Eine Analyse der Rissbildung in Druckgussteilen: Ursachen, Klassifizierung und Vorbeugung

Risse sind ein kritischer Strukturfehler in Druckgussteilen, der die Produktintegrität und Lebensdauer direkt beeinträchtigt. Effektive Prävention erfordert ein tiefes Verständnis des Versagensmechanismus. Dieser Artikel vermittelt grundlegende technische Erkenntnisse zu Druckgussrissen und hilft Branchenexperten, das Problem an der Wurzel zu packen und zu lösen.

1. Klassifizierung von Rissen: Heißrisse vs. Kaltrisse

Zunächst ist es wichtig, zwischen zwei grundsätzlich verschiedenen Rissarten zu unterscheiden, da ihre Eigenschaften direkt auf ihre Ursache hinweisen:

• Heiße Tränen (heißes Knacken):Treten bei hohen Temperaturen in der Endphase der Erstarrung auf, verursacht durch behinderte Schrumpfung. Der Schlüsselidentifikator ist einoxidiert, dunkelgraue BruchflächeDer Rissverlauf ist typischerweise unregelmäßig und folgt den Korngrenzen (intergranular). Dies ist die häufigste Rissart beim Druckguss.

• Kälterisse:Entstehen nach dem Abkühlen des Gussteils auf niedrigere Temperaturen. Sie entstehen vor allem durch mechanische Spannungen beim Auswerfen oder durch hohe Eigenspannungen. Die Bruchfläche istunoxidiert, mit hellem metallischem GlanzDer Riss ist oft gerade und kann sich durch die Körner selbst fortpflanzen (transgranular).

2. Hauptursachen für Risse

Die Rissbildung ist eine Folge des Zusammenspiels von Werkstoff-, Werkzeug- und Prozessfaktoren.

1. Metallurgische Faktoren:

2. ——Legierungszusammensetzung:Eine Legierung mit einem breiten Erstarrungsbereich, schädlichen Verunreinigungen (z. B. hohem Eisengehalt) oder einem ungeeigneten Verhältnis wichtiger Elemente (z. B. Silizium in Al-Si-Legierungen) neigt stärker zum Warmreißen.

3. ——Schmelzprozess:Eine Überhitzung oder ein zu langes Halten der Schmelze kann zu einer grobkörnigen Struktur führen, wodurch die Festigkeit und Duktilität der Legierung bei hohen Temperaturen verringert wird.

4. Faktoren für Werkzeug- und Teiledesign:

5. ——Schlechtes strukturelles Design:Abrupte Änderungen der Wandstärke und scharfe Innenecken mit unzureichenden Rundungsradien sind die Hauptursachen für Spannungskonzentrationen, wodurch diese Bereiche anfällig für Risse werden.

6. ——Unausgeglichene Formtemperatur:Durch örtliche Überhitzung in der Matrize entstehen sogenannte „Hot Spots“. Diese Bereiche erstarren zuletzt und werden von den umgebenden erstarrten Abschnitten auseinandergezogen, was zu Rissen führt.

7. ——Auswurfsystem:Unzureichende Entformungsschrägen oder eine ungleichmäßige Verteilung der Auswerferstifte können beim Auswerfen zu einer ungleichmäßigen mechanischen Belastung des Teils führen und so Kaltrisse verursachen.

3. Systematische Präventionsstrategien

Um Rissbildung zu vermeiden, ist ein systematisches Vorgehen erforderlich:

• Design optimieren:Achten Sie bei der Teilekonstruktion auf gleichmäßige Wandstärken und verwenden Sie großzügige Rundungsradien an allen Übergängen.

• Kontrollmaterialien:Wählen Sie Legierungen mit geringer Warmrissneigung und steuern Sie den Schmelzprozess streng, um die richtige Zusammensetzung und eine feine Kornstruktur sicherzustellen.

• Verfeinern Sie den Prozess:Optimieren Sie den Wärmehaushalt der Form, um Hotspots zu vermeiden. Legen Sie geeignete Haltezeiten und Formöffnungssequenzen fest, um sicherzustellen, dass das Gussteil vor dem Auswerfen ausreichend fest ist.

• Perfektionieren Sie die Werkzeuge:Entwerfen Sie ein ausgewogenes und stabiles Auswurfsystem, das eine reibungslose und gleichmäßige Teilefreigabe gewährleistet.

ZusammenfassendDie Kontrolle von Rissen ist ein systematischer Prozess, der Teiledesign, Materialwissenschaft, Formenbau und Prozesskontrolle umfasst. Nur durch die präzise Steuerung jedes dieser Schritte können Rissdefekte grundsätzlich vermieden werden.