Autor: Susanne Freund

Keramische Gussformen für verbesserte Abkühlprozesse in Gussteilen – HMI#4

4.4.2018

#4 der Reihe: Schmelzen, Gießen, Metallveredelung und Qualitätssicherung mit zerstörungsfreien Prüfverfahren.

Für viele technische Anwendungen werden komplexe großformatige Gussteile mit spezifischen Werkstoffeigenschaften benötigt. Für derartige Produkte ist eine genaue Steuerung des Herstellungsprozesses erforderlich, um einerseits kostenseitig Wettbewerbsvorteile zu erlangen und um andererseits qualitative Verbesserungen zu realisieren. Im Gießprozess können die Gussformen aufgrund ihrer geometrischen Form und ihrer stofflichen Zusammensetzung einen wesentlichen Beitrag dazu leisten. Sie bestimmen über die Wechselwirkungen zwischen metallischer Schmelze und Form, den Abkühlprozess des Gusskörpers und die Gestaltung des Arbeitsprozesses beim Gießen. Die Abkühlung definiert neben der stofflichen Zusammensetzung auch das sich ausbildende Werkstoffgefüge und damit die Eigenschaften der Produkte. Eine wissensbasierte Kombination von Formgestaltung und Formwerkstoffwahl ist deshalb der Schlüssel zu verbesserten Gussprodukten und zur Verringerung der Produktionskosten für hochwertige Gießereierzeugnisse.

© Fraunhofer IKTS

Experimenteller Formstoffkeil zum Test der Wechselwirkung von Formstoffgestaltung und Wandstärke.

In Kooperation mit dem Formenhersteller Direkt Form hat das Fraunhofer IKTS einen neuen Formstoff auf Basis von Siliciumcarbid und einem neu entwickeltem tonhaltigen Binder hergestellt. Im Vergleich zu kommerziellen Formstoffen hat der so gebundene Siliciumcarbidformstoff eine deutlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit. Damit lässt sich die Ableitung der Wärme aus dem Gussteil in einem großen Bereich steuern, wodurch die Einstellung maßgeschneiderter Gefügestrukturen im Gussteil möglich wird. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten eines Gussteils infolge unterschiedlicher Wandstärken über den gezielten Einsatz von Formstoffen kompensiert werden können. In Kombination mit einer individuellen Formgebung bei der Gussformherstellung ist es somit möglich, bauteilspezifische und lokal variierende Eigenschaften wie Härte, Festigkeit,  E-Modul  oder Korrosionsstabilität im Gussprodukt zu erzeugen oder zu vermeiden. Damit lassen sich mit der gleichen Gusslegierung und einem einheitlichen metallurgischen Prozess Gussprodukte mit lokal unterschiedlichen Eigenschaften herstellen oder es gelingt geometrisch komplexe Gussprodukte mit homogenen Eigenschaften zu erhalten.