Gating und Erstarrung: Der Schlüssel zur Beseitigung von Porosität

Wenn es darum geht, den Feingussprozess zu verstehen, ist es wichtig, alle Faktoren zu berücksichtigen, die zur Herstellung eines erfolgreichen Teils beitragen. Einer der ersten Schritte, um Teilversagen zu vermeiden, besteht darin, die erforderliche Festigkeit eines Teils vor dem Gießen sicherzustellen. Feinguss ist einer der wenigen Fertigungsprozesse, die vorab den Erfolg von Komponenten demonstrieren können. 

Gießsysteme

Bei der Gestaltung eines feingegossenen Teils müssen die Position und die Größe des Gießsystems berücksichtigt werden. Der Gießkanal ist eine kleine Öffnung, die es ermöglicht, dass flüssiges Metall ungehindert in die Form fließt und als Verbindungspunkt zwischen der Zufuhrquelle oder dem Anschnitt und dem Teil betrachtet werden kann. Der Gießkanal befindet sich idealerweise an der dicksten und schwersten Stelle des Gusses, sodass das Metall kontinuierlich fließen und das Teil vollständig ausfüllen kann, bevor es erstarrt.

Wie Metall während des Gießens erstarrt

Die Metall Erstarrung ist ein kritischer Faktor zum Verständnis des Gatings. Wenn flüssiger Stahl von seiner ursprünglichen Gießtemperatur von etwa 3000°F auf seine Erstarrungstemperatur von ungefähr 2500°F abkühlt, erfährt er volumetrische Schrumpfung. Diese Schrumpfung setzt sich fort, während das Metall erstarrt und dann erneut, wenn es auf Raumtemperatur abkühlt, aufgrund der thermischen Ausdehnung.

Um zu veranschaulichen: Ein Würfel mit den Maßen 1" x 1" x 1", der mit flüssigem Stahl gefüllt ist, wird bei Raumtemperatur auf etwa 0,96" x 0,96" x 0,96" schrumpfen. Diese volumetrische Veränderung erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der Teilgeometrie sowie der Position und Größe des Gießkanals. Ein richtiges Design gewährleistet, dass der Guss kontinuierlich mit flüssigem Metall versorgt wird, um die Schrumpfung während des Erstarrungsprozesses auszugleichen.

Was macht ein erfolgreiches gegossenes Teil aus?

Position und Größe des Gießkanals

Nachdem wir die Grundlagen der Metall Erstarrung verstanden haben, können wir mit der Bestimmung der Größe und Position des Gießkanals beginnen. Wenn Details des Gießkanals nicht berücksichtigt werden, könnte dieser erstarren, bevor das Metall die Möglichkeit hat, den Guss auszufüllen und verlorenes Volumen zu ersetzen. Dies könnte große Hohlräume innerhalb des Teils schaffen, die nicht vollständig gefüllt sind, auch bekannt als interne Porosität. Porosität bezieht sich auf den erreichten Festigkeitsgrad, das heißt, ob es Hohlräume oder Löcher im Teil gibt. Wenn ein Bauteil nicht unter Berücksichtigung der Funktion des Teils richtig gegossen wird, kann dies zu Teilversagen führen.

Teiledesign

Der Gießkanal ist nicht der einzige entscheidende Faktor zur Beseitigung von Porosität. Die Geometrie des Teils kann die gerichtete Erstarrung des Metalls beeinflussen. Das Design muss berücksichtigen, dass die thermischen Gradienten steil genug sind, um die Zufuhrpfade vom Anschnitt zum Teil freizuhalten. Da Teile nicht alle auf einmal erstarren und von außen nach innen abkühlen, ermöglicht ein qualitativ hochwertiges Design, dass das Metall zuerst vom Gießkanal weg abkühlt. Eine Eiszapfenform ist das beste Beispiel für einen perfekten Guss, bei dem die Spitze zuerst gefriert und der Rest des Eiszapfens von den kleinsten Abschnitten bis hin zu dem dicksten Abschnitt (der Wasserquelle) gefriert.

In Designs, die anfangs Porosität aufweisen, können zusätzliche Merkmale wie Zufuhrrippen unerwünschte Hohlräume beseitigen. Das Teiledesign kann auch durch strukturelle Änderungen, wie das Abschrägen von Bodenflächen, verbessert werden, um Porosität zu reduzieren. In einigen Fällen können jedoch die Teilgeometrien nicht geändert werden. Wir können die Strahlungswärme nutzen und den Gießkanal mit unbedeutenden Armen entwerfen, die dünne Wände ausreichend warm halten, um das Teil während der Erstarrung zu speisen, einschließlich Endplatten.

Durch enge Zusammenarbeit mit Kunden sind die Designingenieure von Signicast in der Lage, die Funktion des Teils besser zu verstehen und die Geometrie des Teils zu optimieren, um die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen.

Auswahl des Gießmaterials

Neben den Entwurfsüberlegungen hat die Materialwahl direkten Einfluss auf die Porosität innerhalb eines Teils und die Erstarrung eines Gusses. Jedes Element innerhalb einer Legierung hat eine unterschiedliche Erstarrungstemperatur, wodurch eine Legierung wie 17-4 Edelstahl einen größeren Temperaturbereich aufweist, wenn sie von flüssig zu fest wechselt, wegen der Anzahl der Elemente innerhalb der Legierung. Der große Temperaturbereich hemmt den Fluss und macht ihn weniger nachsichtig als niedriglegiertem Kohlenstoffstahl. Wenn die Materialanforderungen am Anfang des Projekts bekannt sind, haben die Designingenieure eine bessere Gelegenheit, den Erfolg des Teils vorherzusagen und die Porosität zu begrenzen, bevor sie in die Werkzeugstadium übergehen.

Bevor wir mit einer Teilgestaltung in die volle Produktion gehen, ist es wichtig, potenzielle Porositätsprobleme zu identifizieren. Bei Signicast verwenden wir Software zur Erstarrung und Flussanalyse, um die Wirksamkeit von Gießstandorten zu bestimmen und die Gießporosität vorherzusagen, um das Design zu validieren. Unsere Designingenieure können hilfreiche Designvorschläge machen, die zu erfolgreichen Teilen führen, ohne die Markteinführungszeit zu verzögern.