Gating und Verfestigung: Der Schlüssel zur Beseitigung von Porosität

Beim Investment Casting-Prozess ist es wichtig, alle Faktoren zu verstehen, die zu einem erfolgreichen Teil beitragen. Einer der ersten Schritte, um einen Bauteilbruch zu vermeiden, besteht darin, die erforderliche Solidität eines Teils vor dem Guss sicherzustellen. Investmentguss ist einer der wenigen Herstellungsprozesse, die den Erfolg der Komponenten vorläufig nachweisen können.

Gabelsysteme

Beim Entwurf eines Investitionsgussteils müssen die Lage und Größe des Tores berücksichtigt werden. Das Tor ist eine kleine Öffnung, die geschmolzenes Metall den freien Fluss in die Höhlung ermöglicht und als Verbindungspunkt zwischen der Zuleitungsquelle, dem Gussrahmen, und dem Teil betrachtet werden kann. Das Tor befindet sich idealerweise auf dem dicksten und schwersten Abschnitt des Gusses, sodass das Metall kontinuierlich fließen und das Teil vollständig füllen kann, bevor es erstarrt.

Wie Metall beim Gießen erstarrt

Die Metallerhärtung ist ein entscheidender Faktor für das Verständnis von Gating. Wenn geschmolzener Stahl von seiner anfänglichen Gießtemperatur von etwa 3000°F auf seine Erstarrungstemperatur von etwa 2500°F abkühlt, durchläuft er eine volumetrische Schrumpfung. Diese Schrumpfung setzt sich fort, wenn das Metall erstarrt und dann erneut, wenn es durch thermische Ausdehnung auf Raumtemperatur abkühlt.

Zur Veranschaulichung: Ein 1" x 1" x 1" x 1" Würfel, wenn er mit geschmolzenem Stahl gefüllt ist, schrumpft bei Raumtemperatur auf etwa 0,96" x 0,96" x 0,96". Diese volumetrische Veränderung erfordert eine sorgfältige Überlegung der Bauteilgeometrie sowie der Lage und Größe des Gatters. Ein richtiges Design stellt sicher, dass der Guss kontinuierlich mit flüssigem Metall versorgt wird, um Schrumpfen während der Verfestigung auszugleichen.

Was macht eine erfolgreiche Besetzungsrolle aus?

Torstandort und Größe

Nachdem wir die Grundlagen der Metallerstarrung verstanden haben, können wir beginnen, die Größe und Lage des Tores zu bestimmen. Wenn die Details des Gatters nicht berücksichtigt werden, könnte das Tor verfestigen, bevor das Metall die Chance hat, das Gussteil zu füllen und verlorenes Volumen zu ersetzen. Dies könnte große Öffnungen im Teil erzeugen, die nicht vollständig gefüllt sind, auch bekannt als innere Porosität. Porosität bezieht sich auf das erreichte Steifigkeitsniveau, also ob sich Hohlräume oder Löcher im Teil befinden. Wenn ein Bauteil nicht sorgfältig mit Blick auf die Teilfunktion gegalt ist, kann dies zum Ausfall der Bauteile führen.

Bauteilkonstruktion

Das Tor ist nicht der einzige entscheidende Faktor für die Beseitigung der Porosität. Die Bauteilgeometrie kann die gerichtete Verfestigung des Metalls beeinflussen. Das Design muss berücksichtigen, dass die thermischen Steigungen steil genug sind, um die Zuführungswege vom Guss zum Teil frei zu halten. Da Teile nicht auf einmal verfestigen und von außen nach innen abkühlen, ermöglicht ein hochwertiges Design zunächst, dass das Metall vom Tor abkühlt. Eine Eiszapfenform ist das Paradebeispiel für einen perfekten Guss, bei dem die Spitze zuerst gefriert und der Rest des Eiszapfen von den kleinsten Abschnitten bis zum dicksten Abschnitt (der Wasserquelle) gefriert.

Bei Designs, die anfängliche Porosität zeigen, kann das Hinzufügen von Funktionen wie Futterrippchen unerwünschte Taschen eliminieren. Das Bauteildesign kann auch durch strukturelle Änderungen verbessert werden, wie etwa verjüngte Unterboden, um die Porosität zu verringern. In einigen Fällen können die Teilgeometrien jedoch nicht verändert werden. Wir können die Strahlungswärme nutzen und das Tor mit unbedeutenden Armen gestalten, die dünne Wände heiß genug halten, um das Bauteil, einschließlich der Endplatten, während es verfestigt zu versorgen.

Durch die enge Zusammenarbeit mit Kunden können Signicast-Designingenieure die Teilefunktion besser verstehen und die Geometrie optimieren, um den Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden.

Auswahl des Gießmaterials

Neben Designaspekten beeinflusst die Materialwahl die Porosität innerhalb eines Bauteils und die Verhärtung eines Gussteils. Jedes Element in einer Legierung hat eine andere Erstarrungstemperatur, wodurch eine Legierung wie 17-4 Edelstahl einen größeren Temperaturbereich hat, da sie von flüssig zu fest wird, bedingt durch die Menge der Elemente in der Legierung. Der große Temperaturbereich hemmt den Durchfluss, was ihn weniger nachsichtig macht als ein kohlenstoffarmer Stahl. Da sie die Materialanforderungen am Anfang des Projekts kennen, haben Konstrukteuren bessere Möglichkeiten, den Bauteilerfolg vorherzusagen und die Porosität zu begrenzen, bevor sie in die Werkzeugphase übergehen.

Bevor man mit einem Bauteilentwurf in die Produktion geht, ist es wichtig, potenzielle Porositätsprobleme zu identifizieren. Bei Signicast verwenden wir Verfestigungs- und Flusssoftware, um die Wirksamkeit von Gating-Standorten zu bestimmen und die Gussporosität vorherzusagen, um das Design zu validieren. Unsere Konstruktionsingenieure können hilfreiche Designvorschläge machen, die zu erfolgreichen Teilen führen, ohne die Markteinführungszeit zu verzögern.