlungen mit Stickstoff oder Argon, um gelösten Wasserstoff vor dem Gießen zu entfernen.

Häufig gestellte Fragen zu Druckgussblasen

1. Was ist die Hauptursache für Blasen im Druckguss?

Die Hauptursache für Blasen ist eingeschlossenes Gas, meistens Luft aus dem Formhohlraum, das aufgrund turbulenter Strömung der Schmelze und unzureichender Entlüftung eingeschlossen wird. Dieses unterhalb der Oberfläche des Gussteils eingeschlossene Gas dehnt sich aus und drückt die weiche Metallschicht nach außen, wodurch eine Blase entsteht.

2. Kann eine Wärmebehandlung dazu führen, dass Blasen auf einem Druckgussteil erscheinen?

Ja, die Wärmebehandlung ist eine häufige Ursache für die Bildung von Blasen. Ein Teil kann im als-abgegossenen Zustand makellos aussehen, doch wenn sich unter der Oberfläche eingeschlossenes Gas oder eine physikalische Unstetigkeit befindet, dehnt sich das Gas bei den hohen Temperaturen der Wärmebehandlung stark aus und macht den Fehler als Oberflächenblase sichtbar.

3. Wie unterscheidet man eine Blase von allgemeiner Porosität?

Blasen sind oberflächennahe oder nahe der Oberfläche liegende Fehler, die als erhabene Wölbungen auf der Oberfläche des Gussteils erscheinen. Allgemeine Porosität hingegen bezeichnet Hohlräume, die sich überall innerhalb des Gussteils befinden können, auch tief im Inneren des Bauteils. Obwohl beide durch eingeschlossenes Gas verursacht werden, sind Blasen speziell solche Poren, die nahe genug an der Oberfläche liegen, um diese zu verformen.